不同基料对绝热涂料高温绝热性能的影响

第36卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.36 Suppl.1 2014年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2014 不同基料对绝热涂料高温绝热性能的影响 曹光远，郭汉杰四，李林，李宏亮，郭闯 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:guohanjie@usth.cdu.cn 摘要研究了不同基料、空心微珠填料尺寸、涂料涂层厚度和温度对涂料高温绝热性能的影响.发现以E800黏结剂为基 料，涂层厚度为0.42mm时，就已经达到了最佳绝热效果。以水玻璃溶液为基料，配以0.5%羧甲基纤维素的涂料绝热性能最 佳：PA80型高温胶对钢板有强烈腐蚀作用，因而不适合成为高温绝热涂料的组成成分；在涂层厚度和基料相同的情况下，构成 涂料的空心陶瓷微珠填料粒度越小，高温绝热性能越好.选用5000目粒度的空心陶瓷微珠填料、水玻璃溶液为基料配0.5% 的羧甲基纤维素构成的绝热涂料，在治金企业30t的钢包内涂刷0.8m后，钢包内钢水每分钟的平均温降比不刷本绝热涂料 时低0.41℃，可以直接为治金企业带来经济效益. 关键词绝热涂料：涂层：绝热性能：空心微珠：基料 分类号TQ637 Effect of different coating binders on the high-temperature heat-insulating prop- erties of heat insulating coatings CAO Guang-yuan,GUO Han-jie,LI Lin,LI Hong-iang,GUO Chuang School of Metallurgical and Ecological Engineering University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083 Corresponding author,E-mail:guohanjie@ustb.edu.cn ABSTRACT The heat-insulating properties of heat insulating coatings were studied by adding different coating binders and changing micro bead size,temperature and coating thickness.It is found that the optimal adiabatic effect is obtained when the thickness of E800 binder based coatings is 0.42 mm.PA80 high-temperature gel is not suitable to be used in heat insulation coatings for its strong corro- sive effect.Experimental results show that the coatings in the best adiabatic effect are based on soluble glass dissolved with 0.5%car- boxymethyl cellulose.The smaller the micro bead size is,the better the heat-insulating properties of the coatings with the same thick- ness and binder are.The coating with the components of 5000 mesh micro beads and soluble glass based 0.5%carboxymethyl cellulose was chosen to paint on the steel ladle in-wall.The temperature drop per minute of the steel ladle with a0.8mm coating is0.41C less than that without the coating.It is indicated that this coating is suitable to be implemented. KEY WORDS heat insulating materials;coatings:heat-insulating properties:micro beads;binders 我国传统的保温材料在现实应用中存在诸多缺 中的最佳成分配比.通过测量涂刷涂料钢板内 点，而高温绝热涂料是薄层隔热保温新材料，其率先 外温差与钢板内部温度，研究其与空心微珠填料、涂 推动了隔热保温技术向高效、薄层、隔热节能及装饰 料涂层厚度之间的关系；考察最佳成分配比的涂料 防水一体化方向发展.到目前为止，这种涂料在 在反复实验情况下的疲劳性能；通过实验室实验和 高温时的绝热效果及在治金方面的应用还没有报 治金企业小型化工业实验综合研究空心陶瓷微珠绝 道，所以笔者在这方面进行了探索性研究.本文主 热涂料绝热性能和工业应用前景 要研究了空心陶瓷微珠绝热涂料在800℃之内的高 1高温绝热涂料实验方案 温性能，重点是对于不同粒度的空心陶瓷微珠填料 所用的黏结剂、增稠剂的选择以及它们在涂料成分 绝热涂料由填料和基料组成，空心陶瓷微珠绝 收稿日期：2013-11-20 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.s1.005:http://jourals.ustb.edu.en

第 36 卷 增刊 1 2014 年 4 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 Suppl． 1 Apr． 2014 不同基料对绝热涂料高温绝热性能的影响 曹光远，郭汉杰，李 林，李宏亮，郭 闯 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: guohanjie@ ustb． edu． cn 摘 要 研究了不同基料、空心微珠填料尺寸、涂料涂层厚度和温度对涂料高温绝热性能的影响． 发现以 E800 黏结剂为基 料，涂层厚度为 0. 42 mm 时，就已经达到了最佳绝热效果． 以水玻璃溶液为基料，配以 0. 5% 羧甲基纤维素的涂料绝热性能最 佳; PA80 型高温胶对钢板有强烈腐蚀作用，因而不适合成为高温绝热涂料的组成成分; 在涂层厚度和基料相同的情况下，构成 涂料的空心陶瓷微珠填料粒度越小，高温绝热性能越好． 选用 5000 目粒度的空心陶瓷微珠填料、水玻璃溶液为基料配 0. 5% 的羧甲基纤维素构成的绝热涂料，在冶金企业 30 t 的钢包内涂刷 0. 8 mm 后，钢包内钢水每分钟的平均温降比不刷本绝热涂料 时低 0. 41 ℃，可以直接为冶金企业带来经济效益． 