一種用於汽車隔熱的柔性導熱塗料的製作方法

2023-11-05 03:39:32 2

本發明涉及隔熱導熱材料領域，特別涉及一種用於汽車隔熱的柔性導熱塗料。

背景技術：

汽車作為人們戶外活動工具，受到外界強光照射的機率非常高，時間特別長，特別是隨著炎熱夏季的來臨，許多人的車停在露天停車場上，經過暴曬，當人們再次回到車內時，車內溫度奇高，人根本無法忍受，經過現場測驗，在四川省成都市某晴朗的一天，當外界氣溫為32℃時，將無遮陽墊的汽車停在露天停車場1小時後，用溫度計測量汽車內溫度，測驗結果為，車內駕駛室溫度達到65℃，比外界氣溫高出33℃，在此溫度下，人們只能先打開車內空調一段時間後才能進入車內，這不僅僅耗時耗能源，還會突發意外情況，造成眩暈嘔吐甚至暈倒、汽車自燃等危害，同時，經測驗，汽車金屬車身部分的溫度可達到75℃以上，極易造成燙傷。

因此，近幾年人們開發出了各種類型的產品來用於汽車降溫，主要以遮陽篷、玻璃隔熱貼膜和隔熱遮陽墊為主流產品，由於隔熱遮陽墊攜帶和使用方便，價格較低，隔熱效果好，一直備受人們喜愛。據某著名隔熱遮陽墊生產企業聲稱，使用隔熱遮陽墊後，汽車內外的溫度相差在12℃以內，一般在6-7℃之間，即當室外溫度為32℃時，遮蓋有隔熱遮陽墊的汽車車內溫度一般在38℃左右，最高不會超過44℃，具有優秀的隔熱效果。

但是，現有使用的汽車隔熱遮陽墊仍然存在著不完善之處，也即是說，現有隔熱遮陽墊是通過遮擋陽光來實現隔熱，往往忽略了車身本身的吸熱，即使車內溫度與外界氣溫相差6℃，金屬車身的溫度則至少相差13℃以上，特別是黑色漆車身，其溫度可達到相差20℃，仍然會有發生燙傷的可能性，其隔熱效果還有待提高。

技術實現要素：

本發明的發明目的在於：針對上述存在的問題，提供一種用於汽車隔熱遮陽墊的柔性導熱塗料，該塗料一方面具有良好的綜合性能，彎折後不易脫落，經久耐用，另一方面具有優秀的吸熱放熱性能，能快速吸收車身的熱量，並將該熱量迅速分散，達到車身降溫的目的。

本發明採用的技術方案如下：一種用於汽車隔熱的柔性導熱塗料，柔性導熱塗料按重量份計由以下原料組成：有機矽改性丙烯酸樹脂34-39份，膨脹石墨7-9份，導熱纖維絲12-15份，雲母粉6-8份，過渡金屬複合氧化物粉末5-7份，醋酸丁酯9-11份，氣相二氧化矽0.5-1份，二丙酮醇12-17份，分散劑1-1.5份和流平劑0.5-1份。

進一步，為了使塗料的導熱性能達到最佳，導熱纖維絲由金屬纖維絲與碳纖維絲按質量比為4:1組成，其中金屬纖維絲為黃銅纖維、不鏽鋼纖維、碳鋼纖維、鋁纖維和鋁合金纖維其中的一種或幾種。

作為優選，金屬纖維絲為細長金屬纖維絲，其單絲直徑為40-80μm，長徑比為40-60:1，碳纖維絲為細短碳纖維絲，其單絲直徑為10-15μm，長徑比為2-3:1。

