CN110117381B - 一种epo泡沫材质表面硬化处理工艺及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及EPO泡沫材质表面处理技术领域，公开了一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，包括以下步骤：前处理、稀释、喷涂及固化步骤；本工艺处理后EPO泡沫材质具有优异的理化性能，极高的抗张抗冲击强度、柔韧性、耐磨性、防湿滑、耐老化、防腐蚀；且具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，可承受350℃的短时热冲击具有软硬适中，断裂伸长率高、低温柔韧性好的优点。

Description

一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺及应用
技术领域
本发明涉及EPO泡沫材质表面处理技术领域，具体涉及一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺及应用。
背景技术
目前，无人机在军用和民用领域均得到了越来越广泛的应用，其中民用无人机已经广泛应用于航拍、航测、农林植保、巡线巡检、地质勘测、灾害监测和气象探测等领域。无人机，特别是2.5m以内的中小型无人机制备时常使用木材或复合材料，木材质量大，且其表面涂漆要求高，通常是人工操作来控制鼓包和气孔数量，因而无人机难以批量生产。随着技术的发展，EPO泡沫材质也逐步应用至无人机中，EPO泡沫制品应其具有质轻、回弹性(复原性)远远超过EPP制品及EPS制品等优点，且EPO泡沫制品可在重复使用多次，有效的节约成本。
然而EPO材质表面容易破损，结构强度不高等问题，现有解决方法通常用加绑带或者胶带进行固定来提高EPO材质的结构强度，再配合喷涂和涂胶进行无人机和航空模型表面保护，这样方法比较繁琐；且对于EPO材质表面出现划痕或者破损只能用喷涂和涂胶进行维修，仍没有很好的解决无人机和航空模型表面出现划痕或者破损问题的方案。
本申请人经过多方研究，在EPO材质面表喷涂专用漆料并通过专门开发的喷涂工艺，实现用极薄的高分子化合物在无人机和航空模型表面形成的分子键强化泡沫材质表面，形成一层均值的保护层，该涂层防刮防磨防水，具有一定韧性，可以在强冲击下保持EPO泡沫表面的完整性，并大幅提高EPO泡沫结构体的强度，达到类似复合材料制品效果。且通过表面喷涂后EPO材质表面出现划痕，甚至凹陷，通过热气熏蒸等方式复原。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，本工艺处理后EPO泡沫材质具有优异的理化性能，极高的抗张抗冲击强度、柔韧性、耐磨性、防湿滑、耐老化、防腐蚀；且具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，可承受350℃的短时热冲击具有软硬适中，断裂伸长率高、低温柔韧性好的优点。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，包括以下步骤：
(1)前处理：将用EPO泡沫制得的样品表面用软毛刷轻轻刮擦或用酒精轻轻擦拭，除去其表面的粉尘或者异物；
(2)稀释：将预先制备好的表面漆用稀释剂进行稀释，然后将上述稀释液加热至65℃后，转移至电动挤胶枪中；
所述表面漆包括A组份和B组分，其中所述A组分是由异氰酸酯与氨基化合物或低聚物二元醇或三元醇反应生成的聚脲；所述B组份由端氨基聚醚、液态胺扩链剂、颜料、填料以及助剂组成；
(3)喷涂：将电动挤胶枪连接0.6mpa气泵，在EPO泡沫制得的样品表面进行均匀喷涂一层厚度为0.2-0.4mm的致密涂层，直到喷涂表面光洁且完全覆盖；喷涂最低温度为零下28℃，最大湿度为80％；
(4)固化：将步骤(3)中喷漆后的样品自然固化，再转移至通风处进行完成固化。
在本发明中，进一步的，所述A组分与所述B组份的质量比为1：1。
在本发明中，进一步的，所述表面漆的原料还包括玻璃纤维粉和/或棉纤维粉，其占所述表面漆的体积量为5-10％。玻璃纤维粉与棉纤维粉根据需要添加的，其具有很好的绝缘性、抗腐蚀性及机械强度，添加玻璃纤维粉与棉纤维粉后，可以增加表面漆抗裂性能及耐磨性，不过也会造成表面粗糙；因而添加量不能太大。
在本发明中，进一步的，所述处理工艺还包括喷涂底漆工艺，所述喷涂底漆工艺是在进行步骤(3)喷涂表面漆之前先在EPO泡沫制得的样品表面均匀喷涂薄薄一层底漆，待其自然晾干，再喷涂表面漆；