关键词 绝热涂料; 涂层; 绝热性能; 空心微珠; 基料 分类号 TQ637 Effect of different coating binders on the high-temperature heat-insulating prop￾erties of heat insulating coatings CAO Guang-yuan，GUO Han-jie，LI Lin，LI Hong-liang，GUO Chuang School of Metallurgical and Ecological Engineering University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083  Corresponding author，E-mail: guohanjie@ ustb． edu． cn ABSTＲACT The heat-insulating properties of heat insulating coatings were studied by adding different coating binders and changing micro bead size，temperature and coating thickness． It is found that the optimal adiabatic effect is obtained when the thickness of E800 binder based coatings is 0. 42 mm． PA80 high-temperature gel is not suitable to be used in heat insulation coatings for its strong corro￾sive effect． Experimental results show that the coatings in the best adiabatic effect are based on soluble glass dissolved with 0. 5% car￾boxymethyl cellulose． The smaller the micro bead size is，the better the heat-insulating properties of the coatings with the same thick￾ness and binder are． The coating with the components of 5000 mesh micro beads and soluble glass based 0. 5% carboxymethyl cellulose was chosen to paint on the steel ladle in-wall． The temperature drop per minute of the steel ladle with a 0. 8 mm coating is 0. 41 ℃ less than that without the coating． It is indicated that this coating is suitable to be implemented． KEY WOＲDS heat insulating materials; coatings; heat-insulating properties; micro beads; binders 收稿日期: 2013--11--20 DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． s1． 005; http: / /journals． ustb． edu． cn 我国传统的保温材料在现实应用中存在诸多缺 点，而高温绝热涂料是薄层隔热保温新材料，其率先 推动了隔热保温技术向高效、薄层、隔热节能及装饰 防水一体化方向发展［1--6］． 到目前为止，这种涂料在 高温时的绝热效果及在冶金方面的应用还没有报 道，所以笔者在这方面进行了探索性研究． 本文主 要研究了空心陶瓷微珠绝热涂料在 800 ℃ 之内的高 温性能，重点是对于不同粒度的空心陶瓷微珠填料 所用的黏结剂、增稠剂的选择以及它们在涂料成分 中的最佳成分配比［7--8］． 通过测量涂刷涂料钢板内 外温差与钢板内部温度，研究其与空心微珠填料、涂 料涂层厚度之间的关系; 考察最佳成分配比的涂料 在反复实验情况下的疲劳性能; 通过实验室实验和 冶金企业小型化工业实验综合研究空心陶瓷微珠绝 热涂料绝热性能和工业应用前景． 1 高温绝热涂料实验方案 绝热涂料由填料和基料组成，空心陶瓷微珠绝

·22 北京科技大学学报 第36卷 热涂料的填料是接近纳米级的空心陶瓷微珠，而基 表2各种涂料在钢板上涂刷厚度 料则是具有一定黏结性能的黏结剂.本研究选择 Table 2 Coating thickness on steel plates 5000目的空心陶瓷微珠填料，E800、硅酸钠（水性黏 涂料名称 空心微珠填料/m 涂料厚度/mm 合剂)为基料，用羧甲基纤维素作辅料配制的绝热 1-1 3 0.20 涂料，考察这两种基料与空心陶瓷微珠填料配合后 1-2 3 0.42 的高温性能及对绝热性能，并分析羧甲基纤维素作 1-3 3 0.58 辅料时对上述指标的影响回 1-4 3 0.75 实验装置如图1所示 2-1 0.18 2t-2 3 0.25 3-1 3 0.22 3-2 3 0.19 4 3 0.24 5-1 3 0.26 5*-2 3 0.28 6- 3 0.29 6-2 3 0.20 1一电控柜：2一电阻炉：3一控温热电偶：4一热电偶1： 5一温控器I:6一钢板：7一热电偶Ⅱ：8一温控器Ⅱ 趋势基本相同.当钢板内侧温度相同时，涂层厚度 图1实验装置 从4.2×10-4m变化到7.5×10-4m时，钢板外侧 Fig.1 Experimental setup 温度基本不变，从而说明涂层厚度为4.2×104m 实验用1.5mm厚的A3牌号钢板，其尺寸为 时，就已经达到该种绝热涂料绝热效果的最佳值，再 280mm×300mm,在钢板一侧刷上配制的绝热涂 增加厚度已没有必要o 料，烘干后用马弗炉加热模拟高温进行钢板内外温 实验后发现，涂料在整个实验过程中产生龟裂， 差测量，测量温度选用两支热电偶.实验从300℃ 并伴随温度升高，裂纹加深，出现局部涂料脱落现 左右开始记录钢板内外侧温度，主要考察涂料的高 象，说明在涂料成分上要有所突破，应采用黏结效果 温性能.具体配料方案见表1，根据配料方案又设计 更好的黏结剂使涂料的黏结强度加大，从根本上提 了若干种涂层厚度方案见表2. 高涂料的黏结性能以及耐高温性能 800 表1绝热涂料配料方案 1-1涂料厚度2×10m Table 1 Batching scheme of adiabatic coatings 700 1'-2涂料厚度4.2×10m 关-1-3涂料厚度5.8x10m 涂料空心微珠 +一1-4涂料厚度7.5×10m 增稠剂 名称填/μm 黏结剂 兰600 1 3 E800水性无机耐高温树脂 500 2 3 硅酸钠（水性黏合剂） 0.2%我甲基纤维素 3# 400 3 硅酸钠（水性黏合剂） 4 3 PA80胶 300 5* 3 硅酸钠（水性黏合剂）0.5%我甲基纤维素 40050060070080090010001100 6 3 硅酸钠（水性黏合剂） 1%我甲基纤维素 钢板内侧温度水 图21*涂料不同涂层厚度时钢板内-外温度的关系 Fig.2 Relationship between inside and outside temperature of steel 2 实验结果和讨论 sheet with different 1*coating thickness 2.1E800水性高温黏结剂对高温绝热涂料性能的 2.2水玻璃高温黏结剂对高温绝热涂料性能的影响 影响 为解决涂料在上面实验过程中产生龟裂和脱落 取1涂料进行实验研究，其实验结果见图2. 问题，取2和3涂料进行实验，黏结剂改换水玻璃 从图中可以看出，当空心微珠粒度为5000目时，不 溶液、PA80型高温胶和羧甲基纤维素.PA80型高 同涂层厚度的四块钢板内侧温度和外侧温度的变化 温胶是无机磷酸盐高温黏结剂，它具有耐高温，导热

