一种航空飞行器用涂料体系
技术领域
本发明涉及一种航空飞行器用涂料体系,尤其涉及一种色泽更持久、重量更轻的航空飞行器用涂料体系。
背景技术
目前,航空飞行器用常规涂料体系是由防腐蚀底层涂料和着色面层涂料组成。通常,底层涂料形成的底层干膜厚度范围约为15~25μm,面层涂料形成的面层干膜厚度范围约为50~80μm。虽然由常规涂料体系形成的航空飞行器涂层性能基本能满足各型航空飞行器的需求,但仍存在以下问题:①由于底层涂料和面层涂料均含有大量密度较高的颜料和填料,故常规涂料体系形成的航空飞行器涂层偏重,增加了航空飞行器的重量,进而增加了航空飞行器的油耗;②为了使各涂层获得高光泽且平滑的表面,必须减缓涂层的干燥过程,大约需干燥5~7个小时,因此,施工间隔时间长,同时,由于面层干膜厚度较厚,必须通过两道施工才能达到规定厚度,故整体涂装效率较低;③由于最终航空飞行器涂层的光泽度和色彩呈现与面层涂料的涂装效果有直接关系,所以,面层一旦出现橘皮、流挂、针孔、沙状表面等缺陷,则最终航空飞行器涂层的光泽度会大幅下降,同时其色彩呈现的准确性也将受到影响,因此,对涂装质量有苛刻的要求;④由于面层直接与大气环境接触,长期受紫外光、空气中的氧以及雨水的侵蚀,容易粉化、失光,而常规涂料体系的面层光泽保持率与色彩持久度均相对较差。
发明内容
本发明的目的是:提供一种能够减轻航空飞行器重量,简化施工工序,缩短施工间隔时间并且自身具有优异的光泽保持率和色彩持久度的航空飞行器用涂料体系。
实现本发明目的的技术方案是:一种航空飞行器用涂料体系,其特征在于,它是由配套使用的防腐蚀着色底层涂料和耐候透明面层涂料组成,
所述防腐蚀着色底层涂料由质量比为4~6:1的组分A1和组分B1组成,施工前将组分A1和组分B1混合均匀即可,其中:
组分A1的各个组分及其质量百分含量如下:氢化环氧树脂15%~30%,改性树脂2%~10%,着色颜料10%~20%,环保型防腐蚀颜料10~20%,填料5~15%,助剂0.5%~1%,余量为溶剂,其氢化环氧树脂为环氧当量值150~400g/eq的氢化双酚A型环氧树脂;其改性树脂为聚乙二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的一种或几种;其环保型防腐蚀颜料为磷钼酸锌钙、三聚磷酸铝、磷酸锌铝、偏硼酸钡、磷酸锌、改性磷酸锌、硼酸锌、铁红、铁黄、氧化锌中的几种;
组分B1的各个组分及其质量百分含量如下:液体环氧树脂3%~15%,带有伯胺基团的多元胺5%~25%,余量为溶剂,其液体环氧树脂为E-44、E-51的一种或两种;其带有伯胺基团的多元胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、乙二胺、间苯二甲胺、间苯二胺、聚酰胺、酚醛胺中的一种或几种;
所述耐候透明面层涂料由质量比为1~4:1的组分A2和组分B2组成,施工前将组分A2和组分B2混合均匀即可,其中:
组分A2的各个组分及其质量百分含量如下:多元醇树脂50%~80%,助剂1%~4%,余量为溶剂,其多元醇树脂为羟基含量5.0~12.0wt%的聚酯多元醇树脂或羟基含量4.0~7.0wt%的丙烯酸多元醇树脂中的一种;
组分B2的各个组分及其质量百分含量如下:脂肪族聚异氰酸酯60%~90%,余量为溶剂,其脂肪族聚异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
