CN104530912A - 一种用于电磁屏蔽的纳米钛改性环氧树脂航空涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁波干扰屏蔽的纳米钛改性环氧基屏蔽功能航空涂料，由经过硅烷包覆处理的纯度为90.0％～99.9％的纳米钛粉和环氧树脂组成，纳米钛粉的质量为环氧树脂基体总质量的0.1％～15.0％；所用的纳米钛粉可以经过表面处理，以降低纳米钛粉的表面能，减少粉体团聚，改善纳米钛粉与有机材料之间的相容性，在进行配比时，30份纳米钛改性环氧树脂加入20～50份的环氧固化剂。经过本发明的方法制备的航空涂料在300kHz～1.5GHz的范围内不仅具有良好的电磁屏蔽效能，而且对人体的植物神经不会造成损害，还具有较高的环境友好性、耐腐蚀性、自洁及增强涂膜强度等综合性能。

Description

一种用于电磁屏蔽的纳米钛改性环氧树脂航空涂料
技术领域
本发明涉及一种航空涂料，具体涉及一种用于电磁波屏蔽的纳米钛改性环氧树脂航空涂料。
背景技术
相对于传统的金属材料，纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳及优异的可设计性等优点，因而在现代飞机的机身结构上复合材料的用量激增，目前已经问世了多型全复合材料机身结构的飞机。在此类全复材飞机当中，蓬勃发展的轻型飞机及无人机经常采用玻璃纤维增强环氧树脂(Glass Fiber reinforce Epoxy Polymer,GFEP)复合材料作为主要的机身结构材料，同时还往往配备了集成度较高的机载电子设备，典型机型包括美国西锐SR20、奥地利钻石DA40等。由于玻璃纤维不导电，与金属或碳纤维增强环氧树脂(Carbon Fiber reinforce Epoxy Polymer,GFEP)机身结构相比，GFEP机身结构的电磁波屏蔽能力较低。与此同时，现代社会环境中各种无线电台、通讯基站、电子设备、电力系统以及各种军民用途的电磁波源日益增，容易引起GFEP机身结构飞机的内部电子设备工作异常，严重时甚至会造成机载设备损坏，对飞机运行安全造成了潜在威胁。
钛是唯一一种接触后不会对人体植物神经造成损害的金属，经纳米钛粉改性的树脂基涂料不仅具有较高的环境友好性，还具有耐腐蚀、自洁及增强涂膜强度等综合性能，目前已被广泛应用于舰船、食品、高温储罐等领域。
发明内容
为了弥补现有涂料在GFEP飞机机身结构电磁屏蔽效能有效性方面的不足，本发明提供一种新型的航空涂料，该航空涂料不仅能够进行有效的电磁屏蔽，并且具有较高的环境友好性、耐腐蚀性、自洁以及增强涂膜强度等综合性能。
本发明为制备出具有良好电磁屏蔽效能的航空涂料所采用的技术方案是：经过硅烷包覆处理的纳米钛粉与环氧树脂基体按照一定的工艺流程进行配比和制备。
上述用于电磁屏蔽的纳米钛改性环氧树脂航空涂料，纳米钛粉的质量为环氧树脂基体总质量的0.1％～15.0％。
上述用于电磁屏蔽的纳米钛改性环氧树脂航空涂料，所用纳米钛粉经过表面钝化处理，其纯度为90.0％～99.9％。
上述用于电磁屏蔽的纳米钛改性环氧树脂航空涂料，纳米钛的处理包括以下步骤：(1)将分析纯的无水乙醇和去离子水配成乙醇水溶液的步骤；(2)将纳米钛粉用硅烷进行包覆处理的步骤；(3)用纳米钛粉制备改性环氧底漆的步骤。
上述用于电磁屏蔽的纳米钛改性环氧树脂航空涂料，在步骤(1)当中将分析纯的无水乙醇和去离子水按照一定质量比配成无水乙醇溶液，并控制溶液温度在15～45℃之间。
上述用于电磁屏蔽的纳米钛改性环氧树脂航空涂料，在步骤(2)中，在一定转速搅拌下加入硅烷，硅烷的加入量为乙醇水溶液质量的0.1％～15.0％，通过一定转速的分散机搅拌均匀，并用超声波分散使硅烷综合分散于乙醇水溶液体系中，搅拌15～45min之后通过抽滤和无水乙醇洗涤、15～50℃真空干燥至恒重。
