阅读说明：本技术 用于碳纤维复合材料的聚硅氮烷耐高温涂料及其制备方法 (Polysilazane high-temperature resistant paint for carbon fiber composite material and preparation method thereof ) 是由 张志敏 常明月 刘章友 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于碳纤维复合材料的聚硅氮烷耐高温涂料及其制备方法,本发明耐高温涂料由有机硅氮烷树脂30份～40份、乙酸丁酯45份～60份、耐高温颜料12份～20份、防沉剂2份～5份、气相二氧化硅1份～2份和分散剂1份～2份组成。将本发明耐高温涂料涂敷在碳纤维复合材料表面时,在800℃的马弗炉里加热1h条件下涂层不变色、不开裂、不脱落。有机硅氮烷树脂可以在高温时发生陶瓷化转化,生产氮化硅、氧化硅等的交联网络,具有耐高温、耐磨损等优良的物理性能,而二氧化硅等组分的加入,进一步提升了涂料的耐腐蚀和耐高温性能。将聚硅氮烷应用在耐高温涂料中能够更好的体现碳纤维的化学稳定性、热稳定性和应用温度。(The invention discloses a polysilazane high-temperature resistant coating for a carbon fiber composite material and a preparation method thereof, wherein the high-temperature resistant coating comprises 30-40 parts of organic silazane resin, 45-60 parts of butyl acetate, 12-20 parts of high-temperature resistant pigment, 2-5 parts of anti-settling agent, 1-2 parts of fumed silica and 1-2 parts of dispersing agent. When the high-temperature resistant coating is coated on the surface of the carbon fiber composite material, the coating does not change color, crack or fall off when heated in a muffle furnace at 800 ℃ for 1 h. The organic silazane resin can be subjected to ceramic conversion at high temperature to produce a cross-linked network of silicon nitride, silicon oxide and the like, and has excellent physical properties of high temperature resistance, wear resistance and the like, and the corrosion resistance and high temperature resistance of the coating are further improved by adding the components of silicon dioxide and the like. The polysilazane is applied to the high-temperature resistant coating, so that the chemical stability, the thermal stability and the application temperature of the carbon fiber can be better reflected.)

用于碳纤维复合材料的聚硅氮烷耐高温涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于耐高温涂料技术领域，具体的说是涉及一种用于碳纤维复合材料的聚硅氮烷耐高温涂料及其制备方法。

背景技术

碳纤维行业发展迅速，在很多领域都有很大的应用需求，随着碳纤维行业的发展，其他一些材料如环氧、聚氨酯等种类的树脂均没法满足碳纤维耐高温的需求，所以使碳纤维材料不能很好的体现其优势。现行应用较多的有机硅涂料是以有机硅树脂硅氧烷为主要成膜物质的涂料，它具有优良的耐热、耐辐射、耐水、耐化学腐蚀和电绝缘等性能，近年来也得到迅速的发展。但是目前纯有机硅树脂的可耐热温度较低，只有300℃左右，经过添加耐高温的颜填料后可以达到400℃～500℃，在800℃这种较高的温度下涂层容易出现变色、开裂和脱落等现象。基于现有技术中存在的上述缺陷，因此就需要开发出一种能够耐800℃以上高温的涂料，来满足市场需求。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，提供一种用于碳纤维复合材料的聚硅氮烷耐高温涂料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明公开了一种用于碳纤维复合材料的聚硅氮烷耐高温涂料，该耐高温涂料由下述重量份的原料组成：有机硅氮烷树脂30份～40份、乙酸丁酯45份～60份、耐高温颜料12份～20份、防沉剂2份～5份、气相二氧化硅1份～2份和分散剂1份～2份。

作为本发明的优选实施方式，本发明用于碳纤维复合材料的聚硅氮烷耐高温涂料由下述重量份的原料组成：有机硅氮烷树脂32份～38份、乙酸丁酯48份～55份、耐高温颜料14份～18份、防沉剂3份～4份、气相二氧化硅1.2份～1.7份和分散剂1.3份～1.8份。

作为本发明的最佳实施方式，本发明用于碳纤维复合材料的聚硅氮烷耐高温涂料由下述重量份的原料组成：有机硅氮烷树脂35份、乙酸丁酯50份、耐高温颜料16份、防沉剂3份、气相二氧化硅1.5份和分散剂1.5份。

本发明还公开了一种用于碳纤维复合材料的聚硅氮烷耐高温涂料的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤一：按照涂料中各原料组成的重量份称取各原料，然后将颜料和填料各自放置于干燥洁净的托盘中，并放入真空烘箱中进行烘干，自然冷却后分别装袋密封备用，进行相应的标识；

步骤二：将有机硅氮烷树脂和分散剂加入料桶，并加入部分溶剂，用高速搅拌机低速搅拌15min，分散均匀后再加入步骤一中烘干后的各原料；

步骤三：用搅拌机在1200～1500r/min的转速下搅拌30min，分散均匀后再研磨至涂料细度30微米以下，再用剩余的溶剂调整粘度至10～20s，用涂-4杯检测，粘度检测合格后，进行过滤并包装。

