CN103600561A - 一种具备保护层的航空器机身外壳 - Google Patents

Abstract

一种具备保护层的航空器机身外壳，包括蒙皮基材和防护涂层，该防护涂层包括一层锌黄丙烯酸聚氨酯底漆和两层氟碳面漆，所述氟碳面漆的A组分包括下列成分：高羟基含氟丙烯酸树脂、颜色填料、纳米氧化镁、纳米二氧化钛、流平剂、消泡剂、分散剂、催化剂和溶剂。根据本发明的航空器机身外壳能够更好地适应当前日益苛刻的飞行条件，提高了飞行安全性。

Description

一种具备保护层的航空器机身外壳

技术领域

本发明涉及一种具备保护层的航空器机身外壳。

背景技术

随着铝、镁等合金材料及复合材料在飞机制造业上的应用，飞机的性能尤其是飞行速度有了很大提高，现在飞机的飞行速度可超过1km/s。由于运动物体所受的摩擦力与速度的平方成正比，因此飞行速度的提高，对飞机外壳的性能提出了更高要求，尤其是耐温性、耐紫外光性、耐冻融循环性、耐磨性、耐雨蚀性等，因此通常需要在飞机的航空器机身外壳中设置防护涂层，该涂层一般通过喷涂涂料的方式来形成，但现有的常规涂料已很难满足当期日益苛刻的要求。氟碳涂料是近年兴起的一种高功能涂料，由于氟树脂分子中含有化学结合力特强的C-F键，键能高达485.3KJ/mol，十分稳定，加之氟元素是元素周期表中电负性最强的元素，对核外层电子吸引力强，难以阳极化，且氟原子体积大而具有空间位阻效应，使主链的稳定性大大增加，在受热、光(包括紫外线)、各种化学介质及溶剂作用下，C-F键难以断裂，故氟碳树脂具有超强的耐候性、耐化学品性、耐磨性及耐高温性等。由这类树脂制成的氟碳飞机蒙皮涂料具有其他涂料难以达到的优异性能。但现有氟碳涂料普遍存在交联度不够、含氟单体比例高造成成本高、固体份含量低VOC含量高造成环境污染等缺陷。

发明内容

本发明旨在克服前述缺陷，提供一种包含低成本、环境友好的涂料涂层的航空器机身外壳，具体地，该航空器机身外壳包括蒙皮基材和防护涂层，该防护涂层包括一层锌黄丙烯酸聚氨酯底漆和两层氟碳面漆，锌黄丙烯酸聚氨酯底漆干膜厚度为20微米，中间氟碳面漆干膜厚度为42微米，外层氟碳面漆干膜厚度为48微米。

所述防护涂层通过在蒙皮基材表面喷涂涂料来形成，所述涂料包括氟碳涂料，该氟碳涂料A组分包括下列成分：按重量计，高羟基含氟丙烯酸树脂61-65%，颜色填料20-26%，纳米氧化镁3%，纳米二氧化钛3.5%，流平剂1%，消泡剂0.8%，分散剂1.2%，催化剂0.5%，溶剂3-5%；所述的流平剂为丙烯酸酯类、酯丁纤维素类以及长链硅树脂类的表面活性剂；所述的催化剂为不含有机锡的环保型催化剂；消泡剂，成份为聚硅氧烷溶液；分散剂，成份为含亲和颜料基团的高分子量嵌段共聚物溶液；所述的混合溶剂为甲基异丁基酮、丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯的混合物，混合比例为1:2:3。

其中高羟基含氟丙烯酸树脂的具体的制造方法如下：包括以下步骤：

（1）将总溶剂量70wt%的溶剂加入到装有回流冷凝管、温度计、搅拌器和滴液漏斗的四口烧瓶中，通入氮气排氧，放入油浴锅中，加热至110℃，开动搅拌器，使溶剂回流；

（2）将由全部单体、链转移剂、引发剂总量的95wt%、溶剂总量的20wt%组成的混合溶液在2小时内匀速地加入到反应器中，加完后，继续保温反应3小时；

（3）将剩余的引发剂和溶剂加入到反应器中，继续保温反应2.5小时停止，冷却至室温；

（4）倒入圆底烧瓶中，于60℃下减压蒸馏大部分溶剂后，再经无水甲醇沉淀洗涤后，送往60℃烘干箱中减压干燥24小时，再溶解于醋酸乙酯中，得到产品。

所述的氟碳涂料的工艺如下：按照组份A的配方，在容器中加入80%质量的所述高羟基含氟丙烯酸树脂和所述有机溶剂，以及全部的所述纳米材料和所述分散剂；进行低速搅拌(350转/分)，搅拌时间约8分钟，停止搅拌机；然后加入所述颜色填料，高速(1500转/分)搅拌20分钟；研磨，达到颗粒细度≤10μm；再加入剩余的所述高羟基含氟丙烯酸树脂和其他各种所述助剂，并用剩余的所述有机溶剂调节粘度；搅拌均匀；过滤；将制得的所述组份A单独包装；将组份B按照与组份A的规定配比单独包装。