上述用于电磁屏蔽的纳米钛改性环氧树脂航空涂料，在步骤(3)中，将纳米钛粉粉体和分散剂加入涂料中，并通过一定转速分散机搅拌均匀，超声分散15～45min，而后将涂料置于 真空消泡罐中，并在一定压强下进行消泡15～45min，之后采用专用容器灌装贮存。
本发明的有益效果是：
在频率300kHz～1.5GHz的测试范围内具有电磁屏蔽效能好、屏蔽频带宽的优点。
钛是唯一一种接触后不会对人体植物神经造成损害的金属，经纳米钛粉改性的树脂基涂料不仅具有较高的环境友好性，还具有耐腐蚀、自洁及增强涂膜强度等综合性能。
符合我国民航适航安全的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1纳米钛改性环氧树脂航空涂料+双层GFEP板材
首先，将1g的纳米钛粉加入到100g的环氧树脂基体中，用超声波分散机处理3h，目的是使纳米钛粉充分的分散到环氧树脂的基体当中，得到纳米钛粉与环氧树脂混合均匀之后的纳米钛粉改性环氧树脂。
其次，按照100g的纳米钛改性环氧树脂中加入30g的环氧树脂用固化剂的或者30份环氧树脂加入10份固化剂的配比方式将二者混合均匀。
最后，把混合均匀之后的纳米钛粉改性环氧树脂均匀的涂装到与GFEP飞机机身结构板材上，并在上层再覆盖另外一块GFEP板材做成夹层为纳米钛改性环氧树脂的夹层式测试样品，形成电磁波屏蔽体。在进行涂装前，使用安装90°弯头和2in直径的120#砂轮的气动打磨机对航空复合材料结构试样板表面打磨1～5min，并用吸尘器对打磨区域进行清理。将改性涂料、配套的固化剂、配套的稀释剂按照2:1:1的体积比进行混合，通过分散机在1500～2000r/min转速下使各种原料混合均匀。待混合涂料静置1～15min之后使用1.2mm口径上壶式喷枪在45PSI的压力下将其均匀喷涂在经过打磨的试样板表面，自然干燥24～48h之后，此时涂层干膜厚度约为70μm。
测试频段分为频段Ⅰ和频段Ⅱ:
频段Ⅰ：9kHZ～30MHZ；
频段Ⅱ：30MHZ～1.5GHz；
在进行测量时，应至少在30.0MHZ，50.0MHZ，100.0MHZ，300.0MHZ，1.0Ghz，1.5GHz等频率点给出测量结果。
该电磁波屏蔽体在测试频段为30MHz～1.5GHz时，电磁屏蔽效能的范围在0.1～70.0dB之间。
实施例2金属网+双层GFEP板材
首先，将未加入纳米钛粉的100g环氧树脂与30g环氧树脂用固化剂或者30份环氧树脂加入10份固化剂的配比方式将二者均匀混合。
其次，将均匀混合后的未加入纳米钛粉的环氧树脂与其配套的固化剂使用1.2mm口径上壶式喷枪在45PSI的压力下将其均匀喷涂在经过打磨的规格为外径Φ115mm、中心孔直径Φ12mm、厚度为1mm的GFEP板材表面。
最后，将规格为1.25mm×2.50mm的网孔，厚度为0.10～0.15mm的纯铜网也铺覆到GFEP板材的表面，并在纯铜网的上表面再覆盖一块GFEP板材，做成夹层为铜网的夹层式测试样品，并静置自然干燥24～48h。
测试频段分为频段Ⅰ和频段Ⅱ:
频段Ⅰ：9.0kHz～30.0MHz；
频段Ⅱ：30.0MHz～1.5GHz；
在进行测量时，应至少在30.0MHz，50.0MHz，100.0MHz，300.0MHz，1.0GHz，1.5GHz等频率点给出测量结果。
该电磁波屏蔽体在测试频段为30.0MHz～1.5GHz时，电磁屏蔽效能的范围在0.8～60.0dB之间。
实施例3纳米钛改性环氧树脂航空涂料+纯铜网+双层GFEP板材
首先，将加入纳米钛粉的100g环氧树脂与30g环氧树脂用固化剂或者30份环氧树脂加入10份固化剂的配比方式将二者均匀混合。
其次，将均匀混合后的为加入纳米钛粉的环氧树脂与其配套的固化剂使用1.2mm口径上壶式喷枪在45PSI的压力下将其均匀喷涂在经过打磨的规格为外径Φ115mm、中心孔直径Φ12mm、厚度为1mm的GFEP板材表面。