進一步，過渡金屬複合氧化物為FeMnCuO2、FeMnCuO3、FeMnCuO4、FeMnCuO5和FeCuO5其中的一種或幾種。

進一步，柔性導熱塗料的製備方法包括以下步驟：

步驟1、將有機矽改性丙烯酸樹脂和分散劑加入反應器內，然後用攪拌機以800r/min的轉速對混合組分進行攪拌直至分散均勻，得到基料；

步驟2、向步驟1得到的基料中依次加入碳纖維絲、膨脹石墨、雲母粉、氣相二氧化矽、過渡金屬複合氧化物粉末，然後加入醋酸丁酯和二丙酮醇，用攪拌機對混合料進行充分攪拌，攪拌速度為1000r/min，直至分散均勻，得到初始塗料；

步驟3、將金屬纖維絲和流平劑加入步驟3的初始塗料中，用分散機分散均勻後得到未固化的塗料，將未固化的塗料泵入空氣噴槍的儲料罐中，然後用空氣噴槍噴塗在處理過的基材表面，靜置至塗層流平後，放入高溫烘箱於140℃下真空烘烤固化成膜，然後再保溫10min，隨爐冷卻至室溫後即得。

綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

1、以有機矽改性丙烯酸樹脂作為基料，使塗料具有了優秀綜合性能，使基料具有了良好的導熱、柔性和穩定性，為塗料提供了紮實的物理和化學性能基礎；

2、長短纖維絲的綜合使用，克服了單一規格的纖維絲易出現搭接盲區和分散不均的問題，解決了網絡狀纖維形成難和網絡狀纖維易斷點、不連續的技術難點，同時，形成的三維網格狀纖維絲還有助於塗料柔韌性的增加，使塗料在受到拉伸、壓縮、熱脹冷縮時，不易出現龜裂、褶皺、裂紋等缺陷，壓縮形變率極低，固化後的基料不易脫落，穩定性增強；

3、膨脹石墨的加入，可在塗料中形成導熱塊，用以形成「導熱中轉站」，一方面用以鞏固導熱網絡的連續性，增強導熱網絡的抗破壞能力，另一方面可將導熱網絡中零散的熱量匯集後及時排出，增強了塗料的散熱能力；

4、過渡金屬複合氧化物粉末作為吸熱材料加入，可在塗料內形成若干個具有吸收泵功能的吸熱源，能將周圍的熱量大量吸入，然後通過導熱纖維絲將熱量輸送於塗層各處，使塗層內外不會形成局部熱量集中現象，塗層受熱均勻，吸熱能力提高，進而使得塗層穩定性更好，同時當塗料形成的塗層與車身接觸時，塗層表面分布的過渡金屬複合氧化物粉末顆粒，能夠大量吸收車身的熱量，車身與塗層的發生快速熱交換，能夠在較短時間內快速降低車身的溫度；

5、膨脹石墨、過渡金屬複合氧化物、金屬纖維絲和碳纖維共同形成三維導熱網絡，細長的金屬纖維絲搭接成基礎網架，一部分細短碳纖維絲接通斷點的基礎網架，另一部分細短碳纖維絲與膨脹石墨和過渡金屬複合氧化物顆粒搭接，並通過膨脹石墨和過渡金屬複合氧化物粉末顆粒間接接通基礎網架，整體上基礎網架不存在斷點，形成了連續不間斷地牢固地三維導熱網絡，塗料的吸熱散熱功能得到有效保障；

6、將本發明的柔性導熱塗料用於汽車隔熱時，將柔性導熱塗料塗覆於隔熱遮陽墊上，與車身接觸並持續一定時間後，車身的溫度與外界氣溫相差在9℃以內，車內的溫度與外界氣溫相差在6℃以內，明顯提高了隔熱遮陽墊的隔熱效果。

附圖說明

圖1是對比例一製得的試樣結構組織示意圖；

圖2是對比例二製得的試樣結構組織示意圖；

圖3是對比例三製得的試樣結構組織示意圖；

圖4是本發明的柔性導熱塗料形成塗層後的結構組織示意圖；

圖5是圖4結構中的部分結構局部放大示意圖。

圖中標記：1為金屬纖維絲，2為碳纖維絲，3為膨脹石墨，4為過渡金屬複合氧化物粉末。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明作詳細的說明。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

