本发明涉及功能涂料领域，具体涉及一种柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂料双组分、涂层及其制备方法。
背景技术：
1、电磁屏蔽是抗电磁干燥的重要手段。电磁屏蔽涂料的开发被视作电磁屏蔽及隐身技术发展的重要路径之一，仅需将电磁屏蔽涂料涂覆在待防护基材表面，即可实现电磁屏蔽效果，在国防军工、航空航天以及通讯、医疗等领域存在广泛的应用前景。金属材料是最常使用的一类电磁屏蔽材料，具有屏蔽效果好、应用领域广泛等特点，但此类材料通常质量较重、易氧化、成本较高，而碳材料因其本身优异的导电性、耐酸碱性等在电磁屏蔽领域引起了人们的广泛关注。
2、碳纳米管在结构上可视作由石墨烯片层卷曲而成的一维管状结构，其独特的结构以及优异的导电性能使其表现出较好的电磁屏蔽性能。但是，由于其固有的疏水疏油特性，碳纳米管与有机聚合物相容性较差，且密度极轻，存在不易分散、分散体系性状不稳定的问题，且因涂料使用过程导致碳纳米管彼此离散，导电性大幅度降低，导致电磁屏蔽性能降低甚至失效，不利于其在电磁屏蔽涂料领域的应用。同时，飞行器在大气中高速飞行时，会面临酷烈的气动加热环境，需要对飞行器进行必要的热防护，即飞行器涂层除需具有特定功能外，还应兼具一定的耐温和隔热性能。因此，制备一种轻质柔性耐温隔热的电磁屏蔽涂料，对于航空航天发展具有重要的意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了提供一种轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂料双组分及其涂层制备方法，以解决当前电磁屏蔽涂料密度较高、导电率不足、不耐高温烧蚀且隔热性能有限等问题。该轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂料以一种自制连续搭接碳纳米管负载二氧化硅介孔微球轻质隔热填料作为“桥联”导电基团，将涂料中“离散的”超轻柔性纳米碳轻质填料连接，在涂料面内形成导电网络，提高涂料的宽频电磁屏蔽性能，再配合纵向交叠涂覆隔热绝缘层设计，降低所制备涂层的纵向热导率，可用作飞行器耐温隔热电磁屏蔽材料。
2、为了实现上述目标，本发明采用以下技术方案：
3、本发明在第一方面提供一种轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂料双组份的制备方法，所述方法包含以下步骤：
4、(1)制备介孔二氧化硅微球作为负载基体材料，在上述介孔二氧化硅微球上负载催化剂，催化剂负载量为介孔二氧化硅微球质量的0.02％-2％，然后在表层介孔结构内及材料外表面生长连续搭接的碳纳米管，所得碳纳米管负载量为介孔二氧化硅微球质量的0.05％-5％，管径≤50nm，长度≥10μm，得到自制连续搭接碳纳米管负载二氧化硅介孔微球轻质隔热填料；
5、(2)制备超轻柔性纳米碳材料，之后通过振荡处理，打碎成超轻柔性纳米碳粉体填料；
6、(3)将基体成膜物、补强填料、耐烧蚀氧化物粉体、空心微球按照质量比(90-120):(5-15):(15-80):(2-25)混合，得到涂料基料a0组分；
7、(4)将步骤(3)得到的涂料基料a0与步骤(1)得到的连续搭接碳纳米管负载二氧化硅介孔微球轻质隔热填料、步骤(2)得到的超轻柔性纳米碳粉体填料按照质量比100:(2-15):(10-40)混合，得到涂料基料b0组分；
8、(5)将步骤(3)得到的涂料基料a0加入固化剂进行搅拌混合均匀，将步骤步骤(4)得到的涂料基料b0加入固化剂进行搅拌混合均匀，制备得到轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂料的a组分和b组分。
9、优选地，所述介孔二氧化硅微球尺寸为5-50μm；所述介孔二氧化硅负载催化剂为含铁、钴、镍中的一种或几种元素的盐。
10、优选地，所述超轻柔性纳米碳材料为碳纳米管、石墨烯中的一种或几种组成的超轻质弹性气凝胶材料，碳纳米管的管径≤50nm、长度≤50μm，石墨烯片层的尺寸≤300μm，超轻弹性气凝胶材料的密度为0.05-0.50mg/cm3；更优选地，所述超轻弹性气凝胶材料的密度为0.05-0.20mg/cm3；所述超轻柔性纳米碳粉体材料的尺寸为50-200μm，比表面积≥800m2/g。