所述底漆主要由锌黄丙烯酸聚氨酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、有机硅油、十二烷基磺酸钠、引发剂、水性环保型色浆及去离子水组成；上述各组分制备的底漆，VOC含量低、无腐蚀性，类似于指甲油，有挥发性，对泡沫塑料无损害，可以形成一层具有一定粘性的图层，再喷涂表面漆的时候，可以起到表面漆和EPO表面很好的黏合作用。
在本发明中，进一步的，所述稀释剂为乙二醇乙醚、乙酯、醋酸丁酯中一种或者多种组合物。
在本发明中，进一步的，所述表面漆与所述稀释剂按照质量比为5％-10％的比例进行混合。稀释剂具有很好溶解性能，将表面漆稀释分散，有助于提高成型韧性及降低表面漆喷涂后漆膜厚度，达到减重目的。
在本发明中，进一步的，所述自然固化的时间为2-5min，所述完成固化的时间为24h。
一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺用表面漆，其特征在于，所述表面漆包括A组份和B组分，两者质量比为1：1；其中所述A组分是由异氰酸酯与氨基化合物或低聚物二元醇或三元醇反应生成的聚脲；所述B组份由端氨基聚醚、液态胺扩链剂、颜料、填料以及助剂组成。
异氰酸酯包括但不仅限于4,4′-二异氰酸酯二苯甲烷、2,4-二异氰酸酯二苯甲烷、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯。
端氨基聚醚包括但不仅限于聚醚二元胺和/或聚醚三元胺。
液态胺扩链剂为二氨基二甲硫基甲苯和/或2,4-二氨基-5-巯基甲苯。
在本发明中，进一步的，所述B组份按照质量份数包括30-40份端氨基聚醚、20-30份液态胺扩链剂、0.5-2份颜料、2-10份填料以及1-5份助剂。
一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺的应用，其应用于无人机、航空模型或零件表面硬化处理和/或光洁处理；其中零件表面硬化处理和/或光洁处理可以应用于3D打印技术，对3D打印后的零件初品进行硬化处理和/或光洁处理，增加零件的抗张抗冲击强度、耐磨性及防水性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的EPO泡沫材质表面硬化处理工艺处理后的无人机、航空模型或零件模具表面形成了一层极薄的高分子化合物保护层，该涂层防刮防磨防水，具有一定韧性，可以在强冲击下保持EPO泡沫表面的完整性，并大幅提高EPO泡沫结构体的强度，达到类似复合材料制品效果。使得本工艺处理后EPO泡沫材质具有优异的理化性能，极高的抗张抗冲击强度、柔韧性、耐磨性、防湿滑、耐老化、防腐蚀；且具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，可承受350℃的短时热冲击具有软硬适中，断裂伸长率高、低温柔韧性好的优点。
(2)且上述制品通过表面喷涂后，其表面出现划痕，甚至用坚硬物如钥匙、螺钉等用力划压至制品表面凹陷，通过用热气熏蒸的方式在3-5s即可复原，用60-80℃热水擦拭的方式在1-2min即可复原，还可以常温放置2-5h也会复原。
(3)目前现有无人机、航空模型进行表面喷漆时，常常需要用到大型工业设备喷涂，局部喷涂十分不明显；而本发明中EPO泡沫材质表面硬化处理工艺及用到的专用表面漆通过添加对应的稀释剂，增加其分散性，有助于提高成型韧性及降低表面漆喷涂后漆膜厚度，达到减重目的；同时配合加温等措施，不再需要大型设备，只需要用小型喷涂胶枪，喷涂胶枪包括胶枪本身、AB料管、AB料混合管及喷头，A料管中装有A组分，B料管中装有B组分，在胶枪作用下A组份和B组分在AB料混合管中混合，即可；这种方式操作简便，也能够解决传统方式中出料太多，而且表面不光滑，硬度高的表面又太脆，不适合无人机等问题。
(4)本发明的EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，VOC含量低，对环境友好，无污染施工，卫生施工无害使用；且制作工艺简单，涂层薄而轻，可以快速进行制作，同时对施工人员要求较低，可以进行产量化管理，提高工作效率；通过与传统无人机制备的对比，本工艺制备的无人机可以初步替代复合材料还生产小型无人机，成本降低了近80％，而产能提高至少10倍。
附图说明