實施例一

一種柔性導熱塗料，柔性導熱塗料按重量份計由以下原料組成：有機矽改性丙烯酸樹脂34份，膨脹石墨7份，導熱纖維絲12份，雲母粉6份，醋酸丁酯9份，氣相二氧化矽0.5份，二丙酮醇12份，分散劑1份和流平劑0.5份，過渡金屬複合氧化物粉末5份。

上述配方中，有機矽改性丙烯酸樹脂由乙烯基有機矽氧烷單體與丙烯酸酯類單體共聚而成，具有優秀的耐高溫、耐候性、良好的柔柔性以及強的附著力等性能，用此作為柔性導熱塗料的基料，可使基料具有良好的導熱、柔性和穩定性，在本實施例中，選用含有羥基的有機矽丙烯酸樹脂，固含50%，矽含40%。

膨脹石墨，作為導熱補強填料，由於其具有優良的導熱性和柔軟性，在本實施例中主要用來作為導熱塊，用以形成導熱「中轉站」，使柔性導熱塗料內的熱量能夠迅速排出，增強柔性導熱塗料的散熱性能。優選地，膨脹石墨選用小顆粒膨脹石墨，目數在325目以上，400目以下為宜。

導熱纖維絲，導熱纖維絲包含金屬纖維絲和碳纖維絲，金屬纖維絲與碳纖維絲的質量比為4:1，兩種不同種類的導熱纖維絲共混後，不僅會提高纖維絲的均勻分布，還會進一步形成三維狀的網絡導熱通路，如圖4和圖5所示，以細長金屬纖維絲1為主通道，以碳纖維絲2為支流和搭接橋梁，在塗料內可形成連續不間斷的網絡狀「導熱路線」，塗料在受到加熱時，熱量可通過塗料內網格狀的導熱纖維絲分散於塗料各處，熱量被分散後與塗料周圍物體發生熱交換，進而達到散熱目的，長短纖維絲的綜合使用，克服了單一規格的纖維絲易出現搭接盲區和分散不均的問題，解決了網絡狀纖維形成難和網絡狀纖維易斷點、不連續的技術難點，同時，形成的三維網格狀纖維絲還有助於塗料柔韌性的增加，使塗料在受到拉伸、壓縮、熱脹冷縮時，不易出現龜裂、褶皺、裂紋等缺陷，壓縮形變率極低，固化後的基料不易脫落，穩定性增強。

在本實施例中，金屬纖維絲1可以為黃銅纖維、不鏽鋼纖維、碳鋼纖維、鋁纖維和鋁合金纖維其中的一種或幾種混合，優選為導熱性能較佳的黃銅纖維，更具體地，黃銅纖維單絲直徑應在40-80μm之間，以50-60μm為主要單絲直徑，長徑比為40-60:1，以確保黃銅纖維絲具備足夠好的導熱、韌性等性能。碳纖維絲2為細短瀝青碳纖維絲，其單絲直徑為10-15μm，長徑比為2-3:1，以確保碳纖維絲能夠在黃銅纖維絲之間形成良好的搭接橋梁。

雲母粉能夠在表面張力的作用下在塗料內形成基本平行的取向排列，阻隔腐蝕性物質例如水、機油等對形成的柔性導熱層的滲透，提高塗層的耐腐蝕性，同時雲母粉還可以承受拉應力，增加塗層的附著力，提高塗層熱輻射及機械性能，雲母粉的加入，還能與導熱纖維發生協同作用，減小導熱纖維所受的應力，降低導熱纖維發生脫落的趨勢，在本實施例中，優選用絹雲母粉，以使雲母粉發揮出最佳作用。

醋酸丁酯和二丙酮醇在本實施例中作為溶劑，能夠保證塗層乾燥時的成膜效果，相比於單一溶劑，兩種溶解參數相近和沸點相近的溶劑共混可以達到優勢互補的效果，克服單一溶劑所固有的缺點，使塗料的成膜效果更易得到保障，成功率高。

