CN109385223A - 一种保护膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种保护膜,特别是用于飞行器机翼前缘或者旋翼前缘加强保护的一种保护膜。所述保护膜包括热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材和环氧胶粘剂粘接层。本发明的保护膜具有高的耐热性、优异的耐老化性、耐候性以及耐高低温性等优点。该保护膜可以直接通过共固化工艺粘接到机翼前缘或者旋翼前缘,便于使用。而且粘接强度大,即使在飞行器高速运行的情况下也不易剥离,克服了现有技术中的弹性体保护膜与基材粘接力不足、容易剥离的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种保护膜,特别是用于飞行器机翼前缘或者旋翼前缘加强保护的一种保护膜。
背景技术
飞行器在高速穿越降雨区域时,其机翼前缘会遭遇“雨蚀”。直升机在低空飞行时,其旋翼在高速运转过程中与空气中的沙粒、浮尘会产生巨大摩擦,继而导致旋翼材料磨蚀。雨滴、沙粒撞击航空器部件的表面,在材料表面产生巨大摩擦,对材料内部产生巨大的瞬间冲击,可能在部件上诱发微裂纹。如果上述材料无法抵御雨滴、沙粒的冲击以及磨蚀,航空器部件的安全性和可靠性将受到威胁。现代航空制造业广泛地将高性能复合材料用于飞行器部件制造,这类材料具有重量轻、强度高的优点。但是复合材料部件的抗雨蚀能力不足,表面容易发生坑蚀,严重时会造成剥离,导致复合材料结构性损伤。例如,飞机雷达罩雨蚀以及直升机螺旋桨磨蚀是困扰航空界已久的难题,而目前广泛使用的航空涂料已经不能应对该类挑战。高性能聚氨酯保护膜产品是一种由聚氨酯弹性体和压敏胶粘剂组成的单面特种胶带,能够适应机身部件的弯曲构造,牢固地黏附在复合材料表面、金属表面和油漆表面。该类保护膜产品本体强度高,弹性模量大,具有优良的抗雨蚀、抗磨损能力,可以应用于雷达天线罩、螺旋桨毂盖、机翼、尾翼前缘、起落架、复合材料构件以及飞机的其它部件的防水,防潮,抵挡紫外线以及空气颗粒、雨滴的侵害。但是,由于压敏胶的抗剥离能力不足,飞行过程中薄膜两侧的存在气压差异,聚氨酯保护膜可能在飞行器高速飞行的时候存在被剥离的风险。
学术界以及工业界一直在研究外来物(固体颗粒、液体等)对飞行器机翼前缘的模式磨蚀和雨蚀(J.E.Field,et al.Cavitation in impacted drops and jets and theeffect on erosion damage thresholds.Wear,154-160.;Omid Gohardani.Impact oferosion testing aspects on current and future flight conditions.Progress inAerospace Sciences,2011,280-303)。如果飞行器机翼前缘磨损严重,将会严重影响飞行器的空气动力学效率,甚至影响飞行器的安全。目前一般有四种材料以及技术手段来加强飞行器前缘或者旋翼前缘的保护,例如高分子涂料、高分子弹性体薄膜、金属薄片、无机陶瓷涂层。金属薄片和无机陶瓷涂层密度大,不利于飞行器的减重,影响飞行器飞行的动平衡。目前使用高分子涂料或者航空工业涂料进行飞行器整个表面的防护涂装。一般对于金属蒙皮,先使用刻蚀性底漆提高有机涂层在金属蒙皮表面的附着力,然后以环氧涂料为底漆,发挥隔绝作用,以耐候性聚氨酯涂料为面漆,发挥装饰以及耐候保护作用。环氧涂料以及聚氨酯涂料都含有无机颜料以及填料,其固化之后的漆膜密度能够达到2.0以上。由于有机高分子涂料交联密度不大,受到紫外线照射之后会老化降解,且本体强度不高,对飞行器所使用的各种润滑油以及燃油的耐受性不足,所以飞行机每隔一定时间就需要进行一次费用高昂的脱漆、重新喷漆。在脱漆过程中,往往要使用对环境污染大的强酸性溶液。
也有在机翼前缘或者旋翼前缘使用涂覆压敏胶层的聚氨酯弹性体薄膜以加强保护,但是压敏胶的粘接力较差,在飞行器高速运行过程中存在从蒙皮表面剥离的风险。
除上述方式,技术人员也尝试使用各种高分子材料来制作保护膜制品。
专利申请CN101422527A介绍了一种利用装有多层模头的挤出机制备的多层聚氨酯保护膜,将不同化学构成的两层聚氨酯层粘接到一起之后,利用压敏胶作为粘接层,用于保护交通工具的涂漆面。该方法使用压敏胶,其抗剥离力并不高。CN105368338A专利申请介绍了单层聚氨酯保护膜的制备方法,以高强度、抗撕裂的聚氨酯弹性体薄膜为基材,使用丙烯酸酯压敏胶作为粘接层制备保护膜使用,该发明突出其所使用的丙烯酸压敏胶与聚氨酯弹性体基材之间有着良好的结合力,将该保护膜从被保护表面剥离之后,被保护表面上没有压敏胶残余。该方法使用压敏胶,其抗剥离力不高。