11、优选地，所述基体成膜物为耐烧蚀改性有机硅橡胶、有机硅树脂中的一种或几种，所述补强填料为纳米二氧化硅气凝胶、纳米氧化铝、云母粉、滑石粉中的一种或几种，所述耐烧蚀氧化物粉体为氧化钠粉体、氧化钾粉体、氧化硼粉体、氧化铁粉体、氧化磷粉体、氧化锌粉体、氧化锰粉体、氧化锆粉体中的多种复配，所述空心微球为空心玻璃微球、空心陶瓷微球中的一种或者几种。
12、优选地，所述补强填料的粒度≥100目，所述耐烧蚀氧化物粉体的粒度≥200目，所述空心微球的外径≤200μm。
13、优选地，所述固化剂为有机锡、胺类的一种，所述固化剂添加量为涂料基料a0中基体成膜物质量的5％-25％，所述固化剂添加量为涂料基料b0中基体成膜物质量的5％-25％；更优选地，所述固化剂添加量为涂料基料a0中基体成膜物质量的8％-15％，所述固化剂添加量为涂料基料b0中基体成膜物质量的10％-18％；根据所述涂料基料a0或b0中所用组分选择与之对应的固化剂，固化剂加入并混合均匀后，根据不同固化体系，涂料需在10-30h之内使用。
14、优选地，步骤(1)中的介孔二氧化硅微球制备，碳纳米管生长，步骤(2)中的超轻柔性纳米碳材料制备、振荡处理，以及步骤(3)和(4)中的混合，以及步骤(5)中的搅拌，均采用本领域的常规操作手段即可。
15、本发明在第二方面提供一种轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂料双组份，包括a组分和b组分，由本发明在第一方面所述的方法制备得到。
16、本发明在第三方面提供了一种轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂层的制备方法，所述方法包括以下步骤：将由本发明在第一方面所述的方法制备的轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂料双组份即a组分和b组分用稀释剂稀释到所需黏度，采用合适的涂刷方法，交叠涂覆a组分和b组分，完成整个涂刷过程，干燥之后得到轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂层。
17、优选地，所述稀释剂为环己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、石油醚、6号溶剂油、120号溶剂油中的一种或几种。
18、优选地，所述涂刷方法为喷涂。
19、优选地，所述a组分的单层喷涂厚度为0.1-0.3mm，b组分的单层喷涂厚度为0.2-0.4mm。
20、优选地，所述a组分喷涂次数≥2次，b组分喷涂次数≥3次。
21、优选地，所述干燥方式为室温常压晾干，时间为4-7天。
22、本发明在第四方面提供一种轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂层，由本发明在第三方面所述的方法制备得到。
23、本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
24、(1)本发明所使用的超轻柔性纳米碳粉体填料为碳纳米管与/或石墨烯气凝胶组成的海绵结构，具有超轻质和导电性强等特点，表现出优良的电磁屏蔽性能；且其轻质和超弹性特点，与耐烧蚀有机硅聚合物复配使用，可与有机硅聚合物成膜物实现收缩匹配，使得涂层密度大幅度降低，所形成的涂层具有柔性和弹性。
25、(2)本发明所使用的自制连续搭接碳纳米管负载二氧化硅介孔微球轻质隔热填料，内部为多孔结构，可以起到轻质和热量阻隔作用；表层连续碳纳米管作为“桥联”导电结构，可将涂料中“离散的”超轻柔性纳米碳粉体填料连接，在涂层面内形成连续、巨大的导电网络，大幅度提高涂层面内的导电性能，进而提高涂料的宽频电磁屏蔽性能。
26、(3)本发明所使用的a组分和b组分交叠成层的涂层制备方法，可将涂层导电性限域在b层面内，a层和b层交叠涂覆设计可实现涂层厚度方向绝缘，阻隔热量传递，实现在提高涂层电磁屏蔽性能的同时，不提高涂层的纵向导热系数；同时，a组分和b组分除电磁屏蔽组分存在差异外，其余组分完全相同，具有一致的组分相容性和热膨胀系数，可保证涂层结合强度以及使用的稳定可靠性，并且b涂层内部形成的导电网络具有优良的导热性能，可在b涂层面内实现热疏导，避免局部过热引起涂层性质改变，破坏电磁屏蔽性能。
