[發明專利]一種碳/碳復合材料表面高紅外發射率涂層及制備涂敷方法

有效

• 申請號: 202110387924.1
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN112980284B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 李偉;宋強;余高杰;張守陽;盧錦花
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C09D161/06
• 分類號: C09D161/06;C09D7/61;B05D7/24;B05D1/02;B05D1/00;B05D1/36
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種碳/碳復合材料表面高紅外發射率涂層及制備涂敷方法，組分的質量份數為：炭黑9?11質量份；十二烷基苯磺酸鈉3?3.5質量份；酚醛樹脂1.4?1.6質量份；無水乙醇300?350質量份；去離子水40?50質量份。本發明選用價格低的商業化高紅外發射率炭黑作為主要材料，借助合適的噴涂工藝，將其均勻噴涂于C/C復合材料表面，并構筑出豐富的微納米孔隙，然后借助少量的熱解碳加固多孔的炭黑涂層并將其粘結于C/C復合材料表面，制備出與C/C復合材料界面結合優良、抗熱震性能好的高紅外發射率涂層。

技術領域

本發明屬于紅外輻射涂層材料領域，涉及一種碳/碳復合材料表面高紅外發射率涂層及制備涂敷方法

背景技術

碳纖維增強的熱解碳基體復合材料，簡稱為C/C復合材料，具有輕質、耐高溫、熱傳導能力強等特點，是未來大功率空間飛行器理想的熱管控材料。在真空狀態下，C/C復合材料將熱量從高溫處向低溫處傳導，同時，熱量在C/C復合材料表面以熱輻射形式向空間散播。這樣的一個“邊導邊散”過程使得C/C復合材料完成了對空間飛行器熱端構件的熱管控。C/C復合材料的導熱性能與碳纖維種類、碳纖維預制體編織結構、熱解碳基體織構有著密切關系。現階段，可通過使用瀝青基高導熱碳纖維、提高碳纖維分布的定向性及提高熱解碳基體的織構(即提高其石墨化程度)制備獲得室溫導熱率大于630W/(m·K)的高導熱C/C復合材料。然而，導熱用C/C復合材料多具有較高密度、較低孔隙率、較完整石墨片層結構，因此，其紅外發射率較低，室溫紅外發射率多小于0.75。要充分發揮C/C復合材料的熱管控能力，急需在其表面涂覆高紅外發射率的散熱涂層。

目前，國內外研究高紅外發射率涂層材料主要集中在“尖晶石”、“堇青石”、“Fe-Mn-Cu氧化物”等體系，這類材料不僅密度大，而且與碳材料相比具有較高的熱膨脹系數，若將其涂覆在C/C復合材料表面，不僅會增加C/C樣品的密度，還會因為熱膨脹失配產生巨大的界面應力，極易造成涂層開裂與大面積脫落。此外，該類涂層材料的紅外發射率多在0.90以下，依舊不能滿足某些高標準應用對紅外發射率的需求。為了實現紅外發射涂層與C/C復合材料基底之間良好的界面匹配，需要發展碳基涂層材料，比如碳納米管涂層、炭黑涂層等。相比而言，炭黑具有更低的成本和更高的產量常被應用于紅外發射涂層的制備。例如，江國華等用水性樹脂、炭黑、分散劑、水性流平劑、水性消泡劑等作為原料，通過球磨混合制成一種散熱涂料(中國專利102250546A)；李春燕等先制備出一種改性防水硅樹脂，再將其與乙酸乙酯、環氧樹脂、炭黑、乙二酸二甲酯、偶氮二甲酞胺、氫化蓖麻油、氧化鈹等多種原料混合攪拌制成一種防水散熱涂料(中國專利104152004A)。綜上所述，現有炭黑高發射率涂層常與樹脂復合使用，涂層中樹脂質量分數約是炭黑的數十倍、甚至高達五十倍以上。一般條件下，樹脂具有相比炭黑較低的紅外發射率，因此，高質量分數樹脂的存在會顯著降低炭黑/樹脂復合涂層的紅外發射率；同時，樹脂材料具有硬脆、受熱易膨脹等特性，其極易在太空環境中的高低溫交變下產生斷裂，難以與C/C復合材料形成強界面結合。此外，炭黑/樹脂復合紅外發射涂層組成較為復雜、制備工藝較為繁瑣，不利于大規模使用。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種碳/碳復合材料表面高紅外發射率涂層及制備涂敷方法，是一種C/C復合材料表面炭黑涂層及其制備方法，其具有紅外發射率高、抗熱震、成本低、制備方法便捷等優點。

技術方案

一種碳/碳復合材料表面高紅外發射率涂層，其特征在組分的質量份數為：炭黑9-11質量份；十二烷基苯磺酸鈉3-3.5質量份；酚醛樹脂1.4-1.6質量份；無水乙醇300-350質量份；去離子水40-50質量份。