CN107722863A专利申请介绍了一种聚烯烃保护膜的制备方法,将PET离型膜和流延聚丙烯薄膜通过丙烯酸胶粘剂粘接到一起之后作为消费电子产品的保护膜使用。CN107629710A专利申请介绍了一种高透明聚酯保护膜的制备方法,以PET薄膜为基材,使用丙烯酸酯压敏胶作为粘接层制备用于保护平板显示器的保护膜使用。该类保护膜产品的不具有弹性体,且耐磨性能一般。
因此,急需研发一种具有更佳性能的保护膜,特别是可以应用于飞行器的一种保护膜。
有鉴于此特,提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,提供一种保护膜,特别是一种可以用于飞行器机翼前缘或者旋翼前缘加强保护的热塑性聚酰胺弹性体保护膜。
本发明的保护膜具有高耐热性、优异的耐老化性、耐候性以及耐高低温性等优点。该保护膜可以直接通过共固化工艺粘接到机翼前缘或者旋翼前缘,便于使用。而且粘接强度大,即使在飞行器高速运行的情况下也不易剥离,克服了现有技术中的弹性体保护膜与基材粘接力不足、容易剥离的缺点。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案的基本构思是:
一种保护膜,包括热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材和环氧胶粘剂粘接层。
本发明创造性地提出了一种基于热塑性聚酰胺弹性体薄膜以及热固性环氧胶粘剂的新型共固化材料,该类材料能够通过加热固化的方式粘接到飞行器蒙皮上。聚酰胺弹性体薄膜能够抵抗雨滴、沙粒的侵蚀和摩擦,环氧胶粘剂粘接层能够提供良好的粘接力,防止脱落。
作为本发明的一种实施方案,热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材的厚度为0.1-1.0mm,环氧胶粘剂粘接层的厚度为0.05-0.15mm。
优选地,热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材的厚度为0.2-0.5mm,更优选为0.3mm;
优选地,环氧胶粘剂粘接层的厚度为0.1mm。
作为本发明的一种实施方案,热塑性聚酰胺弹性体含有聚酰胺硬段和聚醚软段,聚酰胺硬段与聚醚软段之间以酯键或酰胺键相连。聚酰胺硬段具有较高的熔点,较高的结晶度,使得弹性体能够保持较好的尺寸稳定性和热稳定性。聚醚段软具有良好的低温柔性,和抗冲击性能,使得弹性能够具有良好的弹性。
优选地,热塑性聚酰胺弹性体的熔点为100-250℃。
热塑性聚酰胺弹性体的强度能达到40MPa,断裂伸长率能达到500%以上。含有聚酰胺硬段,具有良好的耐化学品浸泡性能,能够经受飞行器机油的侵蚀。
热塑性聚酰胺弹性体的熔点达到100℃以上,可以和环氧胶粘剂粘接层一体高温固化到飞行器机翼或旋翼表面。整个共固化保护膜,耐热性能好,能够与加热除冰系统兼容。
优选地,聚酰胺硬段为AABB型聚酰胺,AABB型聚酰胺的分子链结构对称性更好,形成的氢键密度更好,模量更高。聚醚软段为聚氧化乙烯醚、聚氧化丙烯醚或聚四亚甲基氧醚的一种或几种,优选为聚四亚甲基氧醚。
优选地,聚酰胺硬段为由脂肪族二元胺和脂肪族二元酸形成的偶偶型、奇偶型、偶奇型或奇奇型聚酰胺;
更优选地,聚酰胺硬段为聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺612、聚酰胺614、聚酰胺1010、聚酰胺1012、聚酰胺1014、聚酰胺1013、聚酰胺1212,聚酰胺1213或聚酰胺1214的一种或几种,最优选为聚酰胺1010和/或聚酰胺1012和/或聚酰胺1212。
作为本发明的另一种实施方案,聚酰胺硬段为AB型聚酰胺,AB型聚酰胺具有良好的韧性。
聚醚软段为聚氧化乙烯醚、聚氧化丙烯醚或聚四亚甲基氧醚的一种或几种,优选为聚四亚甲基氧醚。
优选地,聚酰胺硬段为聚酰胺6、聚酰胺8、聚酰胺10、聚酰胺11或聚酰胺12的一种或几种,优选为聚酰胺12。
作为本发明的一种实施方案,环氧胶粘剂粘接层的成分包括低粘度环氧树脂60-80重量份、增韧树脂20-30重量份、固化剂5-20重量份、促进剂10-30重量份、稳定剂0.5-3重量份、触变剂0.5-3重量份及稀释剂、填料和颜料适量;
