可喷涂耐高温超黑涂层及其成型方法与流程

本发明属于涂层制备领域，涉及一种可喷涂耐高温超黑涂层及其成型方法。

背景技术：

1、红外高发射率光学涂层在红外载荷定标、光学测试仪器消杂光、红外计量测试等领域有着非常重要的应用。涂层发射率越高，其辐射特性越接近理想黑体，外场环境使用时更不容易受到环境因素的影响，红外定标过程精度越高；此外，高发射率涂层还可有效避免红外目标模拟器等光学仪器中杂散辐射的干扰。

2、超黑材料是指由于其特殊微观纳米结构而具有高吸光性能和高发射率的涂层材料(光吸收率大于99％)，也是目前最接近理想黑体的材料。按照材料种类，超黑材料可大致分为金属基、半导体基和碳基三种。由于碳材料特殊的电子能带结构，碳基超黑材料相比于比金属基和半导体基有着更高的吸光性能和更宽的吸收光谱范围，包括垂直阵列碳纳米管、多孔碳微球、碳囊泡、碳纳米壁和碳气凝胶等。

3、根据前期研究成果，超黑材料的吸光效果由其微观结构决定。一般而言，在微观结构层面，超黑材料的散射单元尺寸越小、散射单元填充度越低，材料吸收性能越好。因此，通过调控碳材料的纳米结构，进一步提高超黑材料吸收性能，获得具有更强的吸光性能的材料，是高性能超黑材料研发的关键点，也是当前的主要发展方向。

4、此外，红外高发射率光学涂层在应用至上述场景中时，还需要考虑涂层环境适应性的问题。在发动机测试、导引头标定、真空高温、真空低温定标等应用过程中，对涂层的耐振动、耐高低温和耐冷热冲击能力有着较为严格的要求。

5、现有高发射率涂层材料所用基体大多为硅橡胶、聚氨酯等聚合物材料，耐温范围较窄，时长面临着低温变脆、高温分解等诸多限制；同时这些材料由于聚合程度不够，真空条件下小分子挥发物较多，无法在超过200℃的温度范围下长期使用。

6、针对上述问题，开发具有较高环境适应性的可喷涂耐高温超黑涂层，拓展其在上述领域的适用范围，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的第一个目的，是提供一种可喷涂耐高温超黑涂层，其组成包括填料、聚合物基体、添加剂和溶剂，其中，所述填料为采用微纳结构碳材料作为原料并通过原位碳纳米管表面改性得到的超黑材料；所述聚合物基体为多杂原子掺杂有机硅树脂，其主链为si-o-si结构，所述杂原子为非金属元素和/或金属元素，所述杂原子位于主链上。

2、进一步地，所述微纳结构碳材料包括各类炭黑、多孔碳、多孔碳球、中空碳壳。

3、进一步地，所述非金属元素包括b、p；所述金属元素包括al、ti、zr、hf、fe、cr。

4、进一步地，所述多杂原子掺杂有机硅树脂，其侧基为羟基、饱和烷基、不饱和烷基、苯基、带有氨基或酯基的饱和及不饱和烷基；所述多杂原子掺杂有机硅树脂，其端基为羟基、烷基或烷氧基；所述主链掺杂有机硅树脂，其分子量为1000～50万。