氣相二氧化矽在本實施例中作為防沉劑，蓬鬆粉末狀、多孔的氣相二氧化矽可有效提高塗料內填料的懸浮性，阻止分層現象的發生，使塗料保持良好的穩定性。

分散劑用於減少攪拌分散過程中所用的時間，使混合料能儘快分散均勻，在本實施例中選用BYK-ATU分散劑，流平劑用於避免成膜出現縮孔等現象，是一種聚丙烯酸酯溶液，選用BYK-355流平劑。

過渡金屬複合氧化物粉末4在本實施例中作為吸熱材料，其吸收比可達到0.91，發射比可達到0.4，具有很強的吸熱性能，過渡金屬複合氧化物粉末4均勻分散後，在塗料內形成若干個吸熱源，每個吸熱源類似於「吸熱泵」，將周圍的熱量大量吸入，然後通過導熱纖維絲將熱量輸送於塗層各處，使塗層內外不會形成局部熱量集中現象，塗層受熱均勻，吸熱能力提高，進而使得塗層穩定性更好。如圖4和圖5所示，膨脹石墨3、過渡金屬複合氧化物粉末4、金屬纖維絲1和碳纖維2共同形成三維導熱網絡，在二維圖示中，細長的金屬纖維絲1搭接成基礎網架，由於細長金屬纖維絲1之間存在較多搭接盲區，基礎網架為擁有較多斷點的基礎網架，基礎網架的搭接盲區處均勻分散有若干相互搭接的細短碳纖維絲2，一部分細短碳纖維絲2接通斷點的基礎網架，基礎網架的大部分斷點被接通，另一部分細短碳纖維絲2與膨脹石墨3和過渡金屬複合氧化物粉末4搭接，並通過膨脹石墨3和過渡金屬複合氧化物粉末4間接接通基礎網架，整體上形成了連續不間斷地三維導熱網絡。

更進一步說，過渡金屬複合氧化物可以為FeMnCuO2、FeMnCuO3、FeMnCuO4、FeMnCuO5和FeCuO5其中的一種或幾種共混，優選為FeCuO5。

上述柔性導熱塗料的製備方法包括以下步驟：

步驟1、將有機矽改性丙烯酸樹脂和BYK-ATU分散劑加入反應器內，然後用攪拌機以800r/min的轉速對混合組分進行攪拌直至分散均勻，得到基料；

步驟2、向步驟1得到的基料中依次加入瀝青碳纖維絲、小顆粒膨脹石墨、絹雲母粉、氣相二氧化矽、FeCuO5粉末，然後加入醋酸丁酯和二丙酮醇，用攪拌機對混合料進行充分攪拌，攪拌速度為1000r/min，直至分散均勻，得到初始塗料；

步驟3、將黃銅纖維絲和BYK-355流平劑加入步驟2的初始塗料中，用分散機分散均勻後得到未固化的塗料，將未固化的塗料泵入空氣噴槍的儲料罐中，然後用空氣噴槍噴塗在處理過的基材表面，靜置至塗層流平後，放入高溫烘箱於140℃下真空烘烤固化成膜，然後再保溫10min，隨爐冷卻至室溫後即得。

實施例二

實施例二與實施例一相同，其不同之處在於，柔性導熱塗料按重量份計由以下原料組成：有機矽改性丙烯酸樹脂38份，膨脹石墨8份，導熱纖維絲14份，雲母粉6份，過渡金屬複合氧化物粉末6份，醋酸丁酯10份，氣相二氧化矽0.7份，二丙酮醇15份，分散劑1.3份和流平劑0.7份。

實施例三

實施例三與實施例一和實施例二相同，其不同之處在於，柔性導熱塗料按重量份計由以下原料組成：有機矽改性丙烯酸樹脂36份，膨脹石墨7份，導熱纖維絲13份，雲母粉7份，過渡金屬複合氧化物粉末6份，醋酸丁酯10份，氣相二氧化矽0.5份，二丙酮醇12份，分散劑1.2份和流平劑0.6份。