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 热涂料的填料是接近纳米级的空心陶瓷微珠，而基 料则是具有一定黏结性能的黏结剂． 本研究选择 5000 目的空心陶瓷微珠填料，E800、硅酸钠( 水性黏 合剂) 为基料，用羧甲基纤维素作辅料配制的绝热 涂料，考察这两种基料与空心陶瓷微珠填料配合后 的高温性能及对绝热性能，并分析羧甲基纤维素作 辅料时对上述指标的影响［9］． 实验装置如图 1 所示． 1—电控柜; 2—电阻炉; 3—控温热电偶; 4—热电偶Ⅰ; 5—温控器Ⅰ; 6—钢板; 7—热电偶Ⅱ; 8—温控器Ⅱ 图 1 实验装置 Fig． 1 Experimental setup 实验用 1. 5 mm 厚的 A3 牌号钢板，其尺寸为 280 mm × 300 mm，在钢板一侧刷上配制的绝热涂 料，烘干后用马弗炉加热模拟高温进行钢板内外温 差测量，测量温度选用两支热电偶． 实验从 300 ℃ 左右开始记录钢板内外侧温度，主要考察涂料的高 温性能． 具体配料方案见表 1，根据配料方案又设计 了若干种涂层厚度方案见表 2． 表 1 绝热涂料配料方案 Table 1 Batching scheme of adiabatic coatings 涂料 名称 空心微珠 填/μm 黏结剂 增稠剂 1# 3 E800 水性无机耐高温树脂 2# 3 硅酸钠( 水性黏合剂) 0. 2% 羧甲基纤维素 3# 3 硅酸钠( 水性黏合剂) 4# 3 PA80 胶 5# 3 硅酸钠( 水性黏合剂) 0. 5% 羧甲基纤维素 6# 3 硅酸钠( 水性黏合剂) 1% 羧甲基纤维素 2 实验结果和讨论 2. 1 E800 水性高温黏结剂对高温绝热涂料性能的 影响 取 1# 涂料进行实验研究，其实验结果见图 2． 从图中可以看出，当空心微珠粒度为 5000 目时，不 同涂层厚度的四块钢板内侧温度和外侧温度的变化 表 2 各种涂料在钢板上涂刷厚度 Table 2 Coating thickness on steel plates 涂料名称 空心微珠填料/μm 涂料厚度/mm 1#--1 3 0. 20 1#--2 3 0. 42 1#--3 3 0. 58 1#--4 3 0. 75 2#--1 3 0. 18 2#--2 3 0. 25 3#--1 3 0. 22 3#--2 3 0. 19 4# 3 0. 24 5#--1 3 0. 26 5#--2 3 0. 28 6#--1 3 0. 29 6#--2 3 0. 20 趋势基本相同． 当钢板内侧温度相同时，涂层厚度 从 4. 2 × 10 － 4 m 变化到 7. 5 × 10 － 4 m 时，钢板外侧 温度基本不变，从而说明涂层厚度为 4. 2 × 10 － 4 m 时，就已经达到该种绝热涂料绝热效果的最佳值，再 增加厚度已没有必要［10］． 实验后发现，涂料在整个实验过程中产生龟裂， 并伴随温度升高，裂纹加深，出现局部涂料脱落现 象，说明在涂料成分上要有所突破，应采用黏结效果 更好的黏结剂使涂料的黏结强度加大，从根本上提 高涂料的黏结性能以及耐高温性能． 图 2 1# 涂料不同涂层厚度时钢板内--外温度的关系 Fig． 2 Ｒelationship between inside and outside temperature of steel sheet with different 1# coating thickness 2. 2 水玻璃高温黏结剂对高温绝热涂料性能的影响 为解决涂料在上面实验过程中产生龟裂和脱落 问题，取 2# 和 3# 涂料进行实验，黏结剂改换水玻璃 溶液、PA80 型高温胶和羧甲基纤维素． PA80 型高 温胶是无机磷酸盐高温黏结剂，它具有耐高温，导热 ·22·

增刊1 曹光远等：不同基料对绝热涂料高温绝热性能的影响 ·23· 系数小，优良的热稳定性以及良好的黏结性，外观为 此不便实验使用. 无色透明胶体溶液，应用范围日趋广泛.羧甲基纤 800 维素是一种高效增稠剂，具有极强黏结力和聚合力， +4涂料 少量加入到溶液中可起到普通增稠剂不可比拟的优 700 5-1涂料 良效果.同时，配置了专门的处理液（水玻璃与一定 600 量羧甲基纤维素的混合液)，在向钢板表面涂刷涂 料前，先将处理液涂刷于钢板表面，待处理液干燥后 500 涂刷涂料于处理液涂层之上，以便解决涂料与钢板 400 黏合性能差，易在高温下分离并脱落的问题 2和3涂料实验结果见图3.从图中可以看出， 300 涂料成分中有无羧甲基纤维素对涂料绝热性能影响 30040050060070080090010001100 钢板内侧温度/K 不大，但其差异体现在加热过程中涂料形貌的变化. 图44和5涂料钢板内一外侧温度的关系 成分中不含羧甲基纤维素的3涂料在实验过程中 Fig.4 Relationship between inside and outside temperature of steel 会产生龟裂，并伴随温度升高龟裂会加深：成分中含 sheet with 4*and 5*coatings 有羧甲基纤维素的2”涂料在整个实验过程中几乎 2.4水玻璃高温黏结剂与不同量羧甲基纤维素混 没有任何变化，从根本上解决了涂料在高温下的龟 合对高温绝热涂料性能的影响 裂现象 由于羧甲基纤维素在涂料高温绝热性能中起到 800 3涂料 很重要的作用，取不同质量分数羧甲基纤维素含量 ·2涂料 的5"和6涂料进行对比实验，结果见图5. 700 800 +一5-1涂料 600 一6-1涂料 700 500 600 500 400L 500 600 700 0 900 1000 400 钢板内测温度K 300 图32和3“涂料钢板内一外温度的关系 Fig.3 Relationship between inside and outside temperature of steel 30040050060070080090010001100 钢板内侧温度K sheet with 2*and 3*coatings 图55和6“涂料钢板内一外侧温度的关系 2.3PA80型高温黏结剂对高温绝热涂料性能的 Fig.5 Relationship between inside and outside temperature of steel 影响 sheet with 5*and 6*coatings 在基本解决加热过程中涂料龟裂问题的情况 从图5中可以看出：含羧甲基纤维素质量分数 下，由于羧甲基纤维素价格比较昂贵，考虑到成本因 1%的涂料绝热效果在高温段要好于质量分数 素，选用加入PA80型高温胶的4"涂料和加入羧甲 0.5%的涂料；但在低温段，其绝热效果几乎相同. 