CN111303696A - 一种用于激光冲击强化的特种涂层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激光冲击强化的特种涂层材料，包括以下原料组分：增韧性组分、附着力促进组分、有机溶剂、功能填料和功能助剂；其中，所述增韧性组分包含丁苯橡胶和苯乙烯系热塑性弹性体中的至少一种；所述附着力促进组分包含环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、氯化橡胶、硅烷偶联剂中的至少一种。还公开了上述用于激光冲击强化的特种涂层材料的制备方法。本发明的特种涂层材料对激光能量的吸收率可达到95％以上，且具有优异的基材附着力；并且，本发明的特种涂层材料可采用喷涂、滚涂或刮涂等多种涂料施工手段，相对于现有的铝箔、黑胶带更为方便，且涂层缺陷少，极大提高了涂覆质量和涂覆效率。

Description

一种用于激光冲击强化的特种涂层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂层材料技术领域，尤其涉及一种用于激光冲击强化的特种涂层材料及其制备方法。

背景技术

激光冲击强化(LSP)又名激光喷丸，是一种新型表面强化技术，具有显著的技术优势，与传统的表面强化技术相比，其典型的约束层与吸收保护层原理结构可以显著增加冲击波压力，进而对材料进行强化。这种强化方式具有高压(GPa级)、高能(GW量级)和超高应变率(>106s-1)的特点。激光冲击强化获得更深残余应力层、产生加工硬化、细化晶粒的优势，能够显著提高材料的抗疲劳、磨损及应力腐蚀等各项性能。

激光冲击过程中，吸收涂层材料通过吸收高能激光能量而在极短时间内形成一个高温高压的等离子体层，在约束层的限制下，产生向材料内部传播的冲击波进行表面改性。吸收涂层作为激光吸收物质其性能质量是影响激光冲击技术推广的重要因素，目前吸收涂层一般采用的材料有铝箔、黑胶带、黑漆等，这些材料存在操作困难、涂层质量较差、对基体附着力低、对激光能量吸收率低等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于激光冲击强化的特种涂层材料，可提高对激光能量的吸收率以及对基体的附着力。

本发明的另一个目的在于提供一种用于激光冲击强化的特种涂层材料的制备方法，工艺简单，易操作。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种用于激光冲击强化的特种涂层材料，包括以下原料组分：增韧性组分、附着力促进组分、有机溶剂、功能填料和功能助剂；其中，所述增韧性组分包含丁苯橡胶和苯乙烯系热塑性弹性体中的至少一种；所述附着力促进组分包含环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、氯化橡胶、硅烷偶联剂中的至少一种。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进在于：

优选的，所述原料组分的重量份为：增韧性组分20-40份，附着力促进组分10-20份，有机溶剂30-50份，功能填料3-8份，功能助剂1-3份。

优选的，所述丁苯橡胶包含SBR1500或/和SBR1502。

优选的，所述苯乙烯系热塑性弹性体包含苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物(SEPS)。

优选的，所述有机溶剂包含二甲苯、醋酸乙酯、200#溶剂油、丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。

优选的，所述功能填料包含炭黑。

进一步优选的，所述功能填料还包含氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化镁中的至少一种。

优选的，所述功能填料的粒径为1-20μm。

进一步优选的，所述功能填料的粒径为5-10μm。

优选的，所述炭黑不少于1质量份。

优选的，所述功能助剂包含分散剂、消泡剂和流平剂。

进一步优选的，所述功能助剂的重量份为：分散剂0.5-2份，消泡剂0.1-0.3份，流平剂0.1-1份。

进一步优选的，所述分散剂包含BYK-161、BYK-163、BYK-168、TEGO Dispers 670、德谦983中的至少一种。

进一步优选的，所述消泡剂包含BYK-053、BYK-055、BYK-088、TEGO902中的至少一种。

进一步优选的，所述流平剂包含BYK-300、BYK-306中的至少一种。

技术方案二：

一种用于激光冲击强化的特种涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将功能材料、分散剂混合，研磨，得改性浆料；

步骤2，将增韧性组分、附着力促进组分、有机溶剂、消泡剂和流平剂混合，搅拌溶解；然后加入所述改性浆料，再次搅拌分散后，研磨至颗粒细度不大于20μm，即得所述用于激光冲击强化的特种涂层材料。