最后，将规格为1.25mm×2.50mm的网孔，厚度为0.10～0.15mm的纯铜网也铺覆到GFEP板材的表面，并在纯铜网的上表面再覆盖一块GFEP板材，做成夹层为铜网的夹层式测试样品，并静置自然干燥24～48h。
测试频段分为频段Ⅰ和频段Ⅱ:
频段Ⅰ：9.0kHz～30.0MHz；
频段Ⅱ：30.0MHz～1.5GHz；
在进行测量时，应至少在30.0MHz，50.0MHz，100.0MHz，300.0MHz，1.0GHz，1.5GHz等频率点给出测量结果。
该电磁波屏蔽体在测试频段为30.0MHz～1.5GHz时，电磁屏蔽效能的范围在0.8～90dB之间。
为了能够充分的表明纳米钛改性环氧树脂航空涂料对电磁波屏蔽的效能，本发明设计了一组相互对比试验，通过实施例1，实施例2，实施例3的测试结果进行对比。实施例1是由纳米钛改性环氧树脂航空涂料和双层GFEP板组成的夹层式电磁波屏蔽体；实施例2是由纯铜网和双层GFEP板材组成的电磁波屏蔽体；实施例3是由纳米钛改性环氧树脂航空涂料、纯铜网以及双层GFEP板组成的电磁波屏蔽体。本发明所涉及的3个实施例，其电磁波屏蔽体的屏蔽效能按大小排序依次是：实施例3＞实施例1＞实施例2。
上述实施例只是为了说明本发明创造所做的举例，而非对本发明创造具体实施方式的限定。对于本发明所涉及相关行业的技术人员还可在上述说明的基础上做出其它不同形式的变化或者变动。本发明所涉及的实施例无需也无法对所有的实施方式一一列举。凡在本发明的精神和原则之内所引申出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种用于电磁波干扰屏蔽的纳米钛改性环氧基屏蔽功能航空涂料，其特征在于由环氧树脂基基体和经过硅烷KH550\560\570包覆处理的改性纳米钛粉组成。
2.根据权利要求1所述的用于电磁波干扰屏蔽的纳米钛改性环氧基屏蔽功能航空涂料，其特征在于，经过硅烷包覆处理的纳米钛粉的质量为环氧树脂基体总质量的0.1％～15.0％。
3.根据权利要求1所述的用于电磁波干扰屏蔽的纳米钛改性环氧基屏蔽功能航空涂料，其特征在于，所用的纳米钛为经过硅烷包覆处理的纯度为90.0％～99.9％的钛粉。
4.根据权利要求3所述的用于电磁波干扰屏蔽的纳米钛改性环氧基屏蔽功能航空涂料，其特征在于，用纳米钛制备改性环氧树脂航空涂料的制备方法包括以下步骤：(1)将分析纯的无水乙醇和去离子水配成乙醇水溶液的步骤；(2)将纳米钛粉用硅烷进行包覆处理的步骤；(3)用纳米钛粉制备改性环氧底漆的步骤。
5.根据权利要求4所述的用于电磁波干扰屏蔽的纳米钛改性环氧基屏蔽功能航空涂料，其特征在于，在步骤(1)中：将分析纯的无水乙醇和去离子水按照一定质量比配成无水乙醇溶液，并控制溶液温度在15～45℃之间。
6.根据权利要求4所述的用于电磁波干扰屏蔽的纳米钛改性环氧基屏蔽功能航空涂料，其特征在于，在步骤(2)中，在一定转速搅拌下加入硅烷，硅烷的加入量为乙醇水溶液质量的0.1％～15.0％，通过一定转速的分散机搅拌均匀，并用超声波分散使硅烷综合分散于乙醇水溶液体系中，搅拌15～45min之后通过抽滤和无水乙醇洗涤、15～50℃真空干燥至恒重。
7.根据权利要求4所述的用于电磁波干扰屏蔽的纳米钛改性环氧基屏蔽功能航空涂料，其特征在于，在步骤(3)中，将纳米钛粉粉体和分散剂加入涂料中，并通过一定转速分散机搅拌均匀，超声分散15～45min，而后将涂料置于真空消泡罐中，并在一定压强下进行消泡15～45min，之后采用专用容器灌装贮存。
8.根据权利要求4所述的用于电磁波干扰屏蔽的纳米钛改性环氧基屏蔽功能航空涂料，其特征在于，在制备的过程中应该尽量避免使用消泡剂、pH调节剂等其他助剂，以确保改性涂料满足RoHS及适航性等方面的要求。
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