室温固化涂料型热控涂层的制备及性能研究

发布时间：2020-09-28 21:37

　　热控涂层通过自身的热物特性即太阳吸收比(α_s)和发射率(ε_H)来调控航天器表面的温度。低比值涂料型无机热控涂层具有优异的空间环境稳定性,是高性能航天器辐射器大面积散热面的首选热控材料,但该类涂层具有固化温度高及表面脆性大等局限性,而室温固化的有机热控涂层空间环境稳定性较差,难以满足长寿命航天器的热控需要。本课题结合实际工程应用需求,以硅材料单体作为切入点,采用溶胶-凝胶方法进行有机/无机杂化,制备可室温固化的有机/无机杂化热控涂层,取得的研究结果如下:(1)室温固化机理研究。通过不同反应条件下正硅酸乙酯(TEOS)和硅氧烷水解缩聚反应动力学分析,进一步明确了正硅酸乙酯在不同条件下水解缩聚反应规律;通过探讨硅氧烷室温条件下反应的自发性,对其室温固化机理进行研究,验证了制备室温固化粘结剂的可行性。(2)粘结剂配方优化研究。通过控制变量法,初步评价了不同种类和用量的硅氧烷与TEOS共水解缩聚所得粘结剂的室温固化特性,以此优选配方,制备出了符合性能要求且可室温固化的有机/无机杂化粘结剂。粘结剂中含大量活性羟基,其平均聚合度可根据反应条件以及粘结剂组成进行有效调控,提高了粘结剂的适用性。(3)热控涂层制备及性能表征。以优选的粘结剂配方,通过对喷涂工艺优化,制备出具有良好室温自固化特性的有机/无机杂化热控涂层,涂层表面具有粘结剂包覆颜料的均匀分散的结构,具有较低的太阳吸收比和较高的发射率。涂层对铝基板和玻璃钢均具备优异的粘附性,适当增加二甲基二甲氧基硅烷(DMDS)比例可提高涂层表面弹性,TEOS比例增加可提高涂层硬度和弹性模量。TGA测试表明涂层在200℃以下具有很好的热稳定性,TEOS和ZnO比例增加可进一步提高热稳定性。(4)涂层空间环境稳定性研究。结合航天器在外太空运行时对热控涂层空间环境稳定性的要求,根据国家军事标准规定的要求和方法综合考察了涂层经真空-紫外辐照、高低温交变试验以及湿热试验后的性能变化。结果表明涂层经上述试验后,其表观状态、热物特性均未发生明显变化,所制备热控涂层展现出优异的空间环境稳定性。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.4;V46
【部分图文】：

示意图,热控涂层,热控,原理

室温固化涂料型热控涂层的制备及性能研究，对低吸收发射比涂层而言，颜料通常为各种金属氧化物和金属盐（TiO2, ZrO2等），通过反射可见光和近红外光以及自身的热辐射降低涂层度。如图 1.1 所示[3]。由于 ZnO 优异的光学特性以及良好的空间环境稳原料丰富、价格低廉，成为涂料型热控涂层中一种应用广泛的颜料。

聚硅氧烷,有机硅树脂

图 1.2 聚硅氧烷分子结构示意图Fig.1.2 Structure diagram of siloxane molecule键能很高（约为 422kJ/mol），在有机硅树脂的结构的包埋形成屏蔽作用，使得主链不易受杂质的进攻Si 具有较高的活化能，这些特点使得有机硅树脂具有长约为 1.64 ，Si-O-Si 键的键角较大，约为 143°，同时分子链相互间的作用力很弱，所以有机硅树脂具元素与氧元素电负性差值大，因此硅原子容易被极子可以稳定其连接的羟基基团，所以有机硅树脂不硅树脂的制备原理可以用如下方程式表示：

有机硅树脂,制备原理

图 1.2 聚硅氧烷分子结构示意图Fig.1.2 Structure diagram of siloxane moleculei-O-Si 键的键能很高（约为 422kJ/mol），在有机硅树脂的结构中，团对主链的包埋形成屏蔽作用，使得主链不易受杂质的进攻，同链 Si-O-Si 具有较高的活化能，这些特点使得有机硅树脂具有较高i-O 键的键长约为 1.64 ，Si-O-Si 键的键角较大，约为 143°，所以易旋转，同时分子链相互间的作用力很弱，所以有机硅树脂具有较i-O 键中硅元素与氧元素电负性差值大，因此硅原子容易被极化(S的硅正离子可以稳定其连接的羟基基团，所以有机硅树脂不易被氧合型有机硅树脂的制备原理可以用如下方程式表示：

【参考文献】