上述航空飞行器用涂料体系中,所述组分A1和A2中的助剂为紫外光吸收剂、紫外光稳定剂中的一种或两种及分散剂、流平剂、消泡剂、防流挂剂中的一种或几种;着色颜料为铝粉、铜粉、锌粉、珠光颜料、酞菁蓝、酞菁绿、大红粉、永固黄、永固紫、群青、二氧化钛、碳黑中的一种或几种;填料为硫酸钡、滑石粉、云母粉、高岭土、气相二氧化硅中的几种。
上述航空飞行器用涂料体系中,所述组分A1、组分A2、组分B1和组分B2中的溶剂为二甲苯、甲苯、丁醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、环己酮、丁酮、异佛尔酮、甲基异丁基酮、甲基正戊基酮、丙酮、丙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、100号溶剂汽油中的几种。
上述航空飞行器用涂料体系中,所述组分A1和组分B1的具体制备方法:
(一)准备原料
按以上所述组分A1和组分B1各个组分的配比准备原料,保存备用;
(二)制备方法
①制备组分A1
在混合容器内,加入步骤(一)按配方量准备的氢化环氧树脂、改性树脂、助剂和溶剂,以300rpm速度搅拌15min,然后加入着色颜料、环保型防腐蚀颜料和填料,以300rpm速度搅拌均匀后,用砂磨研磨至细度﹤35μm后,搅拌均匀并使用80目滤网过滤,即制得组分A1,保存备用;
②制备组分B1
在反应釜内,加入步骤(一)按配方量准备的带有伯胺基团的多元胺和溶剂,边搅拌边升温至40~70℃后,开始滴加配方量液体环氧树脂进行加成反应,3~4h内滴加完毕,再保温4~5h后,所得加成物冷却至室温,即制得组分B1,保存备用。
上述航空飞行器用涂料体系中,所述组分A2和组分B2的具体制备方法:
(一)准备原料
按以上所述组分A2和组分B2各个组分的配比准备原料,保存备用;
(二)制备方法
①制备组分A2
在混合容器内,加入步骤(一)按配方量准备的多元醇树脂、助剂和溶剂,以200rpm速度搅拌均匀后,使用200目滤网过滤,即制得组分A2,保存备用;
②制备组分B2
在混合容器内,加入步骤(一)按配方量准备的脂肪族聚异氰酸酯和溶剂,以200rpm速度搅拌均匀后,使用200目滤网过滤,即制得组分B2,保存备用。
本发明的技术效果是:本发明技术方案的航空飞行器用涂料体系具有下述有益效果:①在防腐蚀着色底层涂料中,组分A1采用氢化环氧树脂与改性树脂的合理搭配,既保证了涂料的交联密度和柔韧性,又改善了底层涂料的耐候性能,解决了常规环氧涂料户外使用时,易粉化、易黄变的问题;②在防腐蚀着色底层涂料中,组分A1采用着色颜料与环保型防腐蚀颜料的合理搭配,使底层涂料兼具色彩呈现与腐蚀防护的功能;③防腐蚀着色底层涂料的组分A1和组分B1各个组分的选择及搭配合理,因而喷涂3小时即可进行耐候透明面层涂料的单道施工,既克服了常规防腐蚀底层涂料必须减缓干燥过程,施工间隔时间长的缺点,又克服了常规着色面层涂料必须进行两道施工,涂装效率低下的缺点;④耐候透明面层涂料的组分A2和组分B2各个组分的选择及搭配合理,故可以用20~30μm的干膜厚度替代常规着色面层涂料50~80μm的干膜厚度,这样能够大幅降低航空飞行器涂层系统的厚度,同时,由于耐候透明面层涂料不含密度较高的颜填料,能够航减轻航空飞行器的重量;⑤由于构成耐候透明面层涂料的组分A2和组分B2选择恰当,所形成的面层能够阻止紫外光、空气中的氧以及雨水等对底层的侵蚀,使航空飞行器涂层系统具有优异的光泽保持率和色彩持久度;⑥试验证明,由配套使用的防腐蚀着色底层涂料和耐候透明面层涂料组成的本发明的涂料体系形成的涂层,其耐介质性(耐去离子水、耐航空液压油、耐航空燃油、耐航空润滑油)、环境可靠性(耐盐雾、耐湿热、耐丝状腐蚀),柔韧性(耐冲击、耐弯曲)以及耐温性(耐低温、耐温度交变)优异(见表5),完全能够满足航空飞行器对涂层的要求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述,但不局限于此。
