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不同颜色色浆对氟树脂/铝低红外发射率涂层的影响,研究了大红、深黄、水紫、黑色4 种颜色色浆对氟树脂/铝低红外发射率涂层光泽
2020年04月26日    阅读量:22016    新闻来源:中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站  |  投稿

目前,与红外光相关的研究在军事上得到越来越多的应用,在这样的大背景下,低红外发射率涂层( IRLEC) 受到了较多的关注。IRLEC 是红外隐身技术的一部分。部分高校、研究机构对IRLEC 已经有了比较深入的研究涂料在线coatingol.com


根据已有的研究成果,氟树脂/铝IRLEC 具有较低的红外发射率和较好的性能,但目前对于IRLEC 颜色的深入研究还比较少。涂层颜色是涂层装饰性能的重要指标之一,但不同的颜色可以抵抗不同的可见光探测。


对于隐身涂料,除了要求涂层具有低红外发射率外,还要兼顾其与可见光隐身兼容,因此,降低涂层的亮度以及对其进行调色也是必须考虑的。本文主要侧重于调色问题,旨在研究不同颜色的色浆,对氟树脂/铝涂层红外发射率、涂层光泽、明度、附着力、耐冲击性、粗糙度等的影响,以求得性能最优的低光泽、低红外发射率涂层适宜的颜色。


1 实验部分

1. 1 实验材料及设备

1. 1. 1 实验原材料

氟树脂( JF100) 、固化剂: 巨化集团; 4017 铝粉:章丘市金属颜料公司; 纳米浆黑9927、大红8011、深黄8032、水紫8005: 苏州世名科技股份有限公司; 铝板: 100 mm×50 mm×1 mm; 其他辅助材料: 市售。

1. 1. 2 实验设备

JB-4C 型精密粗糙度测试仪: 上海泰明光学仪器有限公司; SEGT-J 色差仪: 广州标格达实验仪器用品有限公司; Bruker Vertex 70 红外发射率测试仪: 中科院上海技术物理研究所研制; JSM-5610LV 扫描电镜: 美国FEI 公司; CHI660E 电化学工作站: 北京华科普天科技有限责任公司。


1. 2 涂料的制备

用砂纸打磨预处理后的基材,除油,在烘箱中烘干。根据前人的研究经验,色浆含量在40%时,涂层具有良好的性能。铝粉固含量、色浆固含量分别是指真空条件下在( 105±2) ℃下将铝粉、色浆烘焙30min 后,铝粉质量、色浆质量分别与原始铝粉质量、色浆质量的百分比。氟树脂固含量、固化剂固含量分别根据相同方法测得。按表1 配方制备涂料,混合搅拌均匀后,涂覆在事先处理平整的铝板基板( 100 mm×50 mm×1 mm) 表面,涂层厚度约60 μm,在鼓风干燥机中40 ℃环境下固化2 h。

不同色浆涂层组成配比

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1. 3 测试与表征

涂层的表面结构和形态通过扫描电镜表征。涂层硬度参照GB /T 6739—2006 测试。涂层的红外发射率通过红外发射率测试仪测试范围为8 ~ 14 μm。

涂层光泽参照国标GB /T 9754—2007 测试。涂层粗糙度参照国标GB /T 13288. 5—2009 测试。涂层耐冲击性参照国标GB /T 20624. 2—2006 测试。涂层的耐腐蚀性参照国标GB /T 15748—2013 分别通过电化学工作站和耐盐水浸泡实验进行测试,盐水浓度为3. 5%。涂层的颜色参照国标GB /T 3181—1995 测试。涂层的附着力按照GB /T 4893. 4—2013 测试。



2 结果与讨论

2. 1 色浆对应涂层的红外光谱

4 种色浆对应涂层的红外光谱如图1 所示。

不同色浆对应涂层的红外光谱

不同颜色色浆对氟树脂/铝低红外发射率涂层的影响,研究了大红、深黄、水紫、黑色4 种颜色色浆对氟树脂/铝低红外发射率涂层光泽 中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站

基尔霍夫定律,在热平衡状态下,物体吸收的红外能量等于物体发射的红外能量。由图1 可以看出,水紫涂层和深黄涂层的红外波峰比较持平,红外吸收最小,对应的涂层发射率最低,有利于减小表面发射率; 黑色涂层的红外吸收较多,因此表面发射率最高,不利于制备低红外发射率涂层。


2. 2 色浆对应涂层红外发射率的影响

不同色浆对氟树脂涂层红外发射率影响如表2所示。

不同色浆对涂层红外、发射率影响

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由表2 可以看出,大红色浆和黑色色浆的添加使得氟树脂涂层具有较高的红外发射率( >0. 3) 。深黄和水紫可以使氟树脂涂层具有较低的红外发射率( 0. 10~0. 25) ,相对于水紫,深黄具有更低的红外发射率。这是因为相对于实验中所用的其他色浆而言,深黄色浆对红外线的吸收能力最低,反射能力最强,所以深黄色浆的红外发射率最低。

不同颜色涂层的扫描电镜图如图2 所示。

不同颜色涂层的扫描电镜图

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从图2 可以看出,大红涂层和黑色涂层中颗粒较多,而深黄和水紫从微观上看基本上看不到明显颗粒物,涂层更加均匀,从而减少了对红外光的吸收,降低了红外发射率。


