隔热涂层涂覆工艺探究

刘冰 韩平平 刘吉涛

【摘  要】隔热涂层常见于特殊条件下使用的铜、铝、不锈钢的零件和高分子量聚合材料、橡胶材质等有机或无机材料表面，赋予被防护结构材料耐高低温性、密封性等原本不具备的性能。本文结合隔热涂层常规性能指标，介绍了现有高效的隔热涂层涂覆方式及特点，分类阐述隔热涂层材料隔热机理，展望了隔热涂层材料发展趋势，为开发研究新型隔热提供参考涂覆方法和数据。

【关键词】涂层分类;涂覆工艺;隔热效果

前言

隔热涂层自身具备耐热防腐作用，通过特定的涂覆工艺，将其与底材通过机械嵌合、范德华力或化学键作用与其紧密结合，满足适应要求为前提赋予隔热效果，底材达到降低损害、延长使用寿命得目的。我国隔热涂层材料的研究起步较晚，但随着国际技术、市场交流合作的深化，无论是隔热涂料的应用领、工艺技术还是新材料环保材料的研究都有了突破性的进展[1]。本文结合隔热涂层常规性能指标，对现有高效的隔热涂层涂覆工艺机理、优缺点进行总结，并按作用机理将隔热材料进行分类，涂层材料需要在恶劣环境下对底材起到有效的保护作用，满足使用要求的材质综合耐受需求，通过不同的隔热途径，研究隔热机理。依据现有政策要求、科学技术发展，展望了隔热涂层材料发展趋势，为将来更多环保、高效的新型隔热提供理论数据。

1隔热涂层涂覆方式及特点

隔热涂层涂覆方式根据底材与涂层性质属性、应用的不同而针对性选择，目前技术应用较多的隔热涂层的涂覆方式有：熱喷涂法、浸涂、灌涂和淋涂法、刷涂法、粘涂法[2，3]。

1.1 热喷涂法

热喷涂法是目前技术较为成熟，综合成本较低的一种底材隔热的涂覆方式。热喷涂法主要通过弧、火焰、等离子喷涂以及激光喷涂等形式，借助高温、高能粒子软化底材、涂层材料，温度降低后，可以增大到涂层与底材之间的附着力。热喷涂法具有适应规模广、不受底材尺寸限制、涂覆层贴合紧密且均匀和操作方法简单的优势。但也由于底材与涂层之间主要靠机械黏附力结合，导致涂层自身强度较低，此外，由于工艺限制，底材与涂层之间会留存在一定的气孔，严重限制喷涂机件的其应用领域。

1.2浸涂、灌涂和淋涂法

浸涂、灌涂和淋涂法是将底材浸入装满涂料、灌进或采用带有一定压力的喷嘴喷淋隔热涂层，剩余涂层材料可回收再利用，浸涂、灌涂和淋涂法需备有浸涂、灌涂与淋涂设备，可适用喷涂无法完成的换热器管束内壁涂料防腐蚀。此种方法由于受重力作用影响较大，存涂膜厚度上下不匀的现象[4]。

1.3 刷涂法

刷涂法主要用于平整度、耐磨性要求较高的设备、材质表面，涂刷法赋予隔热图层材料与底材一定的作用力，使得二者接触更加紧密，但刷涂法需在底材表面反复刷涂，随着刷涂次数的增加，涂膜的耐磨性和光亮度也就愈好。

1.4 粘涂法

粘涂法主要用于机件表面损伤及缺陷的修复，粘涂技术将图层材料与胶粘剂进行复合后才能试验，涂覆工艺较其它方法稍稍复杂。

2 隔热涂层材料分类与发展趋势

2.1 隔热涂层材料分类

隔热涂层的选择需要综合考虑，隔热涂层的选择不仅要求导热系数低，还要求无毒无味、环保耐候，因此，隔热涂层可由氧化物、碳化物或合金制成。根据根据隔热作用机理依据，可以分为如下三类隔热涂料。

2.1.1热阻隔型隔热涂料

热阻隔型隔热涂料利用较低的导热系数屏蔽热量之间的交换。该种涂料成膜后，干涂膜的密度很低，孔隙又布满涂膜结构层中，所以具有很好的隔热性能，但涂料涂膜厚度是影响热效果的关键。

2.1.2热辐射型隔热涂料

热辐射隔热涂料是以波的辐射形式把材料吸收的热量转化为特定波长的频率发射出去，避免能量积聚，从而起到隔热降温效果。

2.1.3热反射型隔热涂料

反射型隔热降温涂料借助涂层致密反射作用，将热源中不同波长的能量反射出去，仅有较少的热能被吸收，这变表现出一定的隔热效果。

2.2 隔热涂层参数指标

隔热涂层各项指标参照JG/T235-2014《建筑反射隔热保温涂料》[5]，总结隔热涂层参数指标及方法如表1。

2.3 隔热涂层发展趋势

基于表1中的参数指标，隔热涂层发展趋势更加趋向于自身结构特性具有较高的反射率，导热系数低的材料，更改类材料不仅可有效阻挡热源，还能进一步阻止热量向内部的传递积聚，目前已有大量实验研究证明氧化锌和空心玻璃微珠具备这一特性。图1为可作为隔热涂层材料的电镜图，左ZnO;右空心玻璃微珠。

3 结束语

隔热涂层是不耐受材料获得表面隔热功能的最简便方法之一，文中分列举了现有应用较多的隔热涂层的涂覆方式，主要有热喷涂法、浸涂、灌涂和淋涂法、刷涂法、粘涂法，分别明晰了其应用领域及优缺点。根据隔热机理的不同对隔热涂层材料分为热阻隔型、热辐射型以及热反射型。结合隔热涂层常规性能指标，展望了隔热涂层材料发展趋势，涂层材料除考虑到自身结构特性具有较高的反射率的同时，还需要充分兼顾涂覆工艺简便性和环保性。

参考文献：

[1]崔静，郭玉珠，庞铭，等. 激光与等离子复合制备的隔热涂层微观特性与力学性能研究[J]. 激光与光电子学进展，2020，57（15）：142-148.

[2]潘碧宸，任鹏禾，周特军，等. 树脂基复合材料表面隔热涂层的组织与性能研究（英文）[J]. 无机材料学报，2020，35（08）：947-952.

[3]胡艳娇，李敏，刘宇平，等. 高强化活塞等离子喷涂涂层隔热性能研究[J]. 热加工工艺，2019，48（06）：141-145.

[4]孙现凯，陈玉峰，王广海，等. 大气等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层的隔热性能研究[J].稀有金属材料与工程，2015，44（01）：735-739.

[5]杨杰，隋学叶，刘瑞祥，等. 航天飞机及高超飞行器用刚性隔热材料研究进展[J]. 现代技术陶瓷，2015，36（03）：25-29.

[6]张卓，丘哲明. 复合材料壳体外表面密封、隔热涂层材料的研究[J]. 宇航材料工艺，2003，22（03）：25-28.

作者简介：

刘冰，女，汉，辽宁省昌图县，1991.12，本科，南阳北方向东工业有限公司，表面处理技术。