实施例及比较例所用原材料除另有说明外均为市售工业用品,可通过商业渠道购得。
实施例1制备防腐蚀着色底层涂料的组分A1
本发明航空飞行器用涂料体系的防腐蚀着色底层涂料的组分A1的各个组分及其质量百分含量如下:氢化环氧树脂15%~30%,改性树脂2%~10%,着色颜料10%~20%,环保型防腐蚀颜料10%~20%,填料5~15%,助剂0.5%~1%,余量为溶剂组成。
(一)准备原料
按表1配比准备原料。
实施例1组分A1的各个组分及其质量百分含量如下:氢化环氧树脂17.0%,改性树脂5.0%,着色颜料18.5%,环保型防腐蚀颜料15.5%,填料8.5%,助剂0.9%,溶剂为34.6%组成。具体配方见表1。
表1
注:ST-3000是国都化工(昆山)有限公司生产的氢化双酚A型环氧树脂;R-902是美国杜邦公司生产的金红石型二氧化钛;SPECIAL BLACK 6是德国赢创德固赛公司生产的一种高黑度气法碳黑;EFKA-4010是荷兰埃夫卡公司生产的改性聚氨酯类分散剂;EFKA-3777是荷兰埃夫卡公司生产的改性聚丙烯酸酯类流平剂;TINUVIN 292是BASF公司生产的受阻胺(HAL)类紫外光稳定剂。
(二)制备方法
在混合容器内,加入步骤(一)按表1配方量准备的氢化环氧树脂、改性树脂、助剂和溶剂,以300rpm速度搅拌15min,然后加入配方量着色颜料、环保型防腐蚀颜料和填料,以300rpm速度搅拌均匀后,用砂磨研磨至细度﹤40μm后,搅拌均匀并使用80目滤网过滤,即制得防腐蚀着色底层涂料的组分A1,保存备用;
实施例2制备防腐蚀着色底层涂料的组分B1
本发明航空飞行器用涂料体系的防腐蚀着色底层涂料的组分B1的各个组分及其质量百分含量如下:液体环氧树脂3%~15%,带有伯胺基团的多元胺5%~25%,余量为溶剂。
(一)准备原料
按表2配比准备原料。
实施例2组分B1的各个组分及其质量百分含量如下:液体环氧树脂8.1%,带有伯胺基团的多元胺22.6%,溶剂69.3%组成,具体配方见表2。
表2
(二)制备方法
在反应釜内,加入步骤(一)按表2配方量准备的带有伯胺基团的多元胺和溶剂,边搅拌边升温至60℃后,开始滴加配方量液体环氧树脂进行加成反应,3~4h内滴加完毕,再保温4~5h后,所得加成物冷却至室温,过滤,即制得防腐蚀着色底层涂料的组分B1保存备用。
实施例3制备组分A2
本发明航空飞行器用涂料体系的耐候透明面层涂料的组分A2的各个组分及其质量百分含量如下:多元醇树脂50%~80%,助剂1%~4%,余量为溶剂;
(一)准备原料
按表3配比准备原料。
实施例3组分A2的各个组分及其质量百分含量如下:多元醇树脂71.4%,助剂2.1%,溶剂26.5%组成,具体配方见表3。
表3
注:PE-6是中海油常州环保涂料有限公司生产的聚酯多元醇树脂(固体含量:70wt%,羟基含量:6.0wt%);TINUVIN 1130是BASF公司生产的苯并三氮唑类紫外光吸收剂;TINUVIN292是BASF公司生产的受阻胺(HAL)类紫外光稳定剂;EFKA-3777是荷兰埃夫卡公司生产的改性聚丙烯酸酯类流平剂;EFKA-3034是荷兰埃夫卡公司生产的氟碳有机改性硅氧烷类流平剂。