基纤维素的5涂料进行对比实验，结果如图3所 另外，在配置涂料的过程中发现，含羧甲基纤维素的 示.从图4中可以看出，4"和5涂料的高温绝热效 质量分数超过1%时，涂料的黏稠度会过大，在涂刷 果相差不大，但溶有PA80胶的4"涂料与钢板表面 涂料于钢板前就会局部凝块而无法均匀搅拌.所以 发生化学反应而明显起泡，造成涂料作废无法使用： 考虑到含羧甲基纤维素质量分数0.5%的涂料绝热 若将处理液涂刷于钢板表面，待干燥后涂刷溶有 效果很好，涂料刷到钢板的表面质量也是最佳的 PA80胶的涂料也会发生化学反应，反应程度会比不 2.5不同粒度填料对涂料绝热性能的影响 涂刷处理液稍弱一些，除非处理液涂刷到足够厚度， 根据前面的实验表明，5"涂料的配比方案综合 才可避免化学反应的发生.运用PA80胶作为黏结 效果最好，取5涂料的配比方案，在涂层厚度一定 剂的施工工艺较其他施工工艺复杂且效果一般，因 时，选用800目、1250目、2500目和5000目四种不

增刊 1 曹光远等: 不同基料对绝热涂料高温绝热性能的影响 系数小，优良的热稳定性以及良好的黏结性，外观为 无色透明胶体溶液，应用范围日趋广泛． 羧甲基纤 维素是一种高效增稠剂，具有极强黏结力和聚合力， 少量加入到溶液中可起到普通增稠剂不可比拟的优 良效果． 同时，配置了专门的处理液( 水玻璃与一定 量羧甲基纤维素的混合液) ，在向钢板表面涂刷涂 料前，先将处理液涂刷于钢板表面，待处理液干燥后 涂刷涂料于处理液涂层之上，以便解决涂料与钢板 黏合性能差，易在高温下分离并脱落的问题． 2# 和 3# 涂料实验结果见图 3． 从图中可以看出， 涂料成分中有无羧甲基纤维素对涂料绝热性能影响 不大，但其差异体现在加热过程中涂料形貌的变化． 成分中不含羧甲基纤维素的 3# 涂料在实验过程中 会产生龟裂，并伴随温度升高龟裂会加深; 成分中含 有羧甲基纤维素的 2# 涂料在整个实验过程中几乎 没有任何变化，从根本上解决了涂料在高温下的龟 裂现象． 图 3 2# 和 3# 涂料钢板内--外温度的关系 Fig． 3 Ｒelationship between inside and outside temperature of steel sheet with 2# and 3# coatings 2. 3 PA80 型高温黏结剂对高温绝热涂料性能的 影响 在基本解决加热过程中涂料龟裂问题的情况 下，由于羧甲基纤维素价格比较昂贵，考虑到成本因 素，选用加入 PA80 型高温胶的 4# 涂料和加入羧甲 基纤维素的 5# 涂料进行对比实验，结果如图 3 所 示． 从图 4 中可以看出，4# 和 5# 涂料的高温绝热效 果相差不大，但溶有 PA80 胶的 4# 涂料与钢板表面 发生化学反应而明显起泡，造成涂料作废无法使用; 若将处理液涂刷于钢板表面，待干燥后涂刷溶有 PA80 胶的涂料也会发生化学反应，反应程度会比不 涂刷处理液稍弱一些，除非处理液涂刷到足够厚度， 才可避免化学反应的发生． 运用 PA80 胶作为黏结 剂的施工工艺较其他施工工艺复杂且效果一般，因 此不便实验使用． 图 4 4# 和 5# 涂料钢板内--外侧温度的关系 Fig． 4 Ｒelationship between inside and outside temperature of steel sheet with 4# and 5# coatings 2. 4 水玻璃高温黏结剂与不同量羧甲基纤维素混 合对高温绝热涂料性能的影响 由于羧甲基纤维素在涂料高温绝热性能中起到 很重要的作用，取不同质量分数羧甲基纤维素含量 的 5# 和 6# 涂料进行对比实验，结果见图 5． 图 5 5# 和 6# 涂料钢板内--外侧温度的关系 Fig． 5 Ｒelationship between inside and outside temperature of steel sheet with 5# and 6# coatings 从图 5 中可以看出: 含羧甲基纤维素质量分数 1% 的涂料绝热效果在高温段要好于质量分 数 0. 5% 的涂料; 但在低温段，其绝热效果几乎相同． 另外，在配置涂料的过程中发现，含羧甲基纤维素的 质量分数超过 1% 时，涂料的黏稠度会过大，在涂刷 涂料于钢板前就会局部凝块而无法均匀搅拌． 所以 考虑到含羧甲基纤维素质量分数 0. 5% 的涂料绝热 效果很好，涂料刷到钢板的表面质量也是最佳的． 2. 5 不同粒度填料对涂料绝热性能的影响 根据前面的实验表明，5# 涂料的配比方案综合 效果最好，取 5# 涂料的配比方案，在涂层厚度一定 时，选用 800 目、1250 目、2500 目和 5000 目四种不 ·23·

·24· 北京科技大学学报 第36卷 同粒度的空心微珠填料进行对比实验，结果见图6 完好无损，只是由于多次实验，涂料表面颜色有所变 从图6中可以看出，涂料的粒度越小，高温绝热性能 化.本实验结果对进一步的治金企业工业化实验具 越好 有重要指导意义 500 涂料厚度8×10一m 430t钢包钢水的保温实验 450 一空心微珠填料800目) 400 空心微珠填料1250 空心微珠填料(2500目) 在以上实验基础上，取5绝热涂料在治金企业 350 ,空心微珠填料(5000月) 300 进行了实验.将5000目的空心陶瓷微珠填料、水玻 250 璃、纯水和羧甲基纤维素依次称量至实验所需重量 200 后混合并搅拌均匀，将制备好的涂料均匀涂刷于钢 I50 包内壁上，待干燥后与没有刷绝热涂料的钢包进行 50 对比实验，并记录数据.具体实验数据如表3和表4 0 所示 30040050060070080090010001100 将两表数据进行对比发现，涂刷有绝热涂料的 钢板内侧温度K 钢包总平均温降为2.30℃/min,而未涂刷绝热涂料 图6不同粒度空心微珠填料下钢板内侧温度和钢板内外温差 的钢包总平均温降为2.71℃/min.数据对比表明： 的关系 Fig.6 Relationship between inside temperature and inside/outside 涂刷绝热涂料后，钢包每分钟平均温降比以前降低 temperature difference of steel sheet with the coating of different micro 将近0.41℃，说明绝热涂料能够在实际生产中起到 bead sizes 很好的绝热效果，并且可以为治金企业带来直接经 济效益1-1☒ 3 绝热涂料疲劳性能的实验与讨论 5结论 取绝热效果最好的5"涂料，分别涂刷于两块钢 板上，涂料涂层厚度分别为0.26mm和0.34mm,两 (1)E800黏结剂为基料构成的绝热涂料，涂层 块钢板均进行了五次升温实验，来考察涂料的疲劳 厚度为4.2×10-4m时，就已经达到该种绝热涂料 性能.为模拟工业实验，每次实验升温至773K作为 绝热效果的最佳值 结束，结果见图7.