27、(4)本发明所使用的耐烧蚀氧化物粉体，通过合理复配不同熔点和导热系数的氧化物粉体，可保证涂层在使用条件下全温域的烧蚀维形，保证涂层的烧蚀稳定性。
28、(5)本发明采用耐烧蚀有机硅聚合物作为基体成膜物，在使役环境下不成碳，可保证不对涂层电磁屏蔽性能产生影响，保持涂层使用过程中电磁屏蔽效果的稳定。
29、(6)本发明所制备的轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂料密度≤0.40g/cm3，室温热导率≤0.10w/(m·k)，在1.5-18ghz频段范围平均电磁屏蔽效能大于50db，可耐800-1200℃高温考核，且在考核后保持涂层外表面完整、不开裂，电磁屏蔽性能不产生显著衰减，且可室温干燥固化成型，涂刷工艺简单，在飞行器热防护领域及电磁屏蔽领域有着广泛的应用前景。
1.一种轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂料双组份的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述介孔二氧化硅微球尺寸为5-50μm；所述介孔二氧化硅负载催化剂为含铁、钴、镍中的一种或几种元素的盐。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超轻柔性纳米碳材料为碳纳米管、石墨烯中的一种或几种组成的超轻质弹性气凝胶材料，碳纳米管的管径≤50nm、长度≤50μm，石墨烯片层的尺寸≤300μm，超轻弹性气凝胶材料的密度为0.05-0.50mg/cm3；所述超轻柔性纳米碳粉体材料的尺寸为50-200μm，比表面积≥800m2/g。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基体成膜物为耐烧蚀改性有机硅橡胶、有机硅树脂中的一种或几种，所述补强填料为纳米二氧化硅气凝胶、纳米氧化铝、云母粉、滑石粉中的一种或几种，所述耐烧蚀氧化物粉体为氧化钠粉体、氧化钾粉体、氧化硼粉体、氧化铁粉体、氧化磷粉体、氧化锌粉体、氧化锰粉体、氧化锆粉体中的多种复配，所述空心微球为空心玻璃微球、空心陶瓷微球中的一种或者几种。
5.如权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述补强填料的粒度≥100目，所述耐烧蚀氧化物粉体的粒度≥200目，所述空心微球的外径≤200μm。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化剂为有机锡、胺类的一种，所述固化剂添加量为涂料基料a0中基体成膜物质量的5％-25％，所述固化剂添加量为涂料基料b0中基体成膜物质量的5％-25％；根据所述涂料基料a0或b0中所用组分选择与之对应的固化剂。
7.一种轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂料双组份，包括a组分和b组分，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到。
8.一种轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1-6任一项所述的制备方法制备的轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂料双组份即a组分和b组分用稀释剂稀释到所需黏度，采用涂刷方法，交叠涂覆a组分和b组分，完成整个涂刷过程，干燥之后得到轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂层。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述稀释剂为环己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、石油醚、6号溶剂油、120号溶剂油中的一种或几种；所述涂刷方法为喷涂；所述a组分的单层喷涂厚度为0.1-0.3mm，b组分的单层喷涂厚度为0.2-0.4mm；所述a组分喷涂次数≥2次，b组分喷涂次数≥3次；所述干燥方式为室温常压晾干，时间为4-7天。
10.一种轻质柔性电磁屏蔽耐烧蚀隔热涂层，其特征在于，由权利要求8或9所述的制备方法制备得到。
