CN108047870B - 一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料及其制备方法，按质量份数计，本发明的涂料包括以下组份：苯并噁嗪树脂25～60份，改性铝银浆15～40份，端羟基硅油1～10份，醇类润滑剂5～15份，增稠剂1～8份，无机颜料1～5份，助剂10～20份，快干混合溶剂20～50份。本发明的涂料适用于滚喷工艺，喷涂过程中，湿膜不易粘连及相互划伤，表干速度快，生产效率高；经热固化后所形成的涂层厚度均匀，外观质量高，并且具有优良的耐腐蚀性、耐溶剂性及润滑性能等，有效满足航空钛合金紧固件的防护要求。

Description

一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料及其制备方法，具体涉及一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料及其制备方法。
背景技术
钛合金紧固件具有质量轻、比强度高等优点，在现代飞机、航空发动机等领域得到广泛应用，但因其在使用中易受氯离子和应力的综合作用而发生应力腐蚀、缝隙腐蚀等；当与结构钢、铝合金等异种金属接触时，易发生电偶腐蚀，因此钛合金紧固件在使用前必须涂覆一层防护涂层。
国内外相关企业和科研院所针对钛合金紧固件防护涂料的开发也做了一些工作。美国Hi-Shear公司在专利US7192639B2中公开了一种以酚醛树脂为粘结聚合物、含有机缓蚀剂(或有机缓蚀剂与无机缓蚀剂的组合)的无铬钛合金紧固件防护涂料，该公司生产的Hi-Kote1型涂料具有良好的耐腐蚀、耐热性、耐溶剂性等性能，从而在钛合金紧固件防护领域获得大量应用。申请号为201410215914.X的专利(申请人：航天材料及工艺研究所)公开了一种以热固性酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛、有机硅树脂、增塑剂、铝粉浆、防腐填料、润滑剂、触变剂、分散剂和溶剂为主要成分的耐高温润滑防腐铝涂料，所形成的涂层具有良好的强度、韧性和润滑性能，涂覆于钛合金紧固件表面可有效防止电位腐蚀。房昺等报道了以酚醛树脂、片状铝粉、铬黄、聚四氟乙烯等为原料制备的钛合金紧固件用铝涂料，涂层具有良好的耐腐蚀性和安装性能(钛合金紧固件用铝涂料的性能与应用，涂料工业，2013，43(5)：17-22)。
尽管国内外针对钛合金紧固件的防护已开发出相关涂料，但这些涂料只能用于人工手工喷涂或机械手喷涂工艺，该工艺通常是先加工出一个固定紧固件的工装，然后将紧固件码放整齐，喷涂完紧固件上半部分之后，放置一段时间使涂料湿膜充分晾干，再将紧固件翻转过来喷涂另半部分，最后送入烘箱中加热固化。显然，该工艺生产时间长、加工量少、效率低、成本高。随着航空工业的快速发展，对涂覆有防护涂层的钛合金紧固件的需求量越来越大，传统涂覆工艺已日益难以满足交付周期和交付量的要求。因此，相关钛合金紧固件生产企业正在开发滚喷工艺，其原理是将待喷涂的紧固件放入设备滚筒中，喷涂时滚筒不断旋转，涂料从顶部喷嘴喷下，涂覆在紧固件的表面。该工艺生产效率高、加工量大，在规模化生产中，将具有不可比拟的优势。但现有普通涂料无法用于滚喷工艺，主要问题是滚筒在旋转的过程中，紧固件由于相互触碰导致喷涂上的湿膜发生粘连和划伤，涂层厚度不均，且铝粉定向效果不佳，易出现发花等弊病。
总的来说，从公开的论文和专利来看，目前国内外尚未见适用于滚喷工艺的钛合金紧固件外表面的防护涂料的报道。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种适用于滚喷工艺的钛合金紧固件防护涂料，从而提高涂覆效率，缩短生产时间。
技术方案：本发明一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料，该涂料中，各组份的质量份数为：25～60份的苯并噁嗪树脂、15～40份的改性铝银浆、1～10份的端羟基硅油、5～15份的醇类润滑剂、1～8份的增稠剂、1～5份的无机颜料、10～20份的助剂、20～50份的快干混合溶剂；