优选地,低粘度环氧树脂是粘度为5000-10000mPa·s的双酚A环氧树脂或粘度为3000-5000mPa·s的双酚F环氧树脂中的一种或组合。
优选地,增韧树脂为聚丙烯酸酯树脂、氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂或苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚树脂中的一种或组合;
优选地,固化剂为甲基胍胺、苯基胍胺、己二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、2-乙基,4-甲基咪唑、丙烯基硫脲或二氨基咪唑三嗪络合物的一种或组合;
优选地,稳定剂为硼酸丁酯、酞酸四丁酯、硼酸三乙酯或富马酸中的一种或组合。
作为本发明的一种实施方案,环氧胶粘剂采用如下制备方法:将低粘度环氧树脂、增强树脂、稳定剂和稀释剂按一定的重量比例混合,然后高速分散搅拌10-15分钟,加入剩余组分搅拌均匀后用三辊研磨机轧制3-4遍,再在搅拌下真空脱泡20-30分钟,即得。
本发明中的热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材的制备方法包括但不限于流延工艺,双向拉伸工艺或溶剂铺层工艺。为了实现特定功能,在制备所述的热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材时,可以使用各种助剂和填料。助剂和填料包括但不限于光稳定剂、抗氧剂、颜料、无机填料。
在本发明的一种实施方式中,所述的保护膜自上而下包括:PET薄膜、热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材、环氧胶粘剂粘接层和离型材料层。
离型材料层可以使保护膜在卷曲状态下保持较好的尺寸稳定性。
优选地,热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材与环氧胶粘剂粘接层相接触的一侧经过电晕处理,从而提高其与环氧胶粘剂的相容性。
附图说明
图1是本发明所述保护膜的一种结构示意图;
图2是本发明实施例2制备的保护膜与对比例1薄膜的储存模量与温度的关系图。
图中标注:1.热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材;2.环氧胶粘剂粘接层;3.离型材料层;4.PET薄膜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合部分实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,以下实施例仅用于说明本发明,不用于限制本发明的范围。
如图1所示,是本发明保护膜的一种结构示意图,自上而下依次包括PET薄膜4,热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材1,环氧胶粘剂粘接层2和离型材料层3。
热塑性聚酰胺弹性体薄膜可以使用商业化或自制的聚酰胺弹性体粒料通过流延法、双向拉伸法等方法制备;环氧胶粘剂可以使用商业化或自制的胶粘剂。
待施胶的热塑性聚酰胺弹性体薄膜一侧即与环氧胶粘剂粘接层2相接触的一侧,可以使用电晕等方法进行处理,提高热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材1与环氧胶粘剂的相容性。
聚酰胺弹性体薄膜基材1的厚度为0.3mm,环氧胶粘剂粘接层2的厚度为0.08mm,离型材料层3是经硅油离型处理的、厚度为0.1mm纸张,PET薄膜4的厚度为0.15mm。该结构能够使处于卷曲状态的保护膜的尺寸保持稳定。
在使用该保护膜的时候,可以将离型材料层3撕开,贴合于环氧复合材料层压板之上或者使用真空袋工艺贴合在螺旋桨前沿曲面上,随后将贴好保护膜的环氧复合材料层压板以及螺旋桨置于真空烘箱中,加热到指定温度。
如表1所列,实施例1-3分别使用Pebax 3533、Vestamid E47以及通过本体熔融缩聚方法制备的的邵氏硬度为40D的PA1012-PTMO作为热塑性聚酰胺弹性体,具体制备方法参照专利申请201610069156.4中公开的技术方案。通过流延法制备厚度为0.3mm的聚酰胺弹性体薄膜基材,并平铺于PET薄膜4之上、保持挺度,电晕处理待涂胶一侧,再使用涂覆装置将固化温度为80℃的液态环氧胶粘剂涂覆在经过电晕处理的一侧,最后在环氧胶粘剂的另一侧贴合经硅油离型处理的、厚度为0.1mm纸张,分别得到对应的保护膜样品。
表1