优选的，步骤2中，所述再次搅拌分散的条件为：不小于1000rpm，20-60分钟。

进一步优选的，步骤2中，所述再次搅拌分散的条件为：1000rpm-1500rpm，30-40分钟。

优选的，步骤2中，所述研磨至颗粒细度不大于20μm后，继续通过有机溶剂调整粘度。

进一步优选的，所述通过有机溶剂调整粘度具体为将粘度调整至涂4杯20-40s。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的用于激光冲击强化的特种涂层材料采用增韧性组分为涂层材料提供了优异的耐冲击性能，采用附着力促进组分为涂层材料提供了优异的基材附着力，通过加入功能填料，极大的提高了对激光能量的吸收率，对激光能量的吸收率可达到95％以上，且加入的功能填料为涂层材料提供了良好的耐热性能，避免激光对基材表面的灼烧损坏。

此外，本发明的用于激光冲击强化的特种涂层材料为液相涂料，施工方式可以采用喷涂、滚涂或刮涂等多种涂料施工手段，相对于现有的铝箔、黑胶带更为方便，且涂层缺陷少，极大提高了涂覆质量和涂覆效率。

具体实施方式

通过以下实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种用于激光冲击强化的特种涂层材料，原料组分为：

制备方法如下：

首先将炭黑、氧化铝、分散剂BYK-161加入研磨机研磨改性10分钟，得到改性浆料；然后将丁苯橡胶SBR1500、环氧树脂E51、硅烷偶联剂KH560、2/3的有机溶剂(二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)、消泡剂BYK-055和流平剂BYK-300加入高速分散机中搅拌溶解10分钟，搅拌速度500rpm，然后将改性浆料加入高速分散机中，转速1200rpm，高速剪切分散30分钟，将产物放入研磨机研磨至颗粒细度不大于20μm，然后加入剩余的有机溶剂调整粘度至涂4杯30s，搅拌均匀，即得到用于激光冲击强化的特种涂层材料。

实施例2

一种用于激光冲击强化的特种涂层材料，原料组分为：

制备方法如下：

首先将炭黑、氧化硅、分散剂BYK-161、BYK-163加入研磨机研磨改性10分钟，得到改性浆料；然后将丁苯橡胶SBR1500、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、环氧树脂E51、硅烷偶联剂KH560、聚氨酯树脂、2/3的有机溶剂(二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)、消泡剂BYK-055、BYK-053和流平剂BYK-306、BYK-300加入高速分散机中搅拌溶解20分钟，搅拌速度500rpm，然后将改性浆料加入高速分散机中，转速1000rpm，高速剪切分散40分钟，将产物放入研磨机研磨至颗粒细度不大于20μm，然后加入剩余的有机溶剂调整粘度至涂4杯20s，搅拌均匀，即得到用于激光冲击强化的特种涂层材料。

实施例3

一种用于激光冲击强化的特种涂层材料，原料组分为：

制备方法如下：

首先将炭黑、氧化铝、氧化钛、分散剂BYK-161、BYK-168加入研磨机研磨改性10分钟，得到改性浆料；然后将丁苯橡胶SBR1500、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、环氧树脂E51、硅烷偶联剂KH560、2/3的有机溶剂(二甲苯和醋酸乙酯的混合物)、消泡剂BYK-088、TEGO902和流平剂BYK-300加入高速分散机中搅拌溶解10分钟，搅拌速度500rpm，然后将改性浆料加入高速分散机中，转速1500rpm，高速剪切分散30分钟，将产物放入研磨机研磨至颗粒细度不大于20μm，然后加入剩余的有机溶剂调整粘度至涂4杯30s，搅拌均匀，即得到用于激光冲击强化的特种涂层材料。

实施例4

一种用于激光冲击强化的特种涂层材料，原料组分为：

苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物(SEPS)40质量份；

制备方法如下：

首先将炭黑、氧化硅、氧化镁、分散剂BYK-161加入研磨机研磨改性10分钟，得到改性浆料；然后将苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物(SEPS)、环氧树脂E51、硅烷偶联剂KH560、2/3的有机溶剂(二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)、消泡剂BYK-088、BYK-055和流平剂BYK-306加入高速分散机中搅拌溶解10分钟，搅拌速度500rpm，然后将改性浆料加入高速分散机中，转速1000rpm，高速剪切分散30分钟，将产物放入研磨机研磨至颗粒细度不大于20μm，然后加入剩余的有机溶剂调整粘度至涂4杯40s，搅拌均匀，即得到用于激光冲击强化的特种涂层材料。

实施例5

一种用于激光冲击强化的特种涂层材料，原料组分为：

制备方法如下：

首先将炭黑、分散剂BYK-161加入研磨机研磨改性10分钟，得到改性浆料；然后将丁苯橡胶SBR1500、SBR1502、环氧树脂E51、硅烷偶联剂KH560、2/3的二甲苯、消泡剂BYK-055和流平剂BYK-300加入高速分散机中搅拌溶解10分钟，搅拌速度500rpm，然后将改性浆料加入高速分散机中，转速1200rpm，高速剪切分散60分钟，将产物放入研磨机研磨至颗粒细度不大于20μm，然后加入剩余的二甲苯调整粘度至涂4杯40s，搅拌均匀，即得到用于激光冲击强化的特种涂层材料。

