Paint & Coatings Industry >

2018 , Vol. 48 >Issue 12: 64 - 68

DOI: https://doi.org/10.12020/j.issn.0253-4312.2018.12.64

Application & Research

Effect of Different Color Paste on Fluorine Resin/Aluminum Coating with Low Infrared Emissivity

  • Xiaoxing Yan ,
  • Ping Pan
Expand
  • College of Furnishings and Industrial Design, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China

Received date: 2018-08-29

  Online published: 2018-12-20

Copyright

Copyright reserved © 2018
Fold

Abstract

The effects of different color paste such as red, dark yellow, purple and black on the glossiness, adhesion, hardness, roughness, impact resistance, color difference, infrared emissivity and corrosion resistance of fluorine resin/aluminum coating with low infrared emissivity were investigated. The results showed that the infrared emissivity of the coating could be reduced significantly by the dark yellow color paste, which was about 0.1. Different color pastes had different influence on the color difference of fluorine resin coating. Compared with other color paste, the purple could make the coating darker. The coating hardness of red, dark yellow and purple color paste was 6H. The adhesion of the dark yellow color paste was the best, followed by the red color paste and purple color paste. Compared with red, dark yellow and black color paste, the purple color paste coating had the lowest roughness with smoother surface. The infrared wave peaks of red and dark yellow color paste were equal, which was helpful to decrease the surface emissivity. The anticorrosive property of the fluoride coating with purple color paste was the best. The four coatings showed no obvious gloss loss after corrosion resistance test, and the color of purple coating did not change significantly, the blister density of the dark yellow and black coatings was lower. The uniform particle makes purple pate disperse cusily in fluororesion coatings, and has good compatihility with fluororesion coatings, so it has relatively better comprehensive properties.

Key words： color paste; aluminum powder; fluorine resin; coating property

Cite this article

Xiaoxing Yan , Ping Pan . Effect of Different Color Paste on Fluorine Resin/Aluminum Coating with Low Infrared Emissivity[J]. Paint & Coatings Industry, 2018 , 48(12) : 64 -68 . DOI: 10.12020/j.issn.0253-4312.2018.12.64

目前,与红外光相关的研究在军事上得到越来越多的应用,在这样的大背景下,低红外发射率涂层(IRLEC)受到了较多的关注[1]。IRLEC是红外隐身技术的一部分[2]。部分高校、研究机构对IRLEC已经有了比较深入的研究。根据已有的研究成果,氟树脂/铝IRLEC具有较低的红外发射率和较好的性能[3],但目前对于IRLEC颜色的深入研究还比较少。涂层颜色是涂层装饰性能的重要指标之一,但不同的颜色可以抵抗不同的可见光探测[4]。
对于隐身涂料,除了要求涂层具有低红外发射率外,还要兼顾其与可见光隐身兼容,因此,降低涂层的亮度以及对其进行调色也是必须考虑的。本文主要侧重于调色问题,旨在研究不同颜色的色浆,对氟树脂/铝涂层红外发射率、涂层光泽、明度、附着力、耐冲击性、粗糙度等的影响,以求得性能最优的低光泽、低红外发射率涂层适宜的颜色。

1 实验部分

1.1 实验材料及设备

1.1.1 实验原材料
氟树脂(JF100)、固化剂:巨化集团;4017铝粉:章丘市金属颜料公司;纳米浆黑9927、大红8011、深黄8032、水紫8005:苏州世名科技股份有限公司;铝板:100 mm×50 mm×1 mm;其他辅助材料:市售。
1.1.2 实验设备
JB-4C型精密粗糙度测试仪:上海泰明光学仪器有限公司;SEGT-J色差仪:广州标格达实验仪器用品有限公司;Bruker Vertex 70 红外发射率测试仪:中科院上海技术物理研究所研制;JSM-5610LV 扫描电镜:美国 FEI公司;CHI660E电化学工作站:北京华科普天科技有限责任公司。

