[发明专利]一种太阳光谱全反射型抗静电热控涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种太阳光谱全反射型抗静电热控涂层及其制备方法，属于新材料领域；本发明热控涂层材料主要组成为超宽禁带氧化物颜料、无机水玻璃粘结剂和功能性助剂，本发明中超宽禁带氧化物颜料的涂层宜具有优异的防护粒子辐射稳定性，制备的涂层为水性环保涂料，可空气喷涂、刷涂或刮涂，具有室温固化特性。涂层的太阳吸收比低至0.08~0.09，发射率为0.88~0.92，表面电阻率为10⁵~10⁷Ωm，可应用于空间高太阳热流、强粒子辐射、电离层充放电及原子氧环境等复杂苛刻环境协同作用效应下服役的各类航天器的热控系统。

技术领域

本发明涉及一种太阳光谱全反射型抗静电热控涂层及其制备方法，属于新材料领域。

背景技术

热控涂层是航天器热控分系统的重要组成部分，涂覆于航天器外表面，通过自身的热物理特性太阳吸收比（a_s）和半球发射率（e_H）来调节航天器的表面热平衡温度（T_s），即T_s∝(a_s/e_H)^1/4，从而达到热控制目的。ZnO基热控涂层以其低吸收高发射性能和良好的工艺特性，广泛应用于国内外各个型号的航天器的热控系统中。例如国产S781白漆、KSZ白漆、ACR白漆，和美国AZ Technology的Z-93白漆，均以ZnO为颜料，对应的太阳吸收比分别约为0.20、0.15、0.23和0.15。然而，ZnO涂层的太阳光谱反射率偏低，仅有85%左右，且对太阳辐射光谱中占据太阳辐射总能量约6.6%的高能紫外线部分（200~380 nm）几乎没有反射效果。这一方面难以满足快速发展的金星、水星及太阳等高强太阳辐照环境下服役的近日探测器的热防护任务；另一方面，由于涂层中ZnO等半导体颜料活跃的光催化活性和对紫外线的强烈吸收，在空间粒子辐射及真空冷热交替循环等综合环境作用下，不仅诱发涂层在可见光区的色心吸收和自由电子的近红外吸收，导致涂层太阳热流反射能力快速下降，还将造成涂层粘结剂的老化降解以及随之产生光学污染效应。此外，普通ZnO热控涂层不具备抗静电能力，其表面电阻率可达到10¹²Ωm。这将导致高能入射电子在涂层表面甚至内部沉积，因电势差而产生充放电效应。

国内外研究人员近年来先后提出了一系列的改性技术以提高热控涂层的太阳热流反射能力和抗静电性能，然而均存在两者此消彼长的困境，不能同时获得兼具太阳光谱高反射和低电阻率的热控涂层。例如专利（申请号CN109439186A一种光照全适应航天器热控涂层）采用SiO₂空心微球、BaSO₄为颜料制备了低吸收的热控白漆，但涂层表面电阻率远大于国军标GJB 2502《航天器热控涂层试验方法》中抗静电热控涂层10⁹Ωm的要求。专利（授权号CN103666248B新型防静电白色热控涂层及其制备方法）通过在ZnO涂层中加入金属微片制备出体积电阻率10⁷Ωm的抗静电涂层，但涂层太阳吸收比高达0.24~0.29。

因此，研究制备一种太阳光谱全反射，且兼具抗静电特性的热控涂层，将大幅提升现有热控涂层的热物理性能和轨道环境适用范围，从而提高空间飞行器热控精度和服役可靠性。

发明内容

本发明针对当前现役热控白漆太阳热流反射率偏低、表面电势差大，空间环境辐照稳定性差等不足之处，基于光谱设计和能带调控原理，旨在提供一种太阳光谱全反射型抗静电热控白漆及其制备方法，以同时获得高太阳热流反射率和抗静电特性的热控涂层，可应用于空间极端环境下服役的各类航天器表面热防护和工业被动辐射制冷等领域。

本发明是这样实现的：

一种太阳光谱全反射型抗静电热控涂层，其特征在于，按质量百分比计，所述的热控涂层由以下原料制成：超宽禁带氧化物颜料 30%~60%；水玻璃液体粘结剂 30%~50%；功能性助剂 2%~10%；其余为蒸馏水。超宽禁带氧化物颜料的涂层宜具有优异的防护粒子辐射稳定性，制备的涂层为水性环保涂料，可空气喷涂、刷涂或刮涂，具有室温固化特性。