2. 3 色浆对涂层性能的影响

不同色浆对涂层性能的影响如表3 所示。

色浆对涂层性能的影响

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通过表3 可知,相对于深黄色浆和水紫色浆,大红色浆和黑色色浆可以使氟树脂涂层具有较低的光泽,黑色涂层的光泽最低。这是因为添加大红色浆和黑色色浆的涂层吸收和发射光的能力更强,反射光的能力更弱,因此光泽更低。



不同色浆对涂层硬度影响不同,大红、深黄、水紫涂层的硬度达6H,而黑色涂层的硬度最低( 6B) 。这是因为黑色色浆主要是由炭黑颗粒组成的,相对于其他3 种色浆,炭黑颗粒更加松散,影响了涂层的致密性。


对于低红外发射率涂层,涂层的一个重要作用就是对于覆盖物的保护,所以硬度不能太低,由此可见,添加黑色色浆的涂层硬度不满足基本硬度指标( 2H) ,针对黑色涂层来说,为了保证该涂层能满足应用要求,可以通过添加改性剂,增强其硬度。


从表3 可以看出,深黄涂层附着力最好,黑色涂层附着力最差。这是因为从微观角度来看,深黄涂层更加均匀致密,各组分之间易于混合均匀,而黑色色浆的炭黑颗粒与涂层其他组成之间的相互作用力更小,不易与其混合均匀。不同色浆对涂层的耐冲击性影响也不同。

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黑色涂层的耐冲击性最低,深黄涂层的耐冲击性最高。这是因为深黄涂层的附着力较高,良好的附着力可以保证其良好的耐冲击性能,而炭黑颗粒的附着力相对较小,受到冲击容易形成粉末而脱落。


由表3 还可以看出,深黄、水紫涂层粗糙度都比较低,表面比较光滑; 黑色涂层的粗糙度最高,这可能是由于深黄色浆和水紫色浆粒径较小,能够填充涂层中铝粉之间的间隙,使得涂层致密性增加; 黑色色浆的炭黑粒子会聚集到一起形成大的颗粒,从而使得粗糙度增加。


表4 是4 种色浆对涂层色差的影响。色差指涂层整体明度、色相的差异程度。L、a、b 分别代表不同色浆涂层的明度、红绿、黄蓝值。L'、a'、b'分别代表基材本身的明度、红绿、黄蓝值。两者相减后得到差值ΔL、Δa、Δb,分别表示为明度差、红绿指数差、黄蓝指数差,从而可根据公式得到色差ΔE。


色浆对涂层色差的影响

通过表4 可知,不同色浆对涂层色差影响不同,相对于大红色浆、深黄色浆、黑色色浆对氟树脂涂层的影响,水紫色浆色差值最小。同时水紫涂层的L 值最低,因此涂层偏暗。其余3 种涂层的L 值较大,涂层较亮。


从以上研究可以看出,添加水紫色浆、大红色浆、深黄色浆的涂层综合性能较优,将3 种涂层进行电化学耐腐蚀性测试,测试结果如图3、表5 所示。βa和βc分别是阳极塔菲尔斜率和阴极塔菲尔斜率,单位为mV/dec,mV 指的是电压,dec 指得是取对数后的电流。电位Ecorr越高,电阻Rp越大,电流Icorr越小,耐腐蚀性越好。由图3 和表5 可知,水紫涂层的耐腐蚀性能最好。

3 种颜色涂层的电化学曲线

3 种颜色涂层的耐腐蚀性

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将4 种颜色的涂层浸泡在盐水中7 d 后进行耐盐水性的测试,观察涂层在一定腐蚀时间后表面情况发生的变化。根据GB /T 1733—1993 中的等级评判标准来评判漆膜实际腐蚀过程中的失光率、变色程度以及起泡密度,测试结果见表6、表7 和图4。

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盐水浸泡 7 d 后 4 种颜色涂层的起泡情况

由表6 可以看出,浸泡后4 种涂层均没有明显失光,失光等级为0 级或1 级,表明不同色浆氟树脂涂层耐水性良好。


由表7 可以看出,水紫涂层变色等级为0 级,表明水紫涂层具有较佳的耐腐蚀性,与电化学测试结果相符合( 图3) 。深黄涂层和黑色涂层在相同实验条件下发生了明显变色,变色等级为3 级及以上。


由图4 可见,盐水浸泡7 d 后涂层被破坏,4种涂层都有一定程度的起泡,深黄涂层和黑色涂层起泡密度较低,水紫有少量起泡现象,而大红起泡现象较为严重。综合以上分析可以得出: 水紫8005 能制备性能较优的低红外发射氟树脂涂层。实验对水紫8005 色浆进行了结构表征。水紫8005 色浆的扫描电镜如图5 所示,红外光谱如图6 所示。

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水紫色浆的 SEM 图,水紫色浆的红外光谱

从图5 可以看出,水紫色浆粒径均匀细小。从图6 可以看出,水紫8005 色浆含有丰富的有机官能团,3 314 cm-1、2 963 cm-1、1 638 cm-1、1 560 cm-1 分别对应N—H、C—H、C O、C—N的特征吸收峰,因此在氟树脂涂料中易分散,与氟树脂涂料有良好的相容性。


3 结语

( 1) 可以通过实验筛选较优的色浆加入氟树脂涂层体系,从而使氟树脂涂层具有低红外发射率、低光泽度、较低的粗糙度和明度、较好的附着力、耐水性和耐冲击性。

( 2) 水紫色色浆粒径均匀细小,在氟树脂涂料中易分散,与氟树脂相容性好,因此可以使氟树脂涂层具有较好的综合性能。


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