利用氟碳涂料来在蒙皮基材表面形成防护涂层的工艺包括如下步骤：

清洗和打磨：

采用60℃温水冲洗去除蒙皮残余脱漆剂，用洁净的本色细平布沾溶剂粗清洗去除污物，水砂磨或溶剂砂磨蒙皮表面，用洁净的本色细平布沾与涂料配套的清洗剂精洗表面并干燥，处理过的表面应洁净、无污染，保证35s水膜连续不分岔；

喷涂底漆

在清洗和打磨步骤完成的5小时之内，在蒙皮基材表面均匀地喷涂一层锌黄丙烯酸聚氨酯底漆；采用高压无气喷涂，压力比35:1，喷枪距离550～720mm，喷射角75～80度，喷涂电压26～30V，喷涂电流200～240A，喷嘴直径：0.48～0.56mm，环境湿度：＜76%，蒙皮基材表面温度高于露点5℃以上，喷涂一遍；

喷涂第一层氟碳面漆

在底漆干燥至可粘胶带但不超过72h范围内进行底涂处理：用蘸有柔性溶剂或水剂的砂毡轻磨除去干喷的粗糙，用粘尘布清洁底涂表面的灰尘微粒，然后用柔性溶剂或者酒精等活性溶剂对所有底涂面轻轻擦拭一遍。待其表面干燥、确定底涂表面没有任何的污染后，即可涂装面涂；涂料调配：涂料开桶前，震荡物料10～15min，涂料开桶后继续搅拌10min直至罐底无任何固体沉降；然后按重量份数比为：基料90份、固化剂30份进行混合调配，调配后现场熟化22分钟，熟化后加入氟碳漆专用稀释剂进行稀释，稀释至粘度为16mPa·s；采用高压无气喷涂，压力比37:1，喷枪距离470～610mm，喷嘴直径：0.77～0.92mm，环境湿度：＜75%，蒙皮基材表面温度：高于露点6℃以上，喷射角67～78度，喷涂电压27～31V，喷涂电流210～245A；

喷涂第二层氟碳面漆

第二层氟碳面漆在第一层氟碳面漆开始黏稠但不沾手的状态下开始进行，约喷涂第一层氟碳面漆后25分钟，采用高压无气喷涂，压力比50:1，喷枪距离800～850mm，喷嘴直径：1.08～1.50mm，环境湿度：＜76%，蒙皮基材表面温度：高于露点7℃以上，喷射角68～79度，喷涂电压28～31V，喷涂电流230～245A。

由于采用了本发明的低成本、环境友好的涂料涂层，飞机的航空器机身外壳能够更好地适应当前日益苛刻的飞行条件，提高了飞行安全性；而且由于涂层的优良性能，增加了外壳的使用寿命，降低了飞行成本。

具体实施方式

一种航空器机身外壳，包括蒙皮基材和防护涂层，该防护涂层包括一层锌黄丙烯酸聚氨酯底漆和两层氟碳面漆。锌黄丙烯酸聚氨酯底漆干膜厚度为20微米，中间氟碳面漆干膜厚度为42微米，外层氟碳面漆干膜厚度为48微米。