所述助剂包括润湿分散剂、消泡剂和抗划伤助剂；
其中的改性铝银浆由氨基硅烷和正硅酸四乙酯对铝银浆改性得到；(优选地，在铝银浆和有机溶剂混合溶液中，加入氨基硅烷和正硅酸四乙酯，室温条件下搅拌反应4～12小时后，再加入改性聚酯树脂，继续搅拌1～4小时，得到改性铝银浆)；
所述有机溶剂为乙醇、丙二醇单甲醚和醋酸正丁酯的组合；
所述改性聚酯树脂牌号为AddBond 1270、AddBond 2220ND、AddBond 2325、AddBond HS、AddBond LP 1600、AddBond LP 1611、AddBond LTH、AddBond LTW或AddBondLTW-B；
所述醇类润滑剂为一元脂肪醇、多元醇、聚乙二醇或聚丙二醇，其中一元脂肪醇的结构通式为CnH2n+1-OH(6≤n≤20)，多元醇的结构通式为CnH2n+2-x-OHx(3≤n≤8，3≤x≤6)，聚乙二醇的数均分子量为300～20000，聚丙二醇的数均分子量为1000～4000；
所述快干混合溶剂包含至少一种醇类、至少一种芳香烃、至少一种醇醚类和至少一种酮类，其中醇类选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇中的至少一种；芳香烃选自甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、乙苯中的至少一种；醇醚选自乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单丙醚、丙二醇单丁醚中的至少一种；酮选自丙酮、2-丁酮中的至少一种。
进一步的，制备改性铝银浆中的氨基硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种。
进一步的，所述涂料中的端羟基硅油的羟值为20～60mg KOH/g，数均分子量为400～8000。
进一步的，所述涂料中的增稠剂为醋酸丁酸纤维素，其数均分子量为10000～100000。
上述防护涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将苯并噁嗪树脂、醇类润滑剂、无机颜料、增稠剂、助剂、快干混合溶剂混合后进行研磨处理，得到均匀浆料，且浆料细度小于10μm；
步骤2)将均匀浆料与改性铝银浆以及端羟基硅油均投入到高速分散机中，在500～2000转/分钟下搅拌分散1～4小时，经过滤后，得到所述防护涂料。
优选地，步骤1)中通过研磨机进行研磨处理。
有益效果：本发明的涂料适用于滚喷工艺，满足钛合金紧固件表面的涂覆要求，同时具有如下优点：(1)通过对铝银浆进行改性，提高了铝粉的分散性和定向效果，进一步提升了涂层的耐腐蚀性能和外观质量；(2)端羟基硅油具有表面能低的特性，可防止湿膜之间发生粘连，同时由于快干混合溶剂沸点低，挥发速率快，有效克服了湿膜易于流挂的弊病，使得制备的涂层具有良好的厚度均匀性，且湿膜表干速度快(表干时间＜10min)，生产效率高；(3)醇类润滑剂因可溶解在混合溶剂中，在干膜中分布均匀，涂层显示出优异的润滑性能，技术指标同时满足Hi-Shear294和Hi-Shear397紧固件用铝涂层性能规范。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
实施例1
本实施例提供的钛合金紧固件防护涂料，按质量份计，包括以下原料：
其中，改性铝银浆的制备方法是：室温下将1000g铝银浆、有机溶剂加入到反应器中，然后滴加20g 3-氨丙基三甲氧基硅烷和5g正硅酸四乙酯，搅拌反应6h后，加入50g改性聚酯树脂——AddBond 2325，继续搅拌1h，得到改性铝银浆；
快干混合溶剂的配制方法是：将甲醇、乙醇、甲苯、乙二醇单乙醚、丙酮按质量比1：10：21：14：2混合后搅拌均匀；