图1为对EPO泡沫材质无人机机翼进行局部喷涂的效果图；
图2为对图1中局部喷涂后无人机机翼用铁质硬物进行按压的状态图；
图3为对图2中按压后无人机机翼的效果图；
图4为按压后无人机机翼进行热气熏蒸的状态图；
图5为热气熏蒸后无人机机翼的效果图，明显可见机翼表面凹坑已经消失，机翼恢复原样；
图6为将未进行表面硬化处理的EPO泡沫材质无人机机翼和进行表面硬化处理的EPO泡沫材质无人机机翼相互挤压的状态图；
图7为将未进行表面硬化处理的EPO泡沫材质无人机机翼和进行表面硬化处理的EPO泡沫材质无人机机翼相互挤压的另一状态图。
图8为处理前零件的状态图；
图9为处理后零件的状态图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所用的原料均可从市面上购买。
实施例1
一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，包括以下步骤：
(1)准备工作：①将4,4′-二异氰酸酯二苯甲烷与4,4′-二氨基二苯甲烷反应，在5s内生产乳液状聚脲，即A组份，备用；
②再将B组份中各组分按照比例30份端氨基聚醚、20份液态胺扩链剂、0.5份颜料、2份填料以及1份助剂混合值得色浆，备用；
(2)表面前处理：将用EPO泡沫制得的样品表面用软毛刷轻轻刮擦或用酒精轻轻擦拭，除去其表面的粉尘或者异物；
(3)稀释：将预先制备好的A组份与B组份分别用乙二醇乙醚进行稀释，A组份与B组份分别与乙二醇乙醚按照体积比为5％的比例进行混合，混合均匀后，将上述稀释液分别加热至65℃后，并转移至电动挤胶枪对应的A料管与B料管中；在胶枪作用下A组份和B组分在AB料混合管中按照质量比为1：1的比例混合；
(4)喷涂：在18℃，湿度为75％时，将电动挤胶枪连接0.6mpa气泵，在EPO泡沫制得的无人机机翼表面进行均匀喷涂一层厚度为0.2-0.4mm的致密涂层，直到喷涂表面光洁，完全覆盖；
(5)固化：将步骤(3)中喷漆后的无人机机翼自然固化，时间为3min，再转移至通风处进行完成固化，时间为24h。
实施例2
一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，包括以下步骤：
(1)准备工作：①将4,4′-二异氰酸酯二苯甲烷(MDI)与4,4′-二氨基二苯甲烷(MDA)反应，在5s内生产乳液状聚脲的A组份，备用；
②再将B组份中各组分按照比例35份端氨基聚醚、22份液态胺扩链剂、1.0份颜料、3份填料以及2份助剂混合值得色浆，备用；
(2)表面前处理：将用EPO泡沫制得的样品表面用软毛刷轻轻刮擦或用酒精轻轻擦拭，除去其表面的粉尘或者异物；
(3)稀释：将预先制备好的A组份与B组份分别用乙二醇乙醚进行稀释，A组份与B组份分别与乙二醇乙醚按照体积比为5％的比例进行混合，混合均匀后，将上述稀释液分别加热至65℃后，并转移至电动挤胶枪对应的A料管与B料管中；在胶枪作用下A组份和B组分在AB料混合管中按照质量比为1：1的比例混合；
(4)喷涂：在25℃，湿度为75％时，将电动挤胶枪连接0.6mpa气泵，在EPO泡沫制得的无人机机翼表面进行均匀喷涂一层厚度为0.2-0.4mm的致密涂层，直到喷涂表面光洁，完全覆盖；
(5)固化：将步骤(3)中喷漆后的无人机机翼自然固化，时间为2min，再转移至通风处进行完成固化，时间为24h。
实施例3
一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，包括以下步骤：
(1)准备工作：①将4,4′-二异氰酸酯二苯甲烷(MDI)与4,4′-二氨基二苯甲烷(MDA)反应，在5s内生产乳液状聚脲的A组份，备用；
②再将B组份中各组分按照比例40份端氨基聚醚、30份液态胺扩链剂、2.0份颜料、3份填料以及2份助剂混合值得色浆，备用；
(2)表面前处理：将用EPO泡沫制得的样品表面用软毛刷轻轻刮擦或用酒精轻轻擦拭，除去其表面的粉尘或者异物；
(3)稀释：将预先制备好的A组份与B组份分别用乙二醇乙醚进行稀释，A组份与B组份分别与乙二醇乙醚按照体积比为7％的比例进行混合，在所述A组分加入占表面漆总体积量为5％的玻璃纤维粉，搅拌混合，混合均匀后，将上述稀释液分别加热至65℃后，并转移至电动挤胶枪对应的A料管与B料管中；在胶枪作用下A组份和B组分在AB料混合管中按照质量比为1：1的比例混合；
(4)喷涂：在5℃，湿度为80％时，将电动挤胶枪连接0.6mpa气泵，在EPO泡沫制得的无人机机翼表面进行均匀喷涂一层厚度为0.2-0.4mm的致密涂层，直到喷涂表面光洁，完全覆盖；