该防护涂层通过在蒙皮基材表面喷涂涂料来形成，所述涂料包括氟碳涂料，优选地，该氟碳涂料A组分包括下列成分：按重量计，高羟基含氟丙烯酸树脂61-65%，颜色填料20-26%，纳米氧化镁3%，纳米二氧化钛3.5%，流平剂1%，消泡剂0.8%，分散剂1.2%，催化剂0.5%，溶剂3-5%。更优选地，该氟碳涂料A组分包括下列成分：按重量计，高羟基含氟丙烯酸树脂63%，颜色填料23%，纳米氧化镁3%，纳米二氧化钛3.5%，流平剂1%，消泡剂0.8%，分散剂1.2%，催化剂0.5%，溶剂4%。B组分（交联剂）可选用德国拜耳公司的Desmobuer N75或者N3600。A组分和B组分的重量比例优选为3:1。其中，纳米氧化镁、纳米二氧化钛可选用50纳米级别。优选地，所用高羟基含氟丙烯酸树脂的固含量为74-78%，粘度2200-2500mPa·s，数均分子量4328，分力量分布指数为1.71。所用颜色填料可选用多种颜料，例如白色、红色、黄色、黑色或蓝色，其中所述的白色颜料为金红石型钛白粉，选自杜邦公司的R-706、NL、化学品公司的2130；所述的红色与黄色颜料为偶氮类颜料，选自汽巴精化公司的IRGAZINYELLOW2RLT、IRGAZIN RED2030；所述的黑色颜料为中色素炭黑，选自卡博特公司的M900；所述的蓝色颜料为酞青系列，选用巴斯夫颜料Blau L6905F。所述的流平剂为丙烯酸酯类、酯丁纤维素类以及长链硅树脂类的表面活性剂；所述的催化剂为不含有机锡的环保型催化剂，具体选自金氏工业公司(KING INDUSTRIES)出品的K-KAT金属络合物系列，例如K-KAT4205锆络合物。消泡剂，成份为聚硅氧烷溶液，如德国毕克化学公司的BYK-066N或BYK-141；分散剂，成份为含亲和颜料基团的高分子量嵌段共聚物溶液，如德国毕克化学公司的BYK-161或BYK-163；所述的混合溶剂为甲基异丁基酮、丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯的混合物，混合比例为1:2:3。优选地，该氟碳涂料的生产工艺为：按照组份A的配方，在容器中加入80%质量的所述高羟基含氟丙烯酸树脂和所述有机溶剂，以及全部的所述纳米材料和所述分散剂；进行低速搅拌(350转/分)，搅拌时间约8分钟，停止搅拌机；然后加入所述颜色填料，高速(1500转/分)搅拌20分钟；研磨，达到颗粒细度≤10μm；再加入剩余的所述高羟基含氟丙烯酸树脂和其他各种所述助剂，并用剩余的所述有机溶剂调节粘度；搅拌均匀；过滤；将制得的所述组份A单独包装；将组份B按照与组份A的规定配比单独包装。

所用高羟基含氟丙烯酸树脂由含氟丙烯酸酯单体、含羟基丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸烷基酯单体、丙烯酸烷基酯单体通过自由基溶液聚合所得；如下优选地：

按重量份计，参与聚合的各组分及其用量如下：含氟丙烯酸酯单体15-20份，含羟基丙烯酸酯单体18-25份，甲基丙烯酸烷基酯单体10-15份，丙烯酸烷基酯单体10-14份，引发剂1.5-3份，链转移剂0.8-2份，溶剂35-45份；

所述含氟丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸十三氟辛酯、丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯；按重量份计，比例优选为3：2：1。

所述含羟基丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸-β-羟乙酯、甲基丙烯酸-β-羟丙酯、丙烯酸-β-羟乙酯或丙烯酸-β-羟丙酯中的一种；

所述甲基丙烯酸烷基酯单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸环己酯或甲基丙烯酸异冰片酯中的一种或两种；

所述丙烯酸烷基酯单体为丙烯酸正丁酯、丙烯酸十八酯；按重量份计，比例优选为3：2。

所述主引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、二叔戊基过氧化物或二叔丁基过氧化物中的一种；辅助引发剂为过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、二特戊基过氧化物中的一种。主引发剂和辅助引发剂的重量比为4：1。

所述链转移剂为2-巯基乙醇、正丁硫醇、正十二硫醇或3-巯基-1,2-丙二醇中的一种；

所述溶剂为醋酸乙酯、醋酸丁酯、丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯或丙酮中的一种。

优选地，其中高羟基含氟丙烯酸树脂的具体的制造方法如下：包括以下步骤：

（1）将总溶剂量70wt%的溶剂加入到装有回流冷凝管、温度计、搅拌器和滴液漏斗的四口烧瓶中，通入氮气排氧，放入油浴锅中，加热至110℃，开动搅拌器，使溶剂回流；

（2）将由全部单体、链转移剂、引发剂总量的95wt%、溶剂总量的20wt%组成的混合溶液在2小时内匀速地加入到反应器中，加完后，继续保温反应3小时；

（3）将剩余的引发剂和溶剂加入到反应器中，继续保温反应2.5小时停止，冷却至室温；

（4）倒入圆底烧瓶中，于60℃下减压蒸馏大部分溶剂后（例如90％以上），再经无水甲醇沉淀洗涤后，送往60℃烘干箱中减压干燥24小时，再溶解于醋酸乙酯中，得到产品。