从图7中可以看出：涂层厚度为 (2)水玻璃溶液为基料配以一定数量的羧甲基 0.26mm的涂料疲劳实验的绝热效果按渐弱次序排 纤维素构成的绝热涂料的绝热性能实验发现，添加 列为第2次、第3次、第1次、第5次及第4次：涂层 质量分数0.5%的羧甲基纤维素后，涂料绝热性能 厚度为0.34mm的涂料疲劳实验的绝热效果按渐弱 在实验所设计的配比方案中最佳：配以0.2%~1% 次序排列为第3次、第4次、第5次、第1次及第2 羧甲基纤维素，可以增强绝热涂料附着强度和抗热 次.以上结果表明：涂料绝热效果不是依据实验次 振性能，改善冷热交互变化过程中涂料的疲劳强度 数决定，五次升温实验对涂料绝热性能影响并不大. (3)PA80型高温胶不适合成为的高温绝热涂 同时，在第5次实验结束后，两块钢板上的涂料依然 料的组成成分，该胶对钢板有强烈腐蚀作用 600 涂料厚度0.26mm 550 涂料厚度0.34mm 550 中一I式冷 +一第1次试验 500 第2次试 500 第3次试验 第3次试验 第4次试验 第5次式验 450 *一第5次试验 450 400 400 350 350 000000 300 300 300 400500600700 800 300 400 500600700 800 钢板内侧温度K 钢板内侧温度K 图7疲劳实验后钢板内侧温度与钢板内外温差的关系 Fig.7 Relationship between inside temperature and inside/outside temperature difference of steel sheet after fatigue test

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 同粒度的空心微珠填料进行对比实验，结果见图 6． 从图 6 中可以看出，涂料的粒度越小，高温绝热性能 越好． 图 6 不同粒度空心微珠填料下钢板内侧温度和钢板内外温差 的关系 Fig． 6 Ｒelationship between inside temperature and inside /outside temperature difference of steel sheet with the coating of different micro bead sizes 图 7 疲劳实验后钢板内侧温度与钢板内外温差的关系 Fig． 7 Ｒelationship between inside temperature and inside /outside temperature difference of steel sheet after fatigue test 3 绝热涂料疲劳性能的实验与讨论 取绝热效果最好的 5# 涂料，分别涂刷于两块钢 板上，涂料涂层厚度分别为 0. 26 mm 和 0. 34 mm，两 块钢板均进行了五次升温实验，来考察涂料的疲劳 性能． 为模拟工业实验，每次实验升温至773 K 作为 结束，结果见图 7． 从图 7 中可以看出: 涂层厚度为 0. 26 mm 的涂料疲劳实验的绝热效果按渐弱次序排 列为第 2 次、第 3 次、第 1 次、第 5 次及第 4 次; 涂层 厚度为 0. 34 mm 的涂料疲劳实验的绝热效果按渐弱 次序排列为第 3 次、第 4 次、第 5 次、第 1 次及第 2 次． 以上结果表明: 涂料绝热效果不是依据实验次 数决定，五次升温实验对涂料绝热性能影响并不大． 同时，在第 5 次实验结束后，两块钢板上的涂料依然 完好无损，只是由于多次实验，涂料表面颜色有所变 化． 本实验结果对进一步的冶金企业工业化实验具 有重要指导意义． 4 30 t 钢包钢水的保温实验 在以上实验基础上，取 5# 绝热涂料在冶金企业 进行了实验． 将 5000 目的空心陶瓷微珠填料、水玻 璃、纯水和羧甲基纤维素依次称量至实验所需重量 后混合并搅拌均匀，将制备好的涂料均匀涂刷于钢 包内壁上，待干燥后与没有刷绝热涂料的钢包进行 对比实验，并记录数据． 具体实验数据如表 3 和表 4 所示． 将两表数据进行对比发现，涂刷有绝热涂料的 钢包总平均温降为 2. 30 ℃ /min，而未涂刷绝热涂料 的钢包总平均温降为 2. 71 ℃ /min． 数据对比表明: 涂刷绝热涂料后，钢包每分钟平均温降比以前降低 将近 0. 41 ℃，说明绝热涂料能够在实际生产中起到 很好的绝热效果，并且可以为冶金企业带来直接经 济效益［11--12］． 5 结论 ( 1) E800 黏结剂为基料构成的绝热涂料，涂层 厚度为 4. 2 × 10 － 4 m 时，就已经达到该种绝热涂料 绝热效果的最佳值． ( 2) 水玻璃溶液为基料配以一定数量的羧甲基 纤维素构成的绝热涂料的绝热性能实验发现，添加 质量分数 0. 5% 的羧甲基纤维素后，涂料绝热性能 在实验所设计的配比方案中最佳; 配以 0. 2% ～ 1% 羧甲基纤维素，可以增强绝热涂料附着强度和抗热 振性能，改善冷热交互变化过程中涂料的疲劳强度． ( 3) PA80 型高温胶不适合成为的高温绝热涂 料的组成成分，该胶对钢板有强烈腐蚀作用． ·24·

增刊1 曹光远等：不同基料对绝热涂料高温绝热性能的影响 ·25· 表3钢包（涂刷空心陶瓷微珠5绝热涂料）温降统计 Table 3 Temperature drop of the steel ladle with micro bead filled coating 5* 氢后 平台 差值 平均温降/ 炉号 温度/℃ 时间 温度/℃ 时间 温度/℃ 镇静时间/min (℃minl) 6106844 1635 13:23 1619 13:30 16 > 2.29 6106853 1620 17:15 1613 17:29 7 14 0.50 6106857 1630 19:00 1616 19:16 名 16 0.88 6106861 1630 20:52 1622 20:56 4 2.00 6106889 1628 9:40 1590 9:47 38 > 5.43 6106893 1610 11:18 1604 11:30 6 12 0.50 6106940 1645 12:15 1613 12:21 32 6 5.33 6106944 1630 13:53 1592 14:02 9 4.22 6106948 1636 15:30 1602 15:44 34 14 2.43 6106956 1650 19:15 1638 19:22 12 1 1.71 6106960 1626 21:51 1591 21:56 35 5 7.00 6106963 1640 23:03 1614 23:16 26 13 2.00 6106967 1630 0:45 1612 0:55 18 10 1.80 6106971 1639 2:20 1608 2:33 31 13 2.38 6106975 1623 4:02 1608 4:11 15 9 1.67 6106979 1630 5:34 1625 5:49 J 15 0.33 6106988 1641 9:24 1581 9:27 元 13 4.62 6106992 1642 11:05 1606 11:14 36 9 4.00 6106995 1638 12:28 1637 12:30 3 0.50 6107003 1643 15:57 1641 