本发明中用到的有机硅氮烷树脂是库贝化学(上海)有限公司生产。耐高温颜料SP-1005购于深圳市山海化工颜料有限公司。乙酸丁酯购于上海禄宇化工有限公司。海明斯防沉剂201P购于深圳市金腾龙实业有限公司。气相二氧化硅HT-200购于上海凯茵化工有限公司。分散剂WE-D2645R购于安徽嘉智信诺化工股份有限公司。

本发明用于碳纤维复合材料的聚硅氮烷耐高温涂料的使用方法为：首先将碳纤维复合材料的基材表面进行打磨，然后将耐高温涂料混合均匀后，均匀的喷涂在碳纤维复合材料表面，在250℃的温度条件下加热1h，然后在500℃的温度条件下加热1h直至完全固化即可。

本发明的有益效果是：本发明主要针对传统有机硅硅氧烷耐高温涂料耐热性能差的缺点，提供了一种用于碳纤维复合材料表面的耐高温涂料及其制备方法，本发明的耐高温涂料是用有机硅氮烷树脂为基础制作的一款涂料。采用本发明方法制备的聚硅氮烷耐高温涂料涂敷在碳纤维复合材料表面时，在800℃的马弗炉里加热1h条件下涂层不变色、不开裂、不脱落。本发明耐高温涂料中用到的有机硅氮烷树脂，可以在高温时发生陶瓷化转化，生产氮化硅、氧化硅等的交联网络，具有耐高温、耐磨损等优良的物理性能，而二氧化硅等组分的加入，进一步提升了本发明涂料的耐腐蚀和耐高温性能。本发明将聚硅氮烷应用在耐高温涂料领域，能够更好的体现碳纤维的化学稳定性、热稳定性和应用温度。本发明中的聚硅氮烷耐高温涂料目前在客户处经过反复验证，结果表明本发明中的耐高温涂料能够满足高强度、高硬度和高温的要求。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细描述。

本发明实施例1-3中耐高温涂料的各原料组分的重量份如表1所示。

表1：实施例1-3中各原料组分的重量份。

本发明实施例1-3中用于碳纤维复合材料的聚硅氮烷耐高温涂料的制备方法为：步骤一：按照涂料中各原料组成的重量份称取各原料，然后将颜料和填料各自放置于干燥洁净的托盘中，并放入真空烘箱中进行烘干，自然冷却后分别装袋密封备用，进行相应的标识；步骤二：将有机硅氮烷树脂和分散剂加入料桶，并加入部分溶剂，用高速搅拌机低速搅拌15min，分散均匀后再加入步骤一中烘干后的各原料；步骤三：用搅拌机在1200～1500r/min的转速下搅拌30min，分散均匀后再研磨至涂料细度30微米以下，再用剩余的溶剂调整粘度至10～20s，用涂-4杯检测，粘度检测合格后，进行过滤并包装。

对比例1：一种有机硅耐高温涂料，由以下成分按重量份制备而成：有机硅(硅氧烷)树脂30份、乙酸丁酯45份、耐高温颜料12份、防沉剂2份、气相二氧化硅1份和分散剂1份。对比例1中有机硅耐高温涂料的制备方法为：将有机硅(硅氧烷)树脂和分散剂加入料桶，并加入部分溶剂，用高速搅拌机低速搅拌15min，分散均匀后再加入颜料和填料原料，在1200～1500r/min的转速下搅拌30min，分散均匀后再研磨至涂料细度30微米以下，再用剩余的溶剂调整粘度至10～20s，涂-4杯检测,检测合格后，过滤、包装。

对比例2：一种有机硅耐高温涂料，由以下成分按重量份制备而成：有机硅(硅氧烷)树脂40份、乙酸丁酯60份、耐高温颜料20份、防沉剂5份、气相二氧化硅12份和分散剂2份。对比例2中有机硅耐高温涂料的制备方法为：将硅氧烷树脂和分散剂加入料桶，并加入部分溶剂，用高速搅拌机低速搅拌15min，分散均匀后再加入颜料和填料原料，在1200～1500r/min的转速下搅拌30min，分散均匀后再研磨至涂料细度30微米以下，再用剩余的溶剂调整粘度至200～800cp，检测合格后，过滤、包装。

将实施例1～3和对比例1～2制备的涂料分别喷涂于碳纤维复合板表面，喷涂后表面无裂纹，涂层厚度约为10μm左右，待完全固化后得到漆膜，将漆膜置于800℃内1h，对漆膜的外观及附着力进行对比测试。所得结果如表2所示。

表2：对实施例1-3及对比例1-2中制备的耐高温涂料进行性能测试结果：

从表2中的实验结果来看，对比例1-2中传统的有机硅(硅氧烷)耐高温涂料在800℃条件下，虽然漆膜无起泡、无开裂、无脱落，但是由于硅氧烷树脂在高温下碳化，导致漆膜有褪色现象，且丧失粘结强度，划百格后漆膜脱落；而本发明实施例1-3中的聚硅氮烷耐高温涂料在800℃下，漆膜正常，有很好的耐高温性能。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制。本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。