(二)制备方法
在混合容器内,加入步骤(一)按表3配方量准备的多元醇树脂、助剂和溶剂,以200rpm速度搅拌均匀后,使用200目滤网过滤,即制得耐候透明面层涂料的组分A2,保存备用。
实施例4制备组分B2
(一)准备原料
本发明航空飞行器用涂料体系的耐候透明面层涂料的组分B2的各个组分及其质量百分含量如下:脂肪族聚异氰酸酯60%~90%,余量为溶剂;
按表4配比准备原料。
实施例4组分B2的各个组分及其质量百分含量如下:脂肪族聚异氰酸酯75%,溶剂25%组成,具体配方见表4。
表4
注:N 3300是德国Bayer公司生产的六亚甲基二异氰酸酯。
(二)制备方法
在混合容器内,加入步骤(一)按表4配方量准备的脂肪族聚异氰酸酯和溶剂,以200rpm速度搅拌均匀后,使用200目滤网过滤,即制得耐候透明面层涂料的组分B2,保存备用。
实施例5制备防腐蚀着色底层涂料
施工前,按组分A1与组分B1的质量比为5:1称取实施例1制备的组分A1和实施例2制备的组分B1,混合均匀即制得防腐蚀着色底层涂料,其固体含量60wt%,粘度20秒(涂–4杯,23℃),施工期6h。
实施例6制备耐候透明面层涂料
施工前,按组分A2与组分B2的质量比为2:1称取实施例3制备的组分A2和实施例4制备的组分B2,混合均匀即制得耐候透明面层涂料,其固体含量50wt%,粘度22秒(涂–4杯,23℃),施工期4h。
检测涂料性能
按照涂料工业相关国家标准并结合相关航空材料规范检测本发明涂料体系的性能。
检测所用样板为T-2024铝板,尺寸12cm×5cm,表面经化学氧化处理。首先,喷涂实施例5制备的防腐蚀着色底层涂料,常温放置3h后,喷涂实施例6制备的耐候透明面层涂料(防腐蚀着色底层涂料的干膜厚度范围为15~25μm,耐候透明面层涂料的干膜厚度范围为20~30μm)。样板在常温下干燥7天后进行下述各项性能检测,检测结果见表5,其中,“技术要求”为航空飞行器涂层材料的技术要求。
表5
从表5的测试结果可以看出,本发明涂料体系所形成的涂层具有优异的光泽度,柔韧性能(耐正反冲击、弯曲),耐介质性能(耐去离子水、15号航空液压油、RP-3航空燃油、120号航空洗涤汽油、LD-4磷酸酯航空液压油),附着性能,环境可靠性(耐盐雾、耐丝状腐蚀、耐紫外光辐照),耐低温性能以及耐高低温骤变性能,符合航空飞行器蒙皮涂层材料的技术要求。
比较例1航空飞行器用涂料体系单位涂布量的比较
1、原料
①常规涂料体系
以中海油常州环保涂料有限公司生产的用于航空飞行器蒙皮表面防护的专用涂料体系作为常规涂料体系,其中:
常规防腐蚀底层涂料是用H06-3环氧聚酰胺底漆与H06-3聚酰胺固化剂按照质量比为10:3的比例混合配成;
常规着色面层涂料是用S04-21灰色聚氨酯磁漆与S04-21固化剂按照质量比为10:3的比例混合配成;
以上涉及的H06-3环氧聚酰胺底漆、H06-3聚酰胺固化剂、S04-21灰色聚氨酯磁漆、S04-21固化剂均为中海油常州环保涂料有限公司的产品;
②本发明涂料体系
防腐蚀着色底层是用涂料实施例1制备的组分A1与实施例2制备的组分B1按照质量比5:1的比例混合配成;
耐候透明面层涂料是用实施例3制备的组分A2与实施例4制备的组分B2按照质量比2:1的比例混合配成;
2、检测涂料体系的各涂料单位面积涂布质量
①常规涂料体系