5、进一步地，通过下述方式得到所述所述超黑材料：

6、在微纳结构碳材料表面进行催化剂沉积；

7、催化剂沉积完成后，在高温催化条件下进行碳纳米管生长。

8、进一步地，所述在微纳结构碳材料表面进行催化剂沉积具体为：

9、利用微纳结构碳材料中的缺陷位点，通过物理吸附或化学吸附包括fe2+、co2+、ni2+过渡金属离子；

10、或，在所述微纳结构碳材料表面沉积聚合物层，利用所述聚合物的络合作用吸附包括fe2+、co2+、ni2+过渡金属离子；

11、或将微纳结构碳材料置于包括fe、co、ni过渡金属氧化物前驱体溶液中，通过溶液沉积方法以在微纳结构碳材料表面沉积过渡金属氧化物。

12、进一步地，所述聚合物包括聚多巴胺、聚单宁酸、聚苯胺。

13、进一步地，通过下述方法得到所述聚合物基体：

14、步骤一、缩聚

15、将单体加入溶剂和水的混合溶液中，加入杂原子前驱体，在一定温度和催化剂条件下进行水解缩聚；

16、步骤二、终止

17、缩聚一定时间后，加入封端化合物或淬灭剂结束水解反应，得到主链掺杂有机硅树脂溶液；

18、步骤三、后处理

19、对主链掺杂有机硅树脂进行提取，并重新溶解到溶剂中，并加入稳定剂。

20、本发明还提供上述一种可喷涂高发射率高吸收超黑涂层的成型方法，包括：

21、涂料调配：

22、将填料、聚合物基体、添加剂和溶剂按照一定比例混合，形成均匀稳定分散液，其中，所述填料与聚合物基体的质量比范围为1:10～1:500；

23、喷涂固化成型：

24、将上述涂料通过喷涂方法成型于样件表面，并于70℃～200℃的温度下进行固化。

25、本发明的有益效果是：

26、(1)通过将微纳结构碳材料进行碳纳米管改性并作为涂层填料，可以进一步提升常规红外高吸收/高发射材料的吸收和发射性能；同时通过将多种杂原子引入硅树脂主链，提高硅树脂耐热性能，制备耐高温聚合物基体，涂层耐温范围提高至400℃～500℃以上；

27、(2)通过多杂原子掺杂有机硅树脂和上述超黑材料的配合，实现更宽谱段、更高效的吸收效果，可应用于高温条件下的宽谱段红外辐射原位校准。

技术特征：

1.一种可喷涂耐高温超黑涂层，其组成包括填料、聚合物基体、添加剂和溶剂，其特征在于，所述填料为采用微纳结构碳材料作为原料并通过原位碳纳米管表面改性得到的超黑材料；所述聚合物基体为多杂原子掺杂有机硅树脂，其主链为si-o-si结构，所述杂原子为非金属元素和/或金属元素，所述杂原子位于主链上。

2.根据权利要求1所述的一种可喷涂耐高温超黑涂层，其特征在于，所述微纳结构碳材料包括各类炭黑、多孔碳、多孔碳球、中空碳壳。

3.根据权利要求2所述的一种可喷涂耐高温超黑涂层，其特征在于，所述非金属元素包括b、p；所述金属元素包括al、ti、zr、hf、fe、cr。

4.根据权利要求3所述的一种可喷涂耐高温超黑涂层，其特征在于，所述多杂原子掺杂有机硅树脂，其侧基为羟基、饱和烷基、不饱和烷基、苯基、带有氨基或酯基的饱和及不饱和烷基；所述多杂原子掺杂有机硅树脂，其端基为羟基、烷基或烷氧基；所述主链掺杂有机硅树脂，其分子量为1000～50万。

5.根据权利要求2-4任一项所述的一种可喷涂耐高温超黑涂层，其特征在于，通过下述方式得到所述所述超黑材料：

6.根据权利要求5所述的一种可喷涂耐高温超黑涂层，其特征在于，所述在微纳结构碳材料表面进行催化剂沉积具体为：

7.根据权利要求6所述的一种可喷涂耐高温超黑涂层，其特征在于，所述聚合物包括聚多巴胺、聚单宁酸、聚苯胺。

8.权利要求1-4任一项所述的一种可喷涂耐高温超黑涂层，其特征在于，通过下述方法得到所述聚合物基体：

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种可喷涂高发射率高吸收超黑涂层的成型方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明提供一种可喷涂耐高温超黑涂层及其成型方法，其组成包括填料、聚合物基体、添加剂和溶剂，其中，所述填料为采用微纳结构碳材料作为原料并通过原位碳纳米管表面改性得到的超黑材料；所述聚合物基体为多杂原子掺杂有机硅树脂，其主链为Si‑O‑Si结构，所述杂原子为非金属元素和/或金属元素，所述杂原子位于主链上。本发明能够将涂层耐温范围提高至400℃～500℃以上，能够实现更宽谱段、更高效的吸收效果，可应用于高温条件下的宽谱段红外辐射原位校准。技术研发人员：郭靖,刘岩,孙红胜,王加朋,杨旺林,杜继东,赵宁,徐坚,朱才镇,翟思婷,张鑫,平托,崔庆新受保护的技术使用者：北京振兴计量测试研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13