(5)固化：将步骤(3)中喷漆后的无人机机翼自然固化，时间为3min，再转移至通风处进行完成固化，时间为24h。
实施例4
一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，包括以下步骤：
(1)准备工作：①将4,4′-二异氰酸酯二苯甲烷(MDI)与4,4′-二氨基二苯甲烷(MDA)反应，在5s内生产乳液状聚脲的A组份，备用；
②再将B组份中各组分按照比例36份端氨基聚醚、24份液态胺扩链剂、1.6份颜料、3.0份填料以及2.1份助剂混合值得色浆，备用；
(2)表面前处理：将用EPO泡沫制得的样品表面用软毛刷轻轻刮擦或用酒精轻轻擦拭，除去其表面的粉尘或者异物；
(3)稀释：将预先制备好的A组份与B组份分别用乙二醇乙醚进行稀释，A组份与B组份分别与乙二醇乙醚按照体积比为10％的比例进行混合，在所述A组分加入占表面漆总体积量为8％的玻璃纤维粉，搅拌混合，混合均匀后，将上述稀释液分别加热至65℃后，并转移至电动挤胶枪对应的A料管与B料管中；在胶枪作用下A组份和B组分在AB料混合管中按照质量比为1：1的比例混合；
(4)喷涂底漆：将底漆在EPO泡沫制得的无人机机翼表面均匀喷涂薄薄一层底漆，厚度在0.1-0.2mm，待其自然晾干；
(5)喷涂：在10℃，湿度为75％时，将电动挤胶枪连接0.6mpa气泵，在EPO泡沫制得的无人机机翼表面进行均匀喷涂一层厚度为0.2-0.4mm的致密涂层，直到喷涂表面光洁，完全覆盖；
(6)固化：将步骤(3)中喷漆后的无人机机翼自然固化，时间为3min，再转移至通风处进行完成固化，时间为24h。
实施例5
一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，包括以下步骤：
(1)准备工作：①将4,4′-二异氰酸酯二苯甲烷(MDI)与4,4′-二氨基二苯甲烷(MDA)反应，在5s内生产乳液状聚脲的A组份，备用；
②再将B组份中各组分按照比例34.5份端氨基聚醚、26.0份液态胺扩链剂、1.8份颜料、2.5份填料以及2.4份助剂混合值得色浆，备用；
(2)表面前处理：将用EPO泡沫制得的样品表面用软毛刷轻轻刮擦或用酒精轻轻擦拭，除去其表面的粉尘或者异物；
(3)稀释：将预先制备好的A组份与B组份分别用乙二醇乙醚进行稀释，A组份与B组份分别与乙二醇乙醚按照体积比为8％的比例进行混合，在所述A组分加入占表面漆总体积量为10％的玻璃纤维粉，搅拌混合，混合均匀后，将上述稀释液分别加热至65℃后，并转移至电动挤胶枪对应的A料管与B料管中；在胶枪作用下A组份和B组分在AB料混合管中按照质量比为1：1的比例混合；
(4)喷涂底漆：将底漆在EPO泡沫制得的无人机机翼表面均匀喷涂薄薄一层底漆，厚度在0.1-0.2mm，待其自然晾干；
(5)喷涂：在25℃，湿度为70％时，将电动挤胶枪连接0.6mpa气泵，在EPO泡沫制得的无人机机翼表面进行均匀喷涂一层厚度为0.2-0.4mm的致密涂层，直到喷涂表面光洁，完全覆盖；
(6)固化：将步骤(3)中喷漆后的无人机机翼自然固化，时间为2min，再转移至通风处进行完成固化，时间为24h。
注：制备A组份的聚脲方法有多种，并不仅仅是实施例中举例的。
下面通过实验来考察本发明工艺处理的无人机机翼的作用效果：
采用现有方法对实施例1-5工艺处理的无人机机翼进行测试，其中，邵氏硬度测试按DIN 53505，15秒间隔；拉伸强度及拉断伸长率，使用C型冲刀制样；试验环境为：温度23±2℃，湿度50±10％；试验速度为：500m±50mm/min；具体数据如表1所示：
表1
Figure GDA0003177148570000101
注：测量取5次数据的平均值。
对比表1数据可见，本发明的工艺处理后无人机机翼具有优异的理化性能，极高的抗张抗冲击强度、柔韧性；同时在无人机机翼使用时，兼具防水、耐磨性、防湿滑、耐老化、防腐蚀；且具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，可承受350℃的短时热冲击具有软硬适中，断裂伸长率高、低温柔韧性好的优点。
同时本实施例1-5的表面漆，在最低温度为零下28℃，最大湿度80％范围内不会产生变形和“蠕变”，在震动频率20Hz～2000Hz不会断裂开胶；并且，本实施例1-5的工艺处理后无人机机翼的其他性能也满足国家相关标准。
