一种提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法，与传统直接喷涂的方法相比，本发明专利技术解决了碳纤维基材表面有机树脂粘结剂高温失效引起的涂层与碳纤维基材机械力学性能降低的难题。通过高温预处理和制备有机硅树脂中间层的方式，增大了涂层与基材表面的结合力，所得的样品具有耐高温、低发射率、高附着力等特点，可达到良好的红外性能和较好的力学性能，样品经500℃高温热处理30min后附着力约为5.0±0.4Mpa，满足了各领域对耐高温低发射率涂层与聚酰亚胺碳纤维基材良好结合力的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法
本专利技术属于功能材料
，具体涉及一种提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法。
技术介绍
在航空航天领域，大部分的飞行器表面为了满足抗冲击和抗压等一系列要求，采用了大量的高强度材料(大多以金属、合金和陶瓷等材料为主)。但这些材料密度较高，因而整体重量较大，重量的大幅度增加，将导致燃料的增多，航程急剧缩短。如果使用轻质和高强度的复合材料，则可以大大降低飞行器所需的动力，也可增大飞行器的航程。复合材料可通过多种材料(两种或两种以上异质、异形、异构的材料)复合而成的。其主要的目的是改善单一材料在某一方面的性能较差的特点，得到同时具备两种材料优点的复合材料。聚酰亚胺基碳纤维便是结合了碳纤维和聚酰亚胺树脂的优点，得到了其优良的机械力学性能和较轻的质量，为此广泛运用于航空航天领域。但两种材料均具有较高的红外辐射性能，被探测器识别的概率较大，进而降低了目标的红外隐身性能。低发射率涂层具有热屏蔽较好和热辐射较低的功能，且操作简单、方便和易于维护，在热辐射控制和红外隐身等领域具有大量的应用前景。在目标的红外辐射隐身控制方面，低发射率涂层可有效的抑制目标表面红外辐射强度，降低与背景环境红外辐射强度之间的差异，从而降低被探测器识别的概率，进而提高目标的红外隐身性能。但是在飞行器隐身方面，随着飞行速度的不断增加，飞行器表面温度急剧升高，低发射率涂层体系与复合基材在高温环境下结合强度降低，其红外和机械力学性能急剧恶化。因此，低发射率涂层与聚酰亚胺基碳纤维在高温环境下的机械力学性能尤为重要。目前主要的要求是涂层与碳纤维材在高温下能够保持较好的附着力和较低的红外发射率，最终得到综合性能优异的试样。例如，在中国航发北京航空材料研究院申请的中国专利《一种树脂基复合材料导流叶片抗冲刷涂层的制备方法》(公开号：CN110257752A)中公开了一种通过在传统抗冲刷涂层中增加树脂-金属打底层和金属中间层结构的方法，缓解了涂层热膨胀系数失配的问题，使其满足在300℃下长期使用的要求，其不足之处在于在制备过程较为复杂，实验操作较为困难。由于树脂基碳纤维表面有机树脂的分解和热膨胀失配加剧，使得低发射率涂层与基材的粘结强度降低，在高温下的机械力学性能较差，难以满足实际的需求，该难点制约着有机耐高温低发射率涂层在碳纤维材料的实际运用。因此，如何提高低发射率涂层与碳纤维基材的结合强度，同时保持较为优异的低发射率性能，是该领域研究的重点和难点。随着飞行器技术的不断发展，对使用碳纤维基材的飞行器表面高温区域，如表面局部气动加热部位，其红外辐射抑制需求非常迫切。因此，亟需一种操作简单，且能够满足大量生产的可耐500℃高温、低发射率涂层与碳纤维基材的结合强度较高的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种可耐500℃高温、提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法，用来满足飞行器表面碳纤维基材在高温时的红外隐身需求。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法，包括以下步骤：S1：对所述碳纤维基材进行热处理，所述热处理的温度为480～500℃，热处理的时间为4～6min；S2：采用有机溶剂对所述碳纤维基材的表面进行清洗处理；S3：在所述碳纤维基材的表面制备一层5～10μm的有机硅树脂，待其表面干燥后进行固化处理，得到预处理后的碳纤维基材；S4：在所述预处理后的碳纤维基材上形成低发射率涂层，待其表面干燥后进行固化处理。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步的，所述有机溶剂包括乙酸乙酯和乙酸丁酯，其中乙酸乙酯和乙酸丁酯的质量比为(2～3)：1。进一步的，在所述预处理后的碳纤维基材上形成低发射率涂层的步骤，具体为：将乙酸乙酯和乙酸丁酯按照质量比(2～3)：1配置成有机溶剂；在50～60g所述有机溶剂中添加25～30g的有机粘结剂和25～30g金属颜料，搅拌分散均匀后得到涂料；将所述涂料制备在所述预处理后的碳纤维基材上形成低发射率涂层。