优选地，在蒙皮基材表面喷涂涂料形成防护涂层的工艺如下：

清洗和打磨：

采用60℃温水冲洗去除蒙皮残余脱漆剂，用洁净的本色细平布沾溶剂粗清洗去除污物，水砂磨或溶剂砂磨蒙皮表面，用洁净的本色细平布沾与涂料配套的清洗剂精洗表面并干燥，处理过的表面应洁净、无污染，保证35s水膜连续不分岔；

喷涂底漆

在清洗和打磨步骤完成的5小时之内，在蒙皮基材表面均匀地喷涂一层锌黄丙烯酸聚氨酯底漆；采用高压无气喷涂，压力比35:1，喷枪距离550～720mm，喷射角75～80度，喷涂电压26～30V，喷涂电流200～240A，喷嘴直径：0.48～0.56mm，环境湿度：＜76%，蒙皮基材表面温度高于露点5℃以上，喷涂一遍；

喷涂第一层氟碳面漆

在底漆干燥至可粘胶带但不超过72h范围内进行底涂处理：用蘸有柔性溶剂或水剂的砂毡轻磨除去干喷的粗糙，用粘尘布清洁底涂表面的灰尘微粒，然后用柔性溶剂或者酒精等活性溶剂对所有底涂面轻轻擦拭一遍。待其表面干燥、确定底涂表面没有任何的污染后，即可涂装面涂；涂料调配：涂料开桶前，震荡物料10～15min，涂料开桶后继续搅拌10min直至罐底无任何固体沉降；然后按重量份数比为：基料90份、固化剂30份进行混合调配，调配后现场熟化22分钟，熟化后加入氟碳漆专用稀释剂进行稀释，稀释至粘度为16mPa·s；采用高压无气喷涂，压力比37:1，喷枪距离470～610mm，喷嘴直径：0.77～0.92mm，环境湿度：＜75%，蒙皮基材表面温度：高于露点6℃以上，喷射角67～78度，喷涂电压27～31V，喷涂电流210～245A；

喷涂第二层氟碳面漆

第二层氟碳面漆在第一层氟碳面漆开始黏稠但不沾手的状态下开始进行，约喷涂第一层氟碳面漆后25分钟，采用高压无气喷涂，压力比50:1，喷枪距离800～850mm，喷嘴直径：1.08～1.50mm，环境湿度：＜76%，蒙皮基材表面温度：高于露点7℃以上，喷射角68～79度，喷涂电压28～31V，喷涂电流230～245A。

本领域技术人员可以根据本发明公开的内容和所掌握的本领域技术对本发明内容做出替换或变型，但是这些替换或变型都不应视为脱离本发明构思的，这些替换或变型均在本发明要求保护的权利范围内。

Claims (6)

1.一种具备保护层的航空器机身外壳，包括蒙皮基材和防护涂层，该防护涂层包括一层锌黄丙烯酸聚氨酯底漆和两层氟碳面漆，锌黄丙烯酸聚氨酯底漆干膜厚度为20微米，中间氟碳面漆干膜厚度为42微米，外层氟碳面漆干膜厚度为48微米。

2.根据权利要求1所述的航空器机身外壳，其特征在于：所述防护涂层通过在蒙皮基材表面喷涂涂料来形成，所述涂料包括氟碳涂料，该氟碳涂料A组分包括下列成分：按重量计，高羟基含氟丙烯酸树脂61-65%，颜色填料20-26%，纳米氧化镁3%，纳米二氧化钛3.5%，流平剂1%，消泡剂0.8%，分散剂1.2%，催化剂0.5%，溶剂3-5%；所述的流平剂为丙烯酸酯类、酯丁纤维素类以及长链硅树脂类的表面活性剂；所述的催化剂为不含有机锡的环保型催化剂；消泡剂为聚硅氧烷溶液；分散剂为含亲和颜料基团的高分子量嵌段共聚物溶液；所述的混合溶剂为甲基异丁基酮、丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯的混合物，混合比例为1:2:3。

3.一种用于根据权利要求1所述的航空器机身外壳的氟碳涂料，其特征在于该涂料的A组分包括下列成分：按重量计，高羟基含氟丙烯酸树脂61-65%，颜色填料20-26%，纳米氧化镁3%，纳米二氧化钛3.5%，流平剂1%，消泡剂0.8%，分散剂1.2%，催化剂0.5%，混合溶剂3-5%；所述的流平剂为丙烯酸酯类、酯丁纤维素类以及长链硅树脂类的表面活性剂；所述的催化剂为不含有机锡的环保型催化剂；消泡剂为聚硅氧烷溶液；分散剂为含亲和颜料基团的高分子量嵌段共聚物溶液；所述的混合溶剂为甲基异丁基酮、丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯的混合物，混合比例为1:2:3；B组分为Desmobuer N75或者N3600，A组分和B组分的重量比例优选为3:1。