制备钛合金紧固件防护涂料的方法是：将苯并噁嗪树脂、聚乙二醇、增稠剂、中铬黄、助剂、快干混合溶剂加入到研磨机，研磨至细度小于10μm，得到均匀浆料；然后将研磨好的浆料与改性铝银浆、端羟基硅油一起投入到高速分散机中，在1000转/分钟下搅拌分散4h，经过滤后，得到适用于滚喷工艺的钛合金紧固件防护涂料。
上述方法制备的钛合金紧固件防护涂料在滚喷过程中湿膜不易粘连和相互划伤，湿膜表干时间5分钟，将涂料在190℃下固化60min后得到防护涂层。涂层颜色为金黄色，且有金属光泽，厚度均匀，光滑平整，无气孔、气泡、凹坑等弊病。
经测试：涂层性能满足Hi-Shear294和Hi-Shear397紧固件用铝涂层性能规范中各项技术指标要求。
实施例2
本实施例提供的钛合金紧固件防护涂料，按质量份计，包括以下原料：
其中，改性铝银浆的制备方法是：室温下将1000g铝银浆、有机溶剂加入到反应器中，然后滴加25g 3-氨丙基三乙氧基硅烷和3g正硅酸四乙酯，搅拌反应4h后，加入30g改性聚酯树脂——AddBond LTW，继续搅拌4h，得到改性铝银浆；
快干混合溶剂的配制方法是：将乙醇、对二甲苯、丙二醇单甲醚、丙酮按质量比5：4：4：1混合后搅拌均匀；
制备钛合金紧固件防护涂料的方法是：将苯并噁嗪树脂、聚丙二醇、增稠剂、钼铬橙、助剂、快干混合溶剂加入到研磨机，研磨至细度小于10μm，得到均匀浆料；然后将研磨好的浆料与改性铝银浆、端羟基硅油一起投入到高速分散机中，在1200转/分钟下搅拌分散2h，经过滤后，得到适用于滚喷工艺的钛合金紧固件防护涂料。
上述方法制备的钛合金紧固件防护涂料在滚喷过程中湿膜不易粘连和相互划伤，湿膜表干时间6分钟，将涂料在195℃下固化50min后得到防护涂层。涂层颜色为金黄色，且有金属光泽，厚度均匀，光滑平整，无气孔、气泡、凹坑等弊病。
经测试：涂层性能满足Hi-Shear294和Hi-Shear397紧固件用铝涂层性能规范中各项技术指标要求。
实施例3
本实施例提供的钛合金紧固件防护涂料，按质量份计，包括以下原料：
其中，改性铝银浆的制备方法是：室温下将1000g铝银浆、有机溶剂加入到反应器中，然后滴加15g 3-氨丙基三乙氧基硅烷和8g正硅酸四乙酯，搅拌反应12h后，加入40g改性聚酯树脂——AddBond LTH，继续搅拌3h，得到改性铝银浆；
快干混合溶剂的配制方法是：将甲醇、正丁醇、乙苯、乙二醇单甲醚、2-丁酮按质量比2：5：3：12：1混合后搅拌均匀；
制备钛合金紧固件防护涂料的方法是：将苯并噁嗪树脂、十六醇、增稠剂、锌铬黄、助剂、快干混合溶剂加入到研磨机，研磨至细度小于10μm，得到均匀浆料；然后将研磨好的浆料与改性铝银浆、端羟基硅油一起投入到高速分散机中，在2000转/分钟下搅拌分散1h，经过滤后，得到适用于滚喷工艺的钛合金紧固件防护涂料。
上述方法制备的钛合金紧固件防护涂料在滚喷过程中湿膜不易粘连和相互划伤，湿膜表干时间9分钟，将涂料在200℃下固化50min后得到防护涂层。涂层颜色为金黄色，且有金属光泽，厚度均匀，光滑平整，无气孔、气泡、凹坑等弊病。
经测试：涂层性能满足Hi-Shear294和Hi-Shear397紧固件用铝涂层性能规范中各项技术指标要求。
实施例4
本实施例提供的钛合金紧固件防护涂料，按质量份计，包括以下原料：
其中，改性铝银浆的制备方法是：室温下将1000g铝银浆、有机溶剂加入到反应器中，然后滴加30g 3-氨丙基三甲氧基硅烷和1g正硅酸四乙酯，搅拌反应8h后，加入25g改性聚酯树脂——AddBond 1270，继续搅拌2h，得到改性铝银浆；
快干混合溶剂的配制方法是：将乙醇、甲苯、间二甲苯、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙酮按质量比2：8：1：2：5：1混合后搅拌均匀；
制备钛合金紧固件防护涂料的方法是：将苯并噁嗪树脂、丙三醇、增稠剂、深铬黄、助剂、快干混合溶剂加入到研磨机，研磨至细度小于10μm，得到均匀浆料；然后将研磨好的浆料与改性铝银浆、端羟基硅油一起投入到高速分散机中，在1600转/分钟下搅拌分散3h，经过滤后，得到适用于滚喷工艺的钛合金紧固件防护涂料。