1.2 涂料的制备

用砂纸打磨预处理后的基材,除油,在烘箱中烘干。根据前人的研究经验,色浆含量在40%时,涂层具有良好的性能[5]。铝粉固含量、色浆固含量分别是指真空条件下在(105±2)℃下将铝粉、色浆烘焙30 min后,铝粉质量、色浆质量分别与原始铝粉质量、色浆质量的百分比。氟树脂固含量、固化剂固含量分别根据相同方法测得。按表1配方制备涂料,混合搅拌均匀后,涂覆在事先处理平整的铝板基板(100 mm×50 mm×1 mm)表面,涂层厚度约60 μm,在鼓风干燥机中40 ℃环境下固化2 h。
表1 不同色浆涂层组成配比

Table 1 The composition of different color pastes

1.3 测试与表征

涂层的表面结构和形态通过扫描电镜表征。涂层硬度参照GB/T 6739—2006测试。涂层的红外发射率通过红外发射率测试仪测试范围为8~14 μm。涂层光泽参照国标GB/T 9754—2007测试。涂层粗糙度参照国标GB/T 13288.5—2009测试。涂层耐冲击性参照国标GB/T 20624.2—2006测试。涂层的耐腐蚀性参照国标GB/T 15748—2013分别通过电化学工作站和耐盐水浸泡实验进行测试,盐水浓度为3.5%。涂层的颜色参照国标GB/T 3181—1995测试。涂层的附着力按照GB/T 4893.4—2013测试。

2 结果与讨论

2.1 色浆对应涂层的红外光谱

4种色浆对应涂层的红外光谱如图1所示。
图1 不同色浆对应涂层的红外光谱

Fig.1 Infrared spectrum of the coatings with different color pastes

基尔霍夫定律,在热平衡状态下,物体吸收的红外能量等于物体发射的红外能量。由图1可以看出,水紫涂层和深黄涂层的红外波峰比较持平,红外吸收最小,对应的涂层发射率最低,有利于减小表面发射率;黑色涂层的红外吸收较多,因此表面发射率最高,不利于制备低红外发射率涂层。

2.2 色浆对应涂层红外发射率的影响

不同色浆对氟树脂涂层红外发射率影响如表2所示。
表2 不同色浆对涂层红外、发射率影响

Table 2 Influence of different color pastes on the infrared emisivity of the coating

由表2可以看出,大红色浆和黑色色浆的添加使得氟树脂涂层具有较高的红外发射率(>0.3)。深黄和水紫可以使氟树脂涂层具有较低的红外发射率(0.10~0.25),相对于水紫,深黄具有更低的红外发射率。这是因为相对于实验中所用的其他色浆而言,深黄色浆对红外线的吸收能力最低,反射能力最强,所以深黄色浆的红外发射率最低[6]。
不同颜色涂层的扫描电镜图如图2所示。
图2 不同颜色涂层的扫描电镜图