分别用上述制得的常规防腐蚀底层涂料和常规着色面层涂料在称重的1m2铝合金样板表面进行涂装,其中防腐蚀底层干膜厚度控制为20μm,着色面层干膜厚度控制为70μm,干燥后,分别称量涂装后的1m2铝合金样板重量,扣除1m2铝合金样板的重量即获得常规涂料体系的底层涂料和面层涂料的单位面积涂布质量,结果见表6;
②本发明涂料体系
分别用上述制得的本发明涂料体系的防腐蚀着色底层涂料和耐候透明面层涂料在称重的1m2铝合金样板表面进行涂装,其中防腐蚀着色底层干膜厚度控制为20μm,耐候透明面层干膜厚度控制为30μm,干燥后,分别称量涂装后的1m2铝合金样板重量,扣除1m2铝合金样板的重量即获得本发明涂料体系的防腐蚀着色底层涂料和耐候透明面层涂料的单位面积涂布质量,结果见表6;
表6
项目 |
常规涂料体系 |
本发明涂料体系 |
底层涂料的单位面积涂布质量,g |
36.768 |
36.899 |
面层涂料的单位面积涂布质量,g |
110.277 |
34.825 |
涂料体系的单位面积涂布质量,g |
147.045 |
71.724 |
从表6可以看出,虽然常规涂料体系的底层涂料的单位面积涂布质量与本发明涂料体系的底层涂料的单位面积涂布质量接近,但是由于本发明涂料体系的面层涂料中不含有密度较高的颜填料,同时,该面层涂料的干膜厚度也低于常规面层涂料,因此,采用本发明技术方的涂料体系的单位面积涂布质量远低于常规涂料体系的单位面积,能够有效减轻航空飞行器的重量。
比较例2航空飞行器用涂料体系的光泽度、光泽保持率以及色彩持久度的比较
1、原料
使用的常规涂料体系和本发明涂料体系与比较例1相同;
2、检测人工气候老化测试前后的光泽及色差值
①样板制备
人工气候老化测试所用样板为T-2024铝板,尺寸7.5cm×15cm,表面经化学氧化处理。
用常规涂料体系和本发明涂料体系分别按以下施工方法进行样板的制备:
常规涂料体系样板涂层的施涂方法:首先,喷涂防腐蚀底层涂料,常温6h后喷涂第一道着色面层涂料,常温7h后喷涂第二道着色面层涂料。防腐蚀底层涂料的干膜厚度范围为15~25μm,着色面层涂料的干膜厚度范围为50~70μm;
本发明涂料体系样板涂层的施涂方法:首先,喷涂实施例5制备的防腐蚀着色底层涂料,常温3h后,喷涂实施例6制备的耐候透明面层涂料。防腐蚀着色底层涂料的干膜厚度范围为15~25μm,耐候透明面层涂料的干膜厚度范围为20~30μm。
②检测方法
上述两种样板在常温下干燥7天后,按ISO 11507:2007《色漆和清漆涂层暴露于人工暴露于荧光紫外灯和水》测试标准进行1000h人工气候老化测试,测试结束后按GB/T1766-2008《色漆和清漆涂层老化的评价方法》标准对测试前后的光泽度以及色差值进行测定,具体测试结果见表7。
表7
注:表7中人工气候老化测试前后的色差值采用美国爱色丽7000A型台式色彩色差仪进行测定。
从表7可以看出,①人工气候老化测试前,采用本发明技术方案制备的涂料体系的初始光泽度高于常规涂料体系的初始光泽度;②经1000h人工气候老化测试后,常规涂料体系的光泽度从90.5下降至82.1,光泽保持率为90.7%,采用本发明技术方案制备的涂料体系的光泽度从93.1下降至90.5,光泽保持率为97.2%。表7的测试结果表明,与常规涂料体系相比,采用本发明技术方案的涂料体系具有更加优异的光泽度、光泽保持率和色彩持久度。
以上比较例1和2的测试结果表明:本发明技术方案的涂料体系,综合性能优异,完全能满足航空工业的要求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。