16:02 2 0.40 6209393 1626 13:12 1620 13:18 6 6 1.00 6209397 1630 14:51 1620 15:07 10 16 0.63 6209405 1630 18:18 1608 18:33 3 15 1.47 6209409 1624 20:19 1603 20:32 21 3 1.62 表4 钢包（未涂刷绝热涂料）温降统计 Table4 Temperature drop of the steel ladle with no insulation coating 氢后 平台 差值 平均温降/ 炉号 温度/℃ 时间 温度/℃ 时间 温度/℃ 镇静时间/min (℃minl) 6209365 1634 10:07 1631 10:19 0.25 6209366 1623 10:32 1609 10:33 14 14.00 6106839 1628 10:56 1616 11:01 12 2.40 6106843 1634 12:55 1626 13:05 10 0.80 6106845 1624 13:44 1606 13:55 18 11 1.64 6106846 1630 14:11 1624 14:22 6 11 0.55 6106847 1628 14:35 1607 14:48 之 13 1.62 6106849 1635 15:33 1628 15:42 7 9 0.78 6106850 1628 15:54 1602 16:07 26 13 2.00 6106851 1650 16:23 1644 16:41 6 18 0.33 6106852 1653 16:53 1648 17:02 5 9 0.56 6106854 1620 17:43 1599 17:56 21 13 1.62 6106855 1640 18:13 1620 18:18 20 5 4.00 6106859 1630 19:58 1630 20:02 0 4 0.00 6106860 1640 20:26 1634 20:55 6 29 0.21 6106862 1630 21:14 1614 21:24 16 1.60 6106863 1650 21:42 1600 21:53 50 11 4.55 6106864 1621 22:07 1600 22:18 1 1.91 6106866 1628 23:02 1617 23:12 1 10 1.10

增刊 1 曹光远等: 不同基料对绝热涂料高温绝热性能的影响 表 3 钢包( 涂刷空心陶瓷微珠 5# 绝热涂料) 温降统计 Table 3 Temperature drop of the steel ladle with micro bead filled coating 5# 炉号 氩后 平台 差值 温度/℃ 时间 温度/℃ 时间 温度/℃ 镇静时间/min 平均温降/ ( ℃·min － 1 ) 6106844 1635 13: 23 1619 13: 30 16 7 2. 29 6106853 1620 17: 15 1613 17: 29 7 14 0. 50 6106857 1630 19: 00 1616 19: 16 14 16 0. 88 6106861 1630 20: 52 1622 20: 56 8 4 2. 00 6106889 1628 9: 40 1590 9: 47 38 7 5. 43 6106893 1610 11: 18 1604 11: 30 6 12 0. 50 6106940 1645 12: 15 1613 12: 21 32 6 5. 33 6106944 1630 13: 53 1592 14: 02 38 9 4. 22 6106948 1636 15: 30 1602 15: 44 34 14 2. 43 6106956 1650 19: 15 1638 19: 22 12 7 1. 71 6106960 1626 21: 51 1591 21: 56 35 5 7. 00 6106963 1640 23: 03 1614 23: 16 26 13 2. 00 6106967 1630 0: 45 1612 0: 55 18 10 1. 80 6106971 1639 2: 20 1608 2: 33 31 13 2. 38 6106975 1623 4: 02 1608 4: 11 15 9 1. 67 6106979 1630 5: 34 1625 5: 49 5 15 0. 33 6106988 1641 9: 24 1581 9: 27 60 13 4. 62 6106992 1642 11: 05 1606 11: 14 36 9 4. 00 6106995 1638 12: 28 1637 12: 30 1 2 0. 50 6107003 1643 15: 57 1641 16: 02 2 5 0. 40 6209393 1626 13: 12 1620 13: 18 6 6 1. 00 6209397 1630 14: 51 1620 15: 07 10 16 0. 63 6209405 1630 18: 18 1608 18: 33 22 15 1. 47 6209409 1624 20: 19 1603 20: 32 21 13 1. 62 表 4 钢包( 未涂刷绝热涂料) 温降统计 Table 4 Temperature drop of the steel ladle with no insulation coating 炉号 氩后 平台 差值 温度/℃ 时间 温度/℃ 时间 温度/℃ 镇静时间/min 平均温降/ ( ℃·min － 1 ) 6209365 1634 10: 07 1631 10: 19 3 12 0. 25 6209366 1623 10: 32 1609 10: 33 14 1 14. 00 6106839 1628 10: 56 1616 11: 01 12 5 2. 40 6106843 1634 12: 55 1626 13: 05 8 10 0. 80 6106845 1624 13: 44 1606 13: 55 18 11 1. 64 6106846 1630 14: 11 1624 14: 22 6 11 0. 55 6106847 1628 14: 35 1607 14: 48 21 13 1. 62 6106849 1635 15: 33 1628 15: 42 7 9 0. 78 6106850 1628 15: 54 1602 16: 07 26 13 2. 00 6106851 1650 16: 23 1644 16: 41 6 18 0. 33 6106852 1653 16: 53 1648 17: 02 5 9 0. 56 6106854 1620 17: 43 1599 17: 56 21 13 1. 62 6106855 1640 18: 13 1620 18: 18 20 5 4. 00 6106859 1630 19: 58 1630 20: 02 0 4 0. 00 6106860 1640 20: 26 1634 20: 55 6 29 0. 21 6106862 1630 21: 14 1614 21: 24 16 10 1. 60 6106863 1650 21: 42 1600 21: 53 50 11 4. 55 6106864 1621 22: 07 1600 22: 18 21 11 1. 91 6106866 1628 23: 02 1617 23: 12 11 10 1. 10 ·25·