实施例6

一种用于激光冲击强化的特种涂层材料，原料组分为：

制备方法如下：

首先将炭黑、氧化铝、分散剂德谦983、BYK-163和BYK-168加入研磨机研磨改性10分钟，得到改性浆料；然后将丁苯橡胶SBR1500、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、环氧树脂E51、氯化橡胶、2/3的有机溶剂(二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)、消泡剂TEGO902和流平剂BYK-306加入高速分散机中搅拌溶解10分钟，搅拌速度500rpm，然后将改性浆料加入高速分散机中，转速1200rpm，高速剪切分散30分钟，将产物放入研磨机研磨至颗粒细度不大于20μm，然后加入剩余的有机溶剂调整粘度至涂4杯30s，搅拌均匀，即得到用于激光冲击强化的特种涂层材料。

实施例7

一种用于激光冲击强化的特种涂层材料，原料组分为：

制备方法如下：

首先将炭黑、氧化铝、分散剂BYK-161加入研磨机研磨改性10分钟，得到改性浆料；然后将丁苯橡胶SBR1500、环氧树脂E51、丙烯酸树脂、硅烷偶联剂KH560、2/3的有机溶剂(二甲苯和醋酸乙酯的混合物)、消泡剂BYK-055和流平剂BYK-300加入高速分散机中搅拌溶解20分钟，搅拌速度500rpm，然后将改性浆料加入高速分散机中，转速1500rpm，高速剪切分散20分钟，将产物放入研磨机研磨至颗粒细度不大于20μm，然后加入剩余的有机溶剂调整粘度至涂4杯20s，搅拌均匀，即得到用于激光冲击强化的特种涂层材料。

实施例1得到的用于激光冲击强化的特种涂层材料抗冲击性能优异其断裂伸长率≥200％，附着力1级(GB/T 9286)，对激光能量吸收率95％。

实施例2-7所得到的用于激光冲击强化的特种涂层材料性能与实施例1所得到的用于激光冲击强化的特种涂层材料的性能相当。

本发明的实施例中，增韧性组分可以使特种涂层材料具有更优异的抗冲击性能；附着力促进组分可以使特种涂层材料在基材上具有良好的附着力；通过有机溶剂的配方调节有机溶剂的挥发速度，从而避免特种涂层材料成膜过程中的各种缺陷，例如鼓泡、针孔等现象；通过加入功能填料可以调节特种涂层材料的耐热性和对激光能量的吸收性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于激光冲击强化的特种涂层材料，其特征在于，包括以下原料组分：增韧性组分、附着力促进组分、有机溶剂、功能填料和功能助剂；其中，所述增韧性组分包含丁苯橡胶和苯乙烯系热塑性弹性体中的至少一种；所述附着力促进组分包含环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、氯化橡胶、硅烷偶联剂中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的用于激光冲击强化的特种涂层材料，其特征在于，所述原料组分的重量份为：增韧性组分20-40份，附着力促进组分10-20份，有机溶剂30-50份，功能填料3-8份，功能助剂1-3份。

3.根据权利要求1所述的用于激光冲击强化的特种涂层材料，其特征在于，所述丁苯橡胶包含SBR1500或/和SBR1502。

4.根据权利要求1所述的用于激光冲击强化的特种涂层材料，其特征在于，所述苯乙烯系热塑性弹性体包含苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物(SEPS)。

5.根据权利要求1所述的用于激光冲击强化的特种涂层材料，其特征在于，所述有机溶剂包含二甲苯、醋酸乙酯、200#溶剂油、丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的用于激光冲击强化的特种涂层材料，其特征在于，所述功能填料包含炭黑。

7.根据权利要求6所述的用于激光冲击强化的特种涂层材料，其特征在于，所述功能填料的粒径为1-20μm。

8.根据权利要求1所述的用于激光冲击强化的特种涂层材料，其特征在于，所述功能助剂包含分散剂、消泡剂和流平剂。

9.根据权利要求8所述的用于激光冲击强化的特种涂层材料，其特征在于，所述功能助剂的重量份为：分散剂0.5-2份，消泡剂0.1-0.3份，流平剂0.1-1份。

10.一种用于激光冲击强化的特种涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将功能材料、分散剂混合，研磨，得改性浆料；

步骤2，将增韧性组分、附着力促进组分、有机溶剂、消泡剂和流平剂混合，搅拌溶解；然后加入所述改性浆料，再次搅拌分散后，研磨至颗粒细度不大于20μm，即得所述用于激光冲击强化的特种涂层材料。