进一步的，所述有机粘结剂为有机硅树脂，所述金属颜料为片状铝粉、片状锌粉、片状金粉或片状镍粉。进一步的，所述有机硅树脂为甲基苯基有机硅树脂、环氧改性有机硅树脂、聚氨酯改性有机硅树脂或丙烯酸改性有机硅树脂。进一步的，所述搅拌分散均匀后得到涂料的步骤，包括：在搅拌分散机中以500～600r/min的速度搅拌分散5～10min得到所述涂料。进一步的，所述干燥的温度为室温，所述干燥的时间为4～6h。进一步的，所述固化处理的温度为180～200℃，时间为2～4h。进一步的，所述碳纤维基材为聚酰亚胺基碳纤维基材。进一步的，所述涂层的厚度为50～60μm。本专利技术的有益效果是：与传统直接喷涂的方法相比，本专利技术解决了碳纤维基材表面有机树脂粘结剂高温失效引起的涂层与碳纤维基材机械力学性能降低的难题。通过高温预处理和制备有机硅树脂中间层的方式，增大了涂层与基材表面的结合力，所得的样品具有耐高温、低发射率、高附着力等特点，可达到良好的红外性能和较好的力学性能，样品经500℃高温热处理30min后附着力约为5.0±0.4Mpa，满足了各领域对耐高温低发射率涂层与聚酰亚胺碳纤维基材良好结合力的需求。附图说明图1为聚酰亚胺基碳纤维基材粉末的TG/TGA测试曲线；图2为聚酰亚胺碳纤维基材截面图，其中a为未经热处理的碳纤维基材，b为500℃热处理10min后的碳纤维基材。；图3a-f分别为本专利技术实施例1-实施例6所制备的样品的表面图；图4为本专利技术实施例1-实施例6所制备的样品中低发射率涂层与基材的结合力测试结果。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术实施例提供一种提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法，包括以下步骤：S1：对所述碳纤维基材进行热处理，所述热处理的温度为480～500℃，热处理的时间为4～6min；S2：采用有机溶剂对所述碳纤维基材的表面进行清洗处理；S3：在所述碳纤维基材的表面制备一层5～10μm的有机硅树脂，待其表面干燥后进行固化处理，得到预处理后的碳纤维基材；S4：在所述预处理后的碳纤维基材上形成低发射率涂层，待其表面干燥后进行固化处理。可选地，所述有机溶剂包括乙酸乙酯和乙酸丁酯，其中乙酸乙酯和乙酸丁酯的质量比为(2～3)：1。可选地，在所述预处理后的碳纤维基材上形成低发射率涂层的步骤，具体为：将乙酸乙酯和乙酸丁酯按照质量比(2～3)：1配置成有机溶剂；在50～60g所述有机溶剂中添加25～30g的有机粘结剂和25～30g金属颜料，搅拌分散均匀后得到涂料；将所述涂料制备在所述预处理后的碳纤维基材上形成低发射率涂层。可选地，所述有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：对所述碳纤维基材进行热处理，所述热处理的温度为480～500℃，热处理的时间为4～6min；/nS2：采用有机溶剂对所述碳纤维基材的表面进行清洗处理；/nS3：在所述碳纤维基材的表面制备一层5～10μm的有机硅树脂，待其表面干燥后进行固化处理，得到预处理后的碳纤维基材；/nS4：在所述预处理后的碳纤维基材上形成低发射率涂层，待其表面干燥后进行固化处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对所述碳纤维基材进行热处理，所述热处理的温度为480～500℃，热处理的时间为4～6min；
S2：采用有机溶剂对所述碳纤维基材的表面进行清洗处理；
S3：在所述碳纤维基材的表面制备一层5～10μm的有机硅树脂，待其表面干燥后进行固化处理，得到预处理后的碳纤维基材；
S4：在所述预处理后的碳纤维基材上形成低发射率涂层，待其表面干燥后进行固化处理。


2.根据权利要求1所述的一种提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法，其特征在于，所述有机溶剂包括乙酸乙酯和乙酸丁酯，其中乙酸乙酯和乙酸丁酯的质量比为(2～3)：1。


3.根据权利要求1所述的一种提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法，其特征在于，在所述预处理后的碳纤维基材上形成低发射率涂层的步骤，具体为：
将乙酸乙酯和乙酸丁酯按照质量比(2～3)：1配置成有机溶剂；
在50～60g所述有机溶剂中添加25～30g的有机粘结剂和25～30g金属颜料，搅拌分散均匀后得到涂料；
将所述涂料制备在所述预处理后的碳纤维基材上形成低发射率涂层。


4.根据权利要求3所述的一种提高低发射率涂层与碳纤维基材结合强度的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐伦，黄刚，刘勇，杜兴波，黄艳，
申请(专利权)人：四川智溢实业有限公司，电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51