参见图1是EPO泡沫材质无人机机翼进行局部喷涂的效果图，其在30s时，手触摸时已经不会粘粘，20min已经初步固化，放置24h后，完全固化；肉眼可见其表面光洁，用手掰也不会断裂；图2是用铁质硬物对上述EPO泡沫材质无人机机翼进行按压，使其表面明显出现凹坑，如图3所示；再热风筒对无人机机翼凹坑处进行热气熏蒸，无人机机翼凹坑在1min左右就几乎100％回复原状了，如图4和图5所示。
参见图6和图7，是将未进行表面硬化处理的EPO泡沫材质无人机机翼和进行表面硬化处理的EPO泡沫材质无人机机翼相互挤压，明显可见未进行表面硬化处理的EPO泡沫材质无人机机翼出现弯折等现象，而进行表面硬化处理的EPO泡沫材质无人机机翼未有弯折，具有很好的机械性能。
参见图8和图9，是将本处理工艺运用到小零件处理，图8是为处理前的零件，其表面很多毛刺和细纹；图9是处理后零件，明显其表面光滑，有光泽。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）前处理：将用EPO泡沫制得的样品表面用软毛刷轻轻刮擦或用酒精轻轻擦拭，除去其表面的粉尘或者异物；
（2）稀释：将预先制备好的表面漆用稀释剂进行稀释，然后将上述稀释液加热至65℃后，转移至电动挤胶枪中；
所述表面漆包括A组份和B组分，其中所述A组分是由异氰酸酯与氨基化合物反应生成的聚脲；所述B组份由端氨基聚醚、液态胺扩链剂、颜料、填料以及助剂组成；
（3）喷涂：将电动挤胶枪连接0.6MPa 气泵，在EPO泡沫制得的样品表面进行均匀喷涂一层厚度为0.2-0.4mm的致密涂层，直到喷涂表面光洁且完全覆盖；喷涂最低温度为零下28℃，最大湿度为80%；
（4）固化：将步骤（3）中喷漆后的样品自然固化，再转移至通风处进行完成固化；
所述处理工艺还包括喷涂底漆工艺，所述喷涂底漆工艺是在进行步骤（3）喷涂表面漆之前先在EPO泡沫制得的样品表面均匀喷涂薄薄一层底漆，待其自然晾干，再喷涂表面漆；
所述底漆主要由锌黄丙烯酸聚氨酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、有机硅油、十二烷基磺酸钠、引发剂、水性环保型色浆及去离子水组成。
2.根据权利要求1所述的一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，其特征在于，所述A组分与所述B组份的质量比为1：1。
3.根据权利要求2所述的一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，其特征在于，所述表面漆的原料还包括玻璃纤维粉和/或棉纤维粉，其占所述表面漆的体积量为5-10%。
4.根据权利要求1所述的一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，其特征在于，所述稀释剂为乙二醇乙醚、乙酯、醋酸丁酯中一种或者多种组合物。
5.根据权利要求4所述的一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，其特征在于，所述表面漆与所述稀释剂按照体积比为5%-10%的比例进行混合。
6.根据权利要求1所述的一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺，其特征在于，所述自然固化的时间为2-5min，所述完成固化的时间为24h。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺用表面漆，其特征在于，所述表面漆包括A组份和B组分，两者质量比为1：1；其中所述A组分是由异氰酸酯与氨基化合物反应生成的聚脲；所述B组份由端氨基聚醚、液态胺扩链剂、颜料、填料以及助剂组成。
8.根据权利要求7所述的一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺用表面漆，其特征在于，所述B组份按照质量份数包括30-40份端氨基聚醚、20-30份液态胺扩链剂、0.5-2份颜料、2-10份填料以及1-5份助剂。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的一种EPO泡沫材质表面硬化处理工艺的应用，其特征在于，其应用于无人机、航空模型或零件表面硬化处理和/或光洁处理。
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