(A)—大红;(B)—深黄;(C)—水紫;(D)—黑色

Fig.2 SEM images of different color coatings

从图2可以看出,大红涂层和黑色涂层中颗粒较多,而深黄和水紫从微观上看基本上看不到明显颗粒物,涂层更加均匀,从而减少了对红外光的吸收,降低了红外发射率。

2.3 色浆对涂层性能的影响

不同色浆对涂层性能的影响如表3所示。
表3 色浆对涂层性能的影响

Table 3 Effect of color pastes on performance of the coatings

通过表3可知,相对于深黄色浆和水紫色浆,大红色浆和黑色色浆可以使氟树脂涂层具有较低的光泽,黑色涂层的光泽最低。这是因为添加大红色浆和黑色色浆的涂层吸收和发射光的能力更强,反射光的能力更弱,因此光泽更低[7]。
不同色浆对涂层硬度影响不同,大红、深黄、水紫涂层的硬度达6H,而黑色涂层的硬度最低(6B)。这是因为黑色色浆主要是由炭黑颗粒组成的,相对于其他3种色浆,炭黑颗粒更加松散,影响了涂层的致密性[8]。对于低红外发射率涂层,涂层的一个重要作用就是对于覆盖物的保护,所以硬度不能太低[9],由此可见,添加黑色色浆的涂层硬度不满足基本硬度指标(2H),针对黑色涂层来说,为了保证该涂层能满足应用要求,可以通过添加改性剂,增强其硬度。
从表3可以看出,深黄涂层附着力最好,黑色涂层附着力最差。这是因为从微观角度来看,深黄涂层更加均匀致密,各组分之间易于混合均匀,而黑色色浆的炭黑颗粒与涂层其他组成之间的相互作用力更小,不易与其混合均匀[10]。不同色浆对涂层的耐冲击性影响也不同。黑色涂层的耐冲击性最低,深黄涂层的耐冲击性最高。这是因为深黄涂层的附着力较高,良好的附着力可以保证其良好的耐冲击性能,而炭黑颗粒的附着力相对较小,受到冲击容易形成粉末而脱落[11]。
由表3还可以看出,深黄、水紫涂层粗糙度都比较低,表面比较光滑;黑色涂层的粗糙度最高,这可能是由于深黄色浆和水紫色浆粒径较小,能够填充涂层中铝粉之间的间隙,使得涂层致密性增加;黑色色浆的炭黑粒子会聚集到一起形成大的颗粒,从而使得粗糙度增加[12]。
表4是4种色浆对涂层色差的影响。色差指涂层整体明度、色相的差异程度[13]。L、a、b分别代表不同色浆涂层的明度、红绿、黄蓝值。L'、a'、b'分别代表基材本身的明度、红绿、黄蓝值。两者相减后得到差值ΔL、Δa、Δb,分别表示为明度差、红绿指数差、黄蓝指数差,从而可根据公式得到色差ΔE[14]。
表4 色浆对涂层色差的影响

Table 4 Effect of color pastes on ΔE of the coatings

通过表4可知,不同色浆对涂层色差影响不同,相对于大红色浆、深黄色浆、黑色色浆对氟树脂涂层的影响,水紫色浆色差值最小。同时水紫涂层的L值最低,因此涂层偏暗。其余3种涂层的L值较大,涂层较亮。
从以上研究可以看出,添加水紫色浆、大红色浆、深黄色浆的涂层综合性能较优,将3种涂层进行电化学耐腐蚀性测试,测试结果如图3、表5所示。βa和βc分别是阳极塔菲尔斜率和阴极塔菲尔斜率,单位为mV/dec,mV指的是电压,dec指得是取对数后的电流。电位Ecorr越高,电阻Rp越大,电流Icorr越小,耐腐蚀性越好。由图3和表5可知,水紫涂层的耐腐蚀性能最好。
图3 3种颜色涂层的电化学曲线

Fig.3 Electrochemistry diagram of different color pastes

表5 3种颜色涂层的耐腐蚀性

Table 5 Effect of different color content on corrosion resistance

将4种颜色的涂层浸泡在盐水中7 d后进行耐盐水性的测试,观察涂层在一定腐蚀时间后表面情况发生的变化。根据GB/T 1733—1993中的等级评判标准来评判漆膜实际腐蚀过程中的失光率、变色程度以及起泡密度,测试结果见表6、表7和图4。
表6 失光率变化

Table 6 Change of gloss loss

表7 耐盐水实验后色差变化

Table 7 Color difference change after salt solution test

图4 盐水浸泡7 d后4种颜色涂层的起泡情况

Fig.4 Foaming profile of fluorine resin coating for red, dark yellow, purple and black color paste

由表6可以看出,浸泡后4种涂层均没有明显失光,失光等级为0级或1级,表明不同色浆氟树脂涂层耐水性良好。
由表7可以看出,水紫涂层变色等级为0级,表明水紫涂层具有较佳的耐腐蚀性,与电化学测试结果相符合(图3)。深黄涂层和黑色涂层在相同实验条件下发生了明显变色,变色等级为3级及以上。
由图4可见,盐水浸泡7 d后涂层被破坏,4种涂层都有一定程度的起泡,深黄涂层和黑色涂层起泡密度较低,水紫有少量起泡现象,而大红起泡现象较为严重。
综合以上分析可以得出:水紫8005能制备性能较优的低红外发射氟树脂涂层。实验对水紫8005色浆进行了结构表征。水紫8005色浆的扫描电镜如图5所示,红外光谱如图6所示。
图5 水紫色浆的SEM图

