CN112375468B - 一种发动机包容环用表面防护材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机包容环用表面防护材料，是由A、B双组分构成的腻子状材料；其中，A组分由70~80 wt.％双酚A型环氧树脂，10~20 wt.％丁氰橡胶，5~15 wt.％碾磨石棉纤维，0~5 wt％气相二氧化硅和0.5~2 wt％的硅烷偶联剂组成；B组分由90~99 wt％聚酰胺树脂和1~10 wt％脂肪族胺组成；A和B组分按1:1~2:1的质量比进行配比。使用时A、B组分混合均匀，采用刮涂的方法施涂到零部件表面，经固化形成防护涂层。该防护材料具有适宜的粘结强度、耐水性好、对TC4、GH232、2A70、0Cr18Ni9Ti四种金属均不会发生腐蚀，可用于发动机包容环的内表面。

Description

一种发动机包容环用表面防护材料
技术领域
本发明涉及一种表面防护材料，尤其涉及一种发动机包容环用表面防护材料，属于复合材料技术领域和表面防护技术领域。
背景技术
众所周知，航空发动机是飞机的“心脏”，是飞机在空中飞行的原动力。随着我国航空技术的迅速发展，要求发动机具有更高的效率。为提高发动机效率，采取的重要措施之一便是使用各种封严技术和防护材料。特别是随着发动机涵道比不断增加，相关零件尺寸增大，对包容环使用的防护涂层材料的施工工艺及性能提出了更高要求。围绕风扇叶片的机匣一般称为包容环，它的功能不仅是气流通道的机匣，而且还要起到一旦风扇叶片从根部折断，能将风扇叶片的断片包容在机匣内的作用。包容环是保护航空发动机的重要部件之一。在早期，低涵道比涡扇发动机的风扇机匣均按一般的机匣设计，并未考虑设置包容环。到了20世纪60年代末发展的高涵道比涡扇发动机，开始将风扇机匣设计成包容环。高涵道比发动机的研制是我国重点建设项目之一，是促进我国航空工业发展的关键工程之一。其中的发动机为具有较大推力的大型发动机，其主要结构设计和整体性能在国内处于领先水平。依据国外资料，围绕风扇叶片的机匣（即包容环）所使用的涂层材料包括：可磨耗涂层、腐蚀防护涂层及聚合物填缝剂，上述三种材料均应用于包容环，具体使用部位不同，功能各有差异，不能相互替代。现有国产的防护涂层材料不能满足相关零部件的工艺及使用需求，为确保新型大涵道比发动机研制及应用，国内相关型号通过借鉴国外同类产品思路，开展包容环用防护涂层材料国产化研制及性能优化，来满足发动机相关部件的使用需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种发动机包容环用表面防护材料。
本发明的表面防护材料，是由A、B双组分构成的腻子状材料。其中，A组分由70~80wt％双酚A型环氧树脂，10~20 wt％丁氰橡胶，5~15 wt％碾磨石棉纤维，0~5 wt％气相二氧化硅和0.5~2 wt％的硅烷偶联剂组成；B组分由90~99 wt％聚酰胺树脂和1~10 wt％脂肪族胺组成。
A组分中，双酚A型环氧树脂，环氧值为0.23~0.56，纯度≥98%。这是一类应用最为广泛的热固性树脂之一，具有粘结力大、收缩率小、耐腐蚀性能好、电性能优良、耐久性好、易于改性和原料易得等特点；环氧树脂分子中的环氧基团非常活泼，可与多种类型的固化剂发生交联反应形成三维网状结构的高分子聚合物，从而提升机械强度、耐溶剂性能和耐热性。
液体丁氰橡胶，丙烯腈含量为40%，在本发明防护涂层中的作用是增韧剂。
碾磨石棉纤维在本发明防护涂层中作为耐高温和阻燃增强填充剂。石棉是天然纤维状的硅质矿物的泛称，是一种被广泛应用于建材防火板的硅酸盐类矿物纤维。石棉纤维的特点是耐热、不燃、耐水、耐酸、耐化学腐蚀。
气相二氧化硅是一种白色、无毒、无味、无定形的无机精细化工产品。原子粒径在7～40纳米，比表面积在70~400m/g，具有良好的补强、增稠、触变、消光、抗紫外线和杀菌等多种作用。气相二氧化硅在本发明防护涂层中的作用是补强，改善粘结剂的粘结强度。
硅烷偶联剂采用γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷。其中硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此，当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层，把两种性质悬殊的材料连接在一起，提高复合材料的性能，增加粘结强度。
B组分中，聚酰胺树脂和脂肪族胺共同作为固化剂。聚酰胺树脂的胺值180-220mgKOH/g。低分子量聚酰胺为环氧树脂的优良固化剂和增韧剂，和环氧树脂配用比例比较宽，操作简便，可常温固化，粘结力强，韧性好，明显地优越于一般的单体胺类固化剂。脂肪族胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺以及四甲基乙二胺中的一种。脂肪族胺分子内含有较长的不饱和脂肪烃碳链和氨基、羧基、酰胺基等活性基团，可与环氧树脂分子产生交联而固化。脂肪烃碳链交联时能起内增塑作用，极大地提高了固化物的抗冲击强度，固化物收缩性小，具有较好的粘结强度、柔韧性、绝缘性和抗化学品性。