4.根据权利要求3所述的氟碳涂料，其特征在于高羟基含氟丙烯酸树脂的制造方法如下：包括以下步骤：

（1）将总溶剂量70wt%的溶剂加入到装有回流冷凝管、温度计、搅拌器和滴液漏斗的四口烧瓶中，通入氮气排氧，放入油浴锅中，加热至110℃，开动搅拌器，使溶剂回流；

（2）将由全部单体、链转移剂、引发剂总量的95wt%、溶剂总量的20wt%组成的混合溶液在2小时内匀速地加入到反应器中，加完后，继续保温反应3小时；

（3）将剩余的引发剂和溶剂加入到反应器中，继续保温反应2.5小时停止，冷却至室温；

（4）倒入圆底烧瓶中，于60℃下减压蒸馏大部分溶剂后，再经无水甲醇沉淀洗涤后，送往60℃烘干箱中减压干燥24小时，再溶解于醋酸乙酯中，得到产品。

5.一种制造根据权利要求3所述的氟碳涂料的工艺，其特征在于：按照组份A的配方，在容器中加入80%质量的所述高羟基含氟丙烯酸树脂和所述有机溶剂，以及全部的所述纳米材料和所述分散剂；进行低速搅拌350转/分，搅拌时间约8分钟，停止搅拌机；然后加入所述颜色填料，高速1500转/分搅拌20分钟；研磨，达到颗粒细度≤10μm；再加入剩余的所述高羟基含氟丙烯酸树脂和其他各种所述助剂，并用剩余的所述有机溶剂调节粘度；搅拌均匀；过滤；将制得的所述组份A单独包装；将组份B按照与组份A的规定配比单独包装。

6.一种利用根据权利要求3所述的氟碳涂料来在蒙皮基材表面形成防护涂层的工艺，其包括如下步骤：

（1）清洗和打磨：

采用60℃温水冲洗去除蒙皮残余脱漆剂，用洁净的本色细平布沾溶剂粗清洗去除污物，水砂磨或溶剂砂磨蒙皮表面，用洁净的本色细平布沾与涂料配套的清洗剂精洗表面并干燥，处理过的表面应洁净、无污染，保证35s水膜连续不分岔；

（2）喷涂底漆

在清洗和打磨步骤完成的5小时之内，在蒙皮基材表面均匀地喷涂一层锌黄丙烯酸聚氨酯底漆；采用高压无气喷涂，压力比35:1，喷枪距离550～720mm，喷射角75～80度，喷涂电压26～30V，喷涂电流200～240A，喷嘴直径：0.48～0.56mm，环境湿度：＜76%，蒙皮基材表面温度高于露点5℃以上，喷涂一遍；

（3）喷涂第一层氟碳面漆

在底漆干燥至可粘胶带但不超过72h范围内进行底涂处理：用蘸有柔性溶剂或水剂的砂毡轻磨除去干喷的粗糙，用粘尘布清洁底涂表面的灰尘微粒，然后用柔性溶剂或者酒精等活性溶剂对所有底涂面轻轻擦拭一遍。待其表面干燥、确定底涂表面没有任何的污染后，即可涂装面涂；涂料调配：涂料开桶前，震荡物料10～15min，涂料开桶后继续搅拌10min直至罐底无任何固体沉降；然后按重量份数比为：基料90份、固化剂30份进行混合调配，调配后现场熟化22分钟，熟化后加入氟碳漆专用稀释剂进行稀释，稀释至粘度为16mPa·s；采用高压无气喷涂，压力比37:1，喷枪距离470～610mm，喷嘴直径：0.77～0.92mm，环境湿度：＜75%，蒙皮基材表面温度：高于露点6℃以上，喷射角67～78度，喷涂电压27～31V，喷涂电流210～245A；

（4）喷涂第二层氟碳面漆

第二层氟碳面漆在第一层氟碳面漆开始黏稠但不沾手的状态下开始进行，约喷涂第一层氟碳面漆后25分钟，采用高压无气喷涂，压力比50:1，喷枪距离800～850mm，喷嘴直径：1.08～1.50mm，环境湿度：＜76%，蒙皮基材表面温度：高于露点7℃以上，喷射角68～79度，喷涂电压28～31V，喷涂电流230～245A。