Fig.5 SEM image of purple paste

图6 水紫色浆的红外光谱

Fig.6 Infrared spectrum of purple paste

从图5可以看出,水紫色浆粒径均匀细小。从图6可以看出,水紫8005色浆含有丰富的有机官能团,3 314 cm-1、2 963 cm-1、1 638 cm-1、1 560 cm-1分别对应N—H、C—H、C＝O、C—N的特征吸收峰,因此在氟树脂涂料中易分散,与氟树脂涂料有良好的相容性。

3 结 语

(1)可以通过实验筛选较优的色浆加入氟树脂涂层体系,从而使氟树脂涂层具有低红外发射率、低光泽度、较低的粗糙度和明度、较好的附着力、耐水性和耐冲击性。
(2)水紫色色浆粒径均匀细小,在氟树脂涂料中易分散,与氟树脂相容性好,因此可以使氟树脂涂层具有较好的综合性能。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
闫小星 . 金属/聚氨酯低红外发射率复合涂层界面改性及性能研究[D]. 南京:南京航空航天大学, 2011.

[2]
LIU Z H, BAN G D, YE S T , et al. Infrared emissivity properties of infrared stealth coatings prepared by water-based technologies[J]. Optical Materials Express, 2016,6(12):3716-3724.

[3]
李叶, 张志毅, 寿金泉 , 等. 低红外发射率涂层的制备及耐高温性能研究[J]. 中国胶黏剂, 2015,24(9):37-40.

[4]
PANJAN M, GUNDE M K, PANJAN P , et al. Designing the color of AlTiN hard coating through interference effect[J]. Surface & Coatings Technology, 2014,254:65-72.

[5]
刘凯 . 色度与低红外发射率性能兼容涂层制备及性能研究[D]. 南京:南京航空航天大学, 2016.

[6]
叶圣天, 成声月, 刘朝辉 , 等. 冷颜料在红外隐身涂料中的应用[J]. 表面技术, 2016,45(2):139-143.

[7]
张伟钢, 曾银伍 . 石墨烯对聚氨酯/Al复合涂层光泽度及红外发射率性能的影响[J]. 表面技术, 2017,46(12):175-178.

[8]
米鹏博, 何继宁, 阎殿然 , 等. 石墨和炭黑制备的TiCN涂层及其磨损性能[J]. 材料热处理学报, 2015,36(11):188-193.

[9]
朱昱, 魏金栋, 周燕琴 , 等. 等离子喷涂工艺参数对Al2O3涂层硬度的影响[J]. 中国陶瓷, 2017,53(6):54-58.

[10]
薛杨, 岳仁亮, 张冬海 , 等. 用于木材的水性纳米复合导电涂料的制备与性能研究[J]. 涂料工业, 2014,44(5):37-42.

[11]
王虎, 杜秀才, 赵凯锋 . 炭黑对聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯性能的影响研究[J]. 涂料工业, 2016,46(2):22-27.

[12]
郑允宅, 朱建峰, 曹萍丽 , 等. 离子喷涂涂层微观结构的蒙特卡罗模拟[J]. 真空科学与技术学报, 2014,34(12):1304-1309.

[13]
郑红阳, 范宇峰, 满广龙 , 等. S781涂层分区喷涂色差分析与试验[J]. 宇航材料工艺, 2012,42(6):109-113.

[14]
闫小星, 钱星雨, 张岱远 , 等. 环氧生漆在水曲柳木材上的涂饰工艺研究[J]. 林产工业, 2018,45(1):27-29.

Options
Outlines

/

〈 〉

Website Copyright © Editorial Office of Paint & Coatings Industry
Powered by Beijing Magtech Co. Ltd,.