實施例四

實施例四與實施例一、實施例二和實施例三相同，其不同之處在於，柔性導熱塗料按重量份計由以下原料組成：有機矽改性丙烯酸樹脂39份，膨脹石墨9份，導熱纖維絲15份，雲母粉8份，過渡金屬複合氧化物粉末7份，醋酸丁酯11份，氣相二氧化矽1份，二丙酮醇17份，分散劑1.5份和流平劑1份。

對比例一

對比例一的製備方法與實施例一相同，其不同之處在於，柔性導熱塗料按重量份計由以下原料組成：有機矽改性丙烯酸樹脂34份，氮化矽15份、氧化鋁12份、雲母粉6份，醋酸丁酯10份，氣相二氧化矽1份，二丙酮醇15份，分散劑1份和流平劑0.5份。

對比例二

對比例二的製備方法與實施例一相同，其不同之處在於，柔性導熱塗料按重量份計由以下原料組成：有機矽改性丙烯酸樹脂34份，金屬纖維絲15份、雲母粉7份，醋酸丁酯9份，氣相二氧化矽0.5份，二丙酮醇12份，分散劑1份和流平劑0.5份。

對比例三

對比例二的製備方法與實施例一相同，其不同之處在於，柔性導熱塗料按重量份計由以下原料組成：有機矽改性丙烯酸樹脂34份，氮化矽11份、氧化鋁9份、金屬纖維絲13份、雲母粉8份，醋酸丁酯10份，氣相二氧化矽0.5份，二丙酮醇17份，分散劑1.5份和流平劑1份。

將上述實施例和對比例所得到的塗層進行如下性能測試：

1、耐溫性：熱重分析儀

2、硬度：邵00硬度計

3、密度：密度天平

4、導熱係數：按照ASTM D5470標準執行

5、附著力：按照ISO2409-2007劃格法

測試結果如下：

註：附著力等級說明，0級代表優秀，1級代表可以滿足工業要求，2級以後表示附著力很差。

如圖1所示，在對比例一製得的試樣中，由於只存在導熱填料，其導熱能力是間斷的，熱量的傳輸很依賴基料的傳遞，因此其導熱速度較慢，散熱較慢，導熱能力差；如圖2所示，在對比例二製得的試樣中，由於只存在導熱纖維，導熱纖維在集體中仍然只能搭接成擁有大量斷點的纖維網絡，其導熱速度較對比例一快，但由於其固有的缺陷，其導熱能力依然較差；如圖3所示，在在對比例三製得的試樣中，導熱纖維與導熱填料共同存在，增強了塗層的導熱能力，但是單一規格的導熱纖維存在搭接盲區，導熱填料填充搭接盲區能力有限，其形成的導熱網絡仍然存在較多斷點，因此，其導熱能力依然較差。

在圖4和圖5中，膨脹石墨3、過渡金屬複合氧化物粉末4、金屬纖維絲1和碳纖維2達到優勢互補並共同形成三維導熱網絡，相互間的協同作用使塗層內的導熱網絡幾乎不存在斷點，進而可以連續不間斷地傳輸熱量。

將實施例一至實施例四的塗料塗覆於隔熱遮陽墊上，固化乾燥後，遮蓋在汽車車身上，1小時後，用溫度計測量車內、車身和周圍氣溫的溫度，測試結果為，車內的溫度與外界氣溫相差在6℃以內，車身的溫度與外界氣溫相差在9℃以內，明顯地提高了隔熱遮陽墊的隔熱效果。

綜上，本發明的柔性導熱塗料具有優秀的導熱性能，穩定性好，附著力強，可噴塗於柔性基材上並可隨基材彎曲摺疊，將本塗料用於隔熱遮陽墊時，優秀的吸熱能力可以快速使目標降溫並散熱，進而達到了降溫保溫的效果。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。