上述A组分和B组分按1:1~2:1的质量比混合均匀，然后采用刮涂的方法施涂到零部件表面，经固化，形成防护涂层。固化条件为室温（18-25℃）下放置至少72小时；也可在（100±5）℃下保温8h加速固化。涂层充分固化后性能达到最佳（一般为7天）。
上述涂层的主要性能如下：
1. 涂料外观：无外来杂质。
2. 涂层外观：均匀，平整，无外来杂质。
3. 涂层密度：1.1~1.3 g/cm3。
4. 石棉含量：5~7%。
5. 剪切强度：≥5MPa。
6. 拉伸强度：≥1.45MPa。
7. 腐蚀性：用聚四氟乙烯模具制备出涂层试样，切割到规定尺寸，夹持在钛合金（TC4）的试片之间，然后在烘箱（62±2）℃下保温24h，卸开后，目视检查试片表面无腐蚀。
8. 贮存寿命：在室温下密闭保存，贮存期为12个月。
本发明的用途：本防护材料具有适宜的粘结强度，耐水性好，对TC4、GH232、2A70、0Cr18Ni9Ti四种金属均不会发生腐蚀，可用于发动机包容环的内表面，起防护作用。在（-60~80）℃的温度下可长期使用，在（180~250）℃温度范围内可短时间工作。本发明已在航空发动机上获得应用。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明防护材料的组分、制备工艺及性能作进一步说明。
实施例1
称取环氧值为0.48-0.54的液体环氧树脂112g，丁氰橡胶20g，碾磨石棉纤维24g，硅烷偶联剂4g，在搅拌机中搅拌均匀，得防护涂层A组分；
称取聚酰胺树脂90g和二乙烯三胺10g，在搅拌机中搅拌均匀，得防护涂层B组分；
将A和B组分混合均匀，然后采用刮涂的方法施涂到试件表面，经固化后涂层的剪切强度为：12MPa，拉伸强度为：1.62MPa，密度1.18g/ml。
实施例2
称取环氧值为0.55-0.56的液体环氧树脂120g，丁氰橡胶18g，碾磨石棉纤维20g，硅烷偶联剂2g，在搅拌机中搅拌均匀，得防护涂层A组分；
称取聚酰胺树脂92g和三乙烯四胺8g，在搅拌机中搅拌均匀，得防护涂层B组分；
将A和B组分混合均匀，然后采用刮涂的方法施涂到试件表面，经固化后涂层的剪切强度为：14MPa，拉伸强度为：1.78MPa，密度1.16g/ml。
实施例3
称取环氧值为0.41-0.47的的液体环氧树脂125g，丁氰橡胶16g，碾磨石棉纤维18g，硅烷偶联剂1g，放在搅拌机中搅拌均匀，得HM-2100包容环防护涂层A组分；
称取聚酰胺树脂95g和四甲基乙二胺5g，在搅拌机中搅拌均匀，得HM-2100包容环防护涂层B组分；
将A和B组分混合均匀，然后采用刮涂的方法施涂到试件表面，经固化后涂层的剪切强度为：16MPa，拉伸强度为：1.85MPa，密度1.13g/ml。
实施例4
称取环氧值为0.55-0.56的液体环氧树脂120g、丁氰橡胶18g、碾磨石棉纤维17g、硅烷偶联剂2g和3g气相二氧化硅放在搅拌机下，搅拌均匀，得HM-2100包容环防护涂层A组分；
称取聚酰胺树脂92g和三乙烯四胺8g放在搅拌机下，搅拌均匀，得HM-2100包容环防护涂层B组分。
将A和B组分混合均匀，然后采用刮涂的方法施涂到试件表面。经固化后涂层的剪切强度为：18MPa，拉伸强度为：2.15Mpa，密度1.06g/ml。
上述各实施例中，将碾磨石棉纤维在（280±5）℃下进行烘烤2h除湿。液体丁氰橡胶、双酚A型环氧树脂、硅烷偶联剂（硅烷偶联剂采用γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷）、聚酰胺树脂和脂肪族胺先放在（60±5）℃下保温0.5h，使树脂和橡胶预热软化，以便于分散。
上述各实施例中的固化条件：剪切试样室温下放置24h，然后在（100±5）℃下保温8h加速固化，最后室温下再放置24h方可进行测试；拉伸试样在室温（18~25℃）下放置至少72h后再进行测试。

Claims (3)

1.一种防护材料在发动机包容环表面的应用，所述材料是由A、B双组分构成的腻子状材料；其中，A组分由70~80 wt.％双酚A型环氧树脂，10~20 wt.％丁氰橡胶，5~15 wt.％碾磨石棉纤维，0~5wt％气相二氧化硅和0.5~2 wt％的硅烷偶联剂组成；B组分由90~99 wt％聚酰胺树脂和1~10 wt％脂肪族胺组成；A和B组分按1:1~2:1的质量比进行配比；
双酚A型环氧树脂的环氧值为0.23~0.56，纯度≥98%；丁氰橡胶的丙烯腈含量为40%；聚酰胺树脂的胺值180~220 mgKOH/g；
丁氰橡胶、双酚A型环氧树脂、硅烷偶联剂、聚酰胺树脂和脂肪族胺先放在（60±5）℃下保温0.5h，使树脂和橡胶预热软化，以便于分散；碾磨石棉纤维在（280±5）℃下进行烘烤2h除湿。
2.如权利要求1所述一种防护材料在发动机包容环表面的应用，其特征在于：脂肪族胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺、四甲基乙二胺中的一种。
3.如权利要求1所述一种防护材料在发动机包容环表面的应用，其特征在于：硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷。
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