·26· 北京科技大学学报 第36卷 续表4 氢后 平台 差值 平均温降/ 炉号 温度/℃ 时间 温度/℃ 时间 温度/℃ 镇静时间/min (℃minl) 6106887 1663 8:48 1653 8:54 10 6 1.67 6106888 1641 9:11 1636 9:21 10 0.50 6106890 1640 10:04 1621 10:11 19 2 2.71 6106891 1632 10:28 1618 10:40 14 白 1.17 6106892 1631 10:50 1601 11:05 30 15 2.00 6106894 1632 11:43 1585 11:53 47 10 4.70 6106899 1635 13:36 1613 13:52 1.38 6106938 1622 11:25 1589 11:31 33 6 5.50 6106939 1647 11:46 1614 11:56 33 10 3.30 6106941 1648 12:36 1622 12:47 26 11 2.36 6106945 1638 14:19 1617 14:27 21 8 2.63 6106946 1640 14:42 1608 14:53 11 2.91 6106949 1640 15:55 1636 16:09 14 0.29 6106951 1613 16:54 1588 17:05 25 11 2.27 6106953 1641 17:48 1638 17:58 3 10 0.30 6106954 1670 18:15 1648 18:31 22 16 1.38 6106955 1639 18:40 1583 18:59 56 2.95 (4)在涂层厚度和基料相同的情况下，构成涂 mal insulating property of rigid PU foam.China Plast Ind,1995, 料的空心陶瓷微珠填料粒度越小，高温绝热性能 6(5):25 (余卫星，郦华兴，彭少贤，等。提高聚氨酯硬泡材料绝热性 越好 能的途径.塑料工业，1995,6(5)：25) (5)选用5000目粒度的空心陶瓷微珠填料、水 1 Chen HS,WuL,Pan X C.Surface coating pretreatment on ther- 玻璃溶液为基料配0.5%羧甲基纤维素构成的绝热 mal insulating coating with light aggregate.New Build Mater, 涂料涂于钢板，进行60~800℃高温绝热疲劳实验 2004,42(9):41 发现，钢板涂刷绝热涂料的绝热效果不随实验次数 (陈宏书，武龙，潘晓春.绝热涂料用轻骨料的表面包覆预处 的增加而降低。 理.新型建筑材料，2004,42(9)：41) 6 Zhi P F,Feng Z Q.The study of vacuum insulation material.J (6)选用5000目粒度的空心陶瓷微珠填料、水 Tianjin Inst Textile Sci Technol,1995,14(1):81 玻璃溶液为基料配0.5%羧甲基纤维素构成的绝热 (只佩孚，冯振勤.研制和开发真空绝热材料的可行性.天津 涂料，在治金企业30t的钢包内涂刷0.8mm后，钢 纺织工学院学报，1995,14(1)：81) 包内钢水每分钟的平均温降比不刷本绝热涂料时少 Cai C J,Yu X Z,Shen Z G,et al.Surface metallization of ceno- 0.41℃，可以直接为治金企业带来经济效益 spheres and precipitators.Mod Chem Ind,2006,26(Suppl):241 (蔡楚江，俞晓正，沈志刚，等.空心微珠表面金属化研究 参考文献 现代化工，2006,26（增刊）：241) [8]Li Y K,Wang Y,Gao Y,et al.Brief introduction of cenosphere. [Sun H D,Chang DD,Fan Z.Study on high emissivity infrared Ordnance Mater Sci Eng,2002,25(3):52 coatings.Chin J Infrared Res,1990,12(5)401 (李云凯，王勇，高勇，等.空心微珠简介.兵器材料科学与 (孙汉东，常大定，樊震.高发射红外涂层的研究.红外研究， 工程，2002,25(3)：52) 1990,12(5):401) 9]Zhang WJ,Chen J H.High-temperature resistant silicone coating Zhang X F.Liu Y H.On the relationship between thermal con- and adhesive.Silicone Mater,2002,16(3):28 ductivity and volume density.Tianjin Metall,1996,18(1):11 (张文娟，陈剑华.耐高温有机硅涂料及粘接剂.有机硅材 (张羡夫，刘玉华.绝热板导热系数和体积密度间函数关系的 料，2002,16(3)：28) 研究.天津治金，1996,18(1)：11) [10]Yang Y Q,Buckner R O.Surface length scale contributions to B3]LiZ L,Yu W X.The study of compound thermal insulation mate- the directional and hemispherical emissivity and reflectivity.Pre- rial which made by aluminum foil sodium silicate perlite in energy riews Heat Mass Transfer,1995,21 (3):539 conservation.Energy Conserv,1995,11(3):12 [11]Lee JS.Heat Transfer 1998.Seoul:The Korean Society of Me- (李振铃，于维勋.铝箔水玻璃珍珠岩复合绝热材料的节能效 chanical Engineers,1998:23 果.节能，1995,11(3)：12) [12]Schneider P J.Conduction Heat Transfer.Addison-Wesley Pub- 4]Yu W X,Li H X,Peng S X,et al.The improvement of the ther- lishing Company.Inc.,1955:102

