一种耐高温吸光涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温吸光涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将纳米碳材料、表面改性剂、消光材料、芳香族二胺和芳香族二酐分散于有机溶剂中制备复合悬浮液；(2)基体清洁后进行表面粗化处理；(3)将步骤(1)的复合悬浮液通过气雾喷涂或涂刷方式沉积至步骤(2)处理后的基体上，加热固化制得所述的耐高温吸光涂层。本发明专利技术通过调整复合悬浮液中组分的种类及比例，并结合相适应的喷涂工艺参数，可使悬浮液中各组分协同作用，使涂层具有微纳多孔结构，同时兼具良好力学性能。该方法制得的耐高温吸光涂层与基体的结合力好，吸光性能优异，在光学、导航等领域具有广泛的应用前景。导航等领域具有广泛的应用前景。导航等领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温吸光涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及吸光材料
，尤其涉及一种耐高温吸光涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]吸光材料或吸光涂层对于提升航天光学仪器灵敏度极其重要。我们常认为太空是黑暗的，但实际上它明亮得令人难以置信，地球和月亮产生反射光，相比之下其他星星就显得相当昏暗，当航天卫星上的星体跟踪定位器在观察超远星体时，非目标星体发出光线会照射到镜筒内部，由于表面具有一定的反射率，光线经多次反射后就可能会进入到探测器中，对目标星体的成像造成干扰。因此，在高灵敏度光学镜筒等部位需要涂覆高吸收率、低反射率的吸光涂料，吸收杂散光，以提高光学装置的精度。
[0003]目前，国内主要的商用吸光涂层包括无机和有机两种，其中有机吸光涂层主要使用炭黑作为黑色颜料对光进行吸收，使用树脂作为基体或粘结剂，使用各种助剂增加黑漆的分散、施工性能，通常这类有机涂层的耐温范围在200～250℃；无机吸光涂层以铝阳极氧化发黑为主，这类涂层的服役温度在250℃以内，高于250℃服役时非常不稳定，常发生变色、剥离等问题。但某些特定的实际应用场景会对涂层的耐温性能提出更高的要求，如400℃附近温度区域。
[0004]聚酰亚胺材料在电子电路、航空航天、新能源等领域应用广泛。通常聚酰亚胺树脂是通过对芳香族二酐和芳香族二胺或芳香族二异氰酸酯进行溶液聚合制备聚酰胺酸衍生物之后，在高温下通过闭环脱水，并进行酰亚胺化而制成的耐高温树脂，它本身具有良好的耐高温、高机械强度、低热膨胀系数、耐辐照等性能。随着技术的更新、需求的更新，聚酰亚胺材料呈现出多功能化、精细化的发展趋势，开发聚酰亚胺基的高吸光率材料或涂层在航空航天领域具有巨大的应用前景。
[0005]公开号为CN103276377A的中国专利文献中公开了一种具有纳米孔结构的超黑涂层制备方法，该专利技术将金属基体材料前处理后放入化学镀液中施镀，使金属基体材料表面沉积镍磷碳合金镀层；化学镀液由硫酸镍、次亚磷酸钠、缓冲剂、络合剂和炭黑组成，炭黑的粒径为20～60nm；最后再用刻蚀酸液对金属基体材料表面镍磷碳合金镀层进行化学刻蚀。该专利技术制备的超黑涂层具有微米锥形孔复合纳米孔的结构，在400～2000nm光线波长范围内，对光线的反射率小于0.12％，吸光性能好。
[0006]公开号为CN112337767A的中国专利文献中公开了一种太阳能吸光涂层及其制备方法，该专利技术将Fe盐、Ni盐、Co盐混合并溶解于无水乙醇中，搅拌制备成溶胶；在溶胶中加入粘度调节剂后，涂覆于基板表面；将基板表面膜层烘干，再煅烧形成太阳能吸光涂层。该吸光涂层制备方法简单，对基板表面要求低，制得的吸光涂层具有好的耐高温性，在500℃条件下连续工作24h仍然保持良好的吸光度。
[0007]公开号为CN106800313A的中国专利文献中公开了一种钴铁尖晶石型棕黑色纳米陶瓷颜料的合成及在制备太阳能吸光涂层中的应用，该专利技术以过渡金属钴盐、过渡金属铁盐、络合剂、酯化剂、分散剂为原料制备得到组分均匀、纯度高、晶型结构较好的CoFe2O4尖晶
石型纳米陶瓷颜料，再将该CoFe2O4尖晶石型纳米陶瓷颜料与有机粘结剂、有机溶剂混合，球磨分散后喷涂到金属基材上，制得棕黑色陶瓷太阳能吸光涂层。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种耐高温吸光涂层的制备方法，简单高效、成本低、适合大尺寸工件、便于大规模生产，制得的耐高温吸光涂层具有微纳多孔结构，与基体的结合力好，吸光性能优异且力学性能良好，在光学、导航等领域具有广泛的应用前景。
[0009]具体采用的技术方案如下：
[0010]一种耐高温吸光涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将纳米碳材料、表面改性剂、消光材料、芳香族二胺和芳香族二酐分散于有机溶剂中制备复合悬浮液；
[0012](2)基体清洁后进行表面粗化处理；
[0013](3)将步骤(1)的复合悬浮液通过气雾喷涂或涂刷方式沉积至步骤(2)处理后的基体上，加热固化制得所述的耐高温吸光涂层。