上述方法制备的钛合金紧固件防护涂料在滚喷过程中湿膜不易粘连和相互划伤，湿膜表干时间7分钟，将涂料在205℃下固化45min后得到防护涂层。涂层颜色为金黄色，且有金属光泽，厚度均匀，光滑平整，无气孔、气泡、凹坑等弊病。
经测试：涂层性能满足Hi-Shear294和Hi-Shear397紧固件用铝涂层性能规范中各项技术指标要求。

Claims (7)

1.一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料，该涂料中，各组份的质量份数为：25～60份的苯并噁嗪树脂、15～40份的改性铝银浆、1～10份的端羟基硅油、5～15份的醇类润滑剂、1～8份的增稠剂、1～5份的无机颜料、10～20份的助剂、20～50份的快干混合溶剂；
所述助剂包括润湿分散剂、消泡剂和抗划伤助剂；
其中的改性铝银浆由氨基硅烷和正硅酸四乙酯对铝银浆改性得到；
所述醇类润滑剂为一元脂肪醇、多元醇、聚乙二醇或聚丙二醇，其中一元脂肪醇的结构通式为CmH2m+1OH，6≤m≤20，多元醇的结构通式为CnH2n+2-x(OH)x，3≤n≤8，3≤x≤6，聚乙二醇的数均分子量为300～20000，聚丙二醇的数均分子量为1000～4000；
所述快干混合溶剂包含至少一种醇类、至少一种芳香烃、至少一种醇醚类和至少一种酮类，其中醇类选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇中的至少一种；芳香烃选自甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、乙苯中的至少一种；醇醚选自乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单丙醚、丙二醇单丁醚中的至少一种；酮选自丙酮、2-丁酮中的至少一种。
2.如权利要求1所述的一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料，其特征在于：制备改性铝银浆中的氨基硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种。
3.如权利要求1或2所述的一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料，其特征在于：所述涂料中的端羟基硅油的羟值为20～60mg KOH/g，数均分子量为400～8000。
4.如权利要求1或2所述的一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料，其特征在于：所述涂料中的增稠剂为醋酸丁酸纤维素，其数均分子量为10000～100000。
5.如权利要求1或2所述的一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料，其特征在于：其中的改性铝银浆由如下方法制备获得：在铝银浆和有机溶剂混合溶液中，加入氨基硅烷和正硅酸四乙酯，室温条件下搅拌反应4～12小时后，再加入改性聚酯树脂，继续搅拌1～4小时，得到改性铝银浆。
6.一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将苯并噁嗪树脂、醇类润滑剂、无机颜料、增稠剂、助剂、快干混合溶剂混合后进行研磨处理，得到均匀浆料，且浆料细度小于10μm；
步骤2)将均匀浆料与改性铝银浆以及端羟基硅油均投入到高速分散机中，在500～2000转/分钟下搅拌分散1～4小时，经过滤后，得到所述防护涂料；其中的改性铝银浆的制备工艺为：在铝银浆和有机溶剂混合溶液中，加入氨基硅烷和正硅酸四乙酯，室温条件下搅拌反应4～12小时后，再加入改性聚酯树脂，继续搅拌1～4小时，得到改性铝银浆。
7.如权利要求6所述的一种用于钛合金紧固件外表面的防护涂料的制备方法，其特征在于：步骤1)中通过研磨机进行研磨处理。
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