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 续表 4 炉号 氩后 平台 差值 温度/℃ 时间 温度/℃ 时间 温度/℃ 镇静时间/min 平均温降/ ( ℃·min － 1 ) 6106887 1663 8: 48 1653 8: 54 10 6 1. 67 6106888 1641 9: 11 1636 9: 21 5 10 0. 50 6106890 1640 10: 04 1621 10: 11 19 7 2. 71 6106891 1632 10: 28 1618 10: 40 14 12 1. 17 6106892 1631 10: 50 1601 11: 05 30 15 2. 00 6106894 1632 11: 43 1585 11: 53 47 10 4. 70 6106899 1635 13: 36 1613 13: 52 22 16 1. 38 6106938 1622 11: 25 1589 11: 31 33 6 5. 50 6106939 1647 11: 46 1614 11: 56 33 10 3. 30 6106941 1648 12: 36 1622 12: 47 26 11 2. 36 6106945 1638 14: 19 1617 14: 27 21 8 2. 63 6106946 1640 14: 42 1608 14: 53 32 11 2. 91 6106949 1640 15: 55 1636 16: 09 4 14 0. 29 6106951 1613 16: 54 1588 17: 05 25 11 2. 27 6106953 1641 17: 48 1638 17: 58 3 10 0. 30 6106954 1670 18: 15 1648 18: 31 22 16 1. 38 6106955 1639 18: 40 1583 18: 59 56 19 2. 95 ( 4) 在涂层厚度和基料相同的情况下，构成涂 料的空心陶瓷微珠填料粒度越小，高温绝热性能 越好． ( 5) 选用 5000 目粒度的空心陶瓷微珠填料、水 玻璃溶液为基料配 0. 5% 羧甲基纤维素构成的绝热 涂料涂于钢板，进行 60 ～ 800 ℃ 高温绝热疲劳实验 发现，钢板涂刷绝热涂料的绝热效果不随实验次数 的增加而降低． ( 6) 选用 5000 目粒度的空心陶瓷微珠填料、水 玻璃溶液为基料配 0. 5% 羧甲基纤维素构成的绝热 涂料，在冶金企业 30 t 的钢包内涂刷 0. 8 mm 后，钢 包内钢水每分钟的平均温降比不刷本绝热涂料时少 0. 41 ℃，可以直接为冶金企业带来经济效益． 参 考 文 献 ［1］ Sun H D，Chang D D，Fan Z． Study on high emissivity infrared coatings． Chin J Infrared Ｒes，1990，12( 5) : 401 ( 孙汉东，常大定，樊震． 高发射红外涂层的研究． 红外研究， 1990，12( 5) : 401) ［2］ Zhang X F，Liu Y H． On the relationship between thermal con￾ductivity and volume density． Tianjin Metall，1996，18( 1) : 11 ( 张羡夫，刘玉华． 绝热板导热系数和体积密度间函数关系的 研究． 天津冶金，1996，18( 1) : 11) ［3］ Li Z L，Yu W X． The study of compound thermal insulation mate￾rial which made by aluminum foil sodium silicate perlite in energy conservation． Energy Conserv，1995，11( 3) : 12 ( 李振铃，于维勋． 铝箔水玻璃珍珠岩复合绝热材料的节能效 果． 节能，1995，11( 3) : 12) ［4］ Yu W X，Li H X，Peng S X，et al． The improvement of the ther￾mal insulating property of rigid PU foam． China Plast Ind，1995， 6( 5) : 25 ( 余卫星，郦华兴，彭少贤，等． 提高聚氨酯硬泡材料绝热性 能的途径． 塑料工业，1995，6( 5) : 25) ［5］ Chen H S，Wu L ，Pan X C． Surface coating pretreatment on ther￾mal insulating coating with light aggregate． New Build Mater， 2004，42( 9) : 41 ( 陈宏书，武龙，潘晓春． 绝热涂料用轻骨料的表面包覆预处 理． 新型建筑材料，2004，42( 9) : 41) ［6］ Zhi P F，Feng Z Q． The study of vacuum insulation material． J Tianjin Inst Textile Sci Technol，1995，14( 1) : 81 ( 只佩孚，冯振勤． 研制和开发真空绝热材料的可行性． 天津 纺织工学院学报，1995，14( 1) : 81) ［7］ Cai C J，Yu X Z，Shen Z G，et al． Surface metallization of ceno￾spheres and precipitators． Mod Chem Ind，2006，26( Suppl) : 241 ( 蔡楚江，俞晓正，沈志刚，等． 空心微珠表面金属化研究． 现代化工，2006，26( 增刊) : 241) ［8］ Li Y K，Wang Y，Gao Y，et al． Brief introduction of cenosphere． Ordnance Mater Sci Eng，2002，25( 3) : 52 ( 李云凯，王勇，高勇，等． 空心微珠简介． 兵器材料科学与 工程，2002，25( 3) : 52) ［9］ Zhang W J，Chen J H． High-temperature resistant silicone coating and adhesive． Silicone Mater，2002，16( 3) : 28 ( 张文娟，陈剑华． 耐高温有机硅涂料及粘接剂． 有机硅材 料，2002，16( 3) : 28) ［10］ Yang Y Q，Buckner Ｒ O． Surface length scale contributions to the directional and hemispherical emissivity and reflectivity． Pre￾views Heat Mass Transfer，1995，21( 3) : 539 ［11］ Lee J S． Heat Transfer 1998． Seoul: The Korean Society of Me￾chanical Engineers，1998: 23 ［12］ Schneider P J． Conduction Heat Transfer． Addison-Wesley Pub￾lishing Company． Inc． ，1955: 102 ·26·