[0014]纳米碳材料具有优异的吸光性能，消光材料对涂层镜面反射性能具有关键的减反作用，芳香族二胺和芳香族二酐反应得到的聚酰胺酸树脂具有耐高温、高机械强度、低热膨胀系数、耐辐照等优异性能，此外，表面改性剂的添加可促进纳米碳材料在有机溶剂中的均匀分散，本专利技术结合了纳米碳材料、消光材料优异的光学性能和聚酰胺酸树脂的耐高温性能、高机械强度、粘结作用等，制备得到所述的耐高温吸光涂层。
[0015]优选的，所述的复合悬浮液中，以有机溶剂的体积计，纳米碳材料的加入量为0.5～3g/100mL，表面改性剂的加入量为0～0.08g/100mL，消光材料的加入量为0.5～2g/100mL，芳香族二胺的加入量为5～15g/100mL，芳香族二酐的加入量为7～18.5g/100mL。
[0016]复合悬浮液的稳定性对涂层的性能具有至关重要的作用，纳米碳材料和吸光材料的含量过高，会使复合悬浮液中的纳米粉末团聚明显，导致复合悬浮液均匀性和稳定性较差，同时过高的固含量会降低芳香族二胺和芳香族二酐生成的聚酰亚胺的粘结作用，造成涂层力学性能差、掉粉等问题，控制涂层中纳米碳材料、消光材料、聚酰亚胺三者在合理的范围内，能够保证涂层兼顾良好的吸光性能和良好的力学性能。
[0017]所述的纳米碳材料为管状纳米碳材料和/或球状纳米碳材料；所述的管状纳米碳材料包括多壁碳纳米管；所述的球状纳米碳材料包括富勒烯或空心碳球；所述的多壁碳纳米管的长度为20～30μm，直径为5～40nm；所述的富勒烯和空心碳球的平均粒径均为5～50nm。
[0018]进一步优选的，所述的纳米碳材料为管状纳米碳材料和球状纳米碳材料，其中，管状纳米碳材料与球状纳米碳材料的质量比为1：1.4～4。当选用管状纳米碳材料复合球状纳米碳材料时，加热固化形成的涂层具有更好的微纳多孔结构，吸光性能更好。
[0019]所述的表面改性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、硅烷偶联剂或聚乙二醇。表面改性剂的加入，利于纳米碳材料在溶剂中的均匀分散。
[0020]所述的消光材料包括二氧化硅、硬脂酸铝和滑石粉中的至少一种，平均粒径为1～10μm。
[0021]所述的芳香族二胺为4,4'
‑
二氨基二苯醚、3,4'
‑
二氨基二苯醚、3,3'
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二氨基二苯
醚和苯二胺中的至少一种。
[0022]所述的芳香族二酐为均苯四甲酸酐、3,3',4,4'
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二苯醚四羧酸二酐、2,3,3',4'
‑
联苯四羧酸二酐和2,3,3',4'
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二苯甲酮四羧酸二酐中的至少一种。
[0023]所述的有机溶剂为N,N
‑
二甲基乙酰胺、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮、N,N
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二乙基乙酰胺和N,N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温吸光涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纳米碳材料、表面改性剂、消光材料、芳香族二胺和芳香族二酐分散于有机溶剂中制备复合悬浮液；(2)基体清洁后进行表面粗化处理；(3)将步骤(1)的复合悬浮液通过气雾喷涂或涂刷方式沉积至步骤(2)处理后的基体上，加热固化制得所述的耐高温吸光涂层。2.根据权利要求1所述的耐高温吸光涂层的制备方法，其特征在于，所述的复合悬浮液中，以有机溶剂的体积计，纳米碳材料的加入量为0.5～3g/100mL，表面改性剂的加入量为0～0.08g/100mL，消光材料的加入量为0.5～2g/100mL，芳香族二胺的加入量为5～15g/100mL，芳香族二酐的加入量为7～18.5g/100mL。3.根据权利要求1所述的耐高温吸光涂层的制备方法，其特征在于，所述的纳米碳材料为管状纳米碳材料和/或球状纳米碳材料；所述的管状纳米碳材料包括多壁碳纳米管；所述的球状纳米碳材料包括富勒烯或空心碳球；所述的消光材料包括二氧化硅、硬脂酸铝和滑石粉中的至少一种；所述的表面改性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、硅烷偶联剂或聚乙二醇。4.根据权利要求3所述的耐高温吸光涂层的制备方法，其特征在于，所述的纳米碳材料为管状纳米碳材料和球状纳米碳材料，其中，管状纳米碳材料与球状纳米碳材料的质量比为1：1.4～4。5.根据权利要求1所述的耐高温吸光涂层的制备方法，其特征在于，所述的芳香族二胺为4,4'
‑
二氨基二苯醚、3,4'
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二氨基二苯醚、3,3'

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晶，凤晓华，吴双杰，淡焱鑫，周平，张波涛，陈秀勇，李华，
申请(专利权)人：宁波慈溪生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：