对以上实施例以及对比例1中所得的保护膜样品进行拉伸和抗冲击性能测试,并将上述实施例样品紧密贴合在环氧复合材料层压板之上,放置于80℃的真空烘箱中固化2h,随后测试保护膜在环氧复合材料层压板之上的180°剥离力。同时参考涂层耐磨性的Taber磨耗cesium方法(CS17号砂轮,负重1kg,旋转1000转)对四种样品的磨耗损失量进行了比较,测试数据如表2所示。
测试数据表明本发明三个实施例具有与对比例相似的耐磨性能,但是和对比例1相比具有更强的抗剥离力,不易剥离,能够很好地应用于飞行器的表面保护。
图2对比了对比例1以及实施例2的储存模量与温度的关系,可见实施例2的储存模量在125℃之后才会下降,具有更好的耐热性;而对比例1的储存模量随着温度增大而迅速下降,耐热性不足。
表2
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种保护膜,其特征在于,包括热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材和环氧胶粘剂粘接层。
2.根据权利要求1所述的保护膜,其特征在于,热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材的厚度为0.1-1.0mm,环氧胶粘剂粘接层的厚度为0.05-0.15mm。
3.根据权利要求2所述的保护膜,其特征在于,热塑性聚酰胺弹性体薄膜基材的厚度为0.2-0.5mm,优选为0.3mm;
优选地,环氧胶粘剂粘接层的厚度为0.1mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的保护膜,其特征在于,热塑性聚酰胺弹性体含有聚酰胺硬段和聚醚软段,聚酰胺硬段与聚醚软段之间以酯键或酰胺键相连;
优选地,热塑性聚酰胺弹性体的熔点为100-250℃。
5.根据权利要求4所述的保护膜,其特征在于,聚酰胺硬段为AABB型聚酰胺,聚醚软段为聚氧化乙烯醚、聚氧化丙烯醚或聚四亚甲基氧醚的一种或几种,优选为聚四亚甲基氧醚。
6.根据权利要求5所述的保护膜,其特征在于,聚酰胺硬段为由脂肪族二元胺和脂肪族二元酸形成的偶偶型、奇偶型、偶奇型或奇奇型聚酰胺;
优选地,聚酰胺硬段为聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺612、聚酰胺614、聚酰胺1010、聚酰胺1012、聚酰胺1014、聚酰胺1013、聚酰胺1212,聚酰胺1213或聚酰胺1214的一种或几种,更优选为聚酰胺1010和/或聚酰胺1012和/或聚酰胺1212。
7.根据权利要求4所述的保护膜,其特征在于,聚酰胺硬段为AB型聚酰胺,聚醚软段为聚氧化乙烯醚、聚氧化丙烯醚或聚四亚甲基氧醚的一种或几种,优选为聚四亚甲基氧醚。
8.根据权利要求7所述的保护膜,其特征在于,聚酰胺硬段为聚酰胺6、聚酰胺8、聚酰胺10、聚酰胺11或聚酰胺12的一种或几种,优选为聚酰胺12。
9.根据权利要求1-8任一项所述的保护膜,其特征在于,环氧胶粘剂粘接层的成分包括低粘度环氧树脂60-80重量份、增韧树脂20-30重量份、固化剂5-20重量份、促进剂10-30重量份、稳定剂0.5-3重量份、触变剂0.5-3重量份及稀释剂、填料和颜料适量;
优选地,低粘度环氧树脂是粘度为5000-10000mPa·s的双酚A环氧树脂或粘度为3000-5000mPa·s的双酚F环氧树脂中的一种或组合;
优选地,增韧树脂为聚丙烯酸酯树脂、氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂或苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚树脂中的一种或组合;
优选地,固化剂为甲基胍胺、苯基胍胺、己二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、2-乙基,4-甲基咪唑、丙烯基硫脲或二氨基咪唑三嗪络合物的一种或组合;
优选地,稳定剂为硼酸丁酯、酞酸四丁酯、硼酸三乙酯或富马酸中的一种或组合。
10.根据权利要求9所述的保护膜,其特征在于,环氧胶粘剂采用如下制备方法:将低粘度环氧树脂、增强树脂、稳定剂和稀释剂按一定的重量比例混合,然后高速分散搅拌10-15分钟,加入剩余组分搅拌均匀后用三辊研磨机轧制3-4遍,再在搅拌下真空脱泡20-30分钟,即得。
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