CN115772367B - 纳米氟化沥青复合航空涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了纳米氟化沥青复合航空涂层及其制备方法，制备方法的步骤包括：将聚硅氮烷树脂、氟化沥青粉体和稀释剂混合制备纳米氟化沥青复合航空涂料；将聚硅氮烷树脂和稀释剂混合得到聚硅氮烷清漆，将聚硅氮烷清漆喷涂在基材上；将铜网平铺在基材表面，待清漆干燥后揭去铜网得到具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆涂层；将纳米氟化沥青复合航空涂料喷涂在聚硅氮烷清漆涂层表面形成具有微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层；本发明的纳米氟化沥青复合航空涂料具有优异的防冰和耐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及涂层领域，具体涉及纳米氟化沥青复合航空涂层及其制备方法。
背景技术
目前，超疏水防冰涂层缺乏高湿环境适应性和长期浸泡环境适应性，难以在航空领域应用。目前，提高超疏水涂层抗冰性及耐蚀性的方法主要是通过构造微米级阵列图案，一方面进一步减小水与表面的接触面积，另一方面通过更强的气垫效应进一步提高隔热效率并阻止腐蚀介质渗透，但构造微米级阵列的方法往往需要特殊的设备和较高的成本。因此，有必要探索一种操作简单且适合大规模制备微米级阵列的方法，以满足航空领域及其它领域的需求。
发明内容
本发明提供了纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法，本发明还提供了具有微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层。
为实现本发明，可以采用如下技术方案：
纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
第一步：纳米氟化沥青复合航空涂料的制备：
将第一份聚硅氮烷树脂、第一份稀释剂和氟化沥青粉体进行搅拌分散和砂磨，得到纳米氟化沥青复合航空涂料；
第二步：具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆涂层的制备：
将第二份聚硅氮烷树脂和第二份稀释剂混合搅拌分散，得聚硅氮烷清漆，将聚硅氮烷清漆喷涂在基材上；将铜网平铺在喷涂有所述聚硅氮烷清漆的所述基材表面，再将所述基材依次进行压实、干燥、冷却、去除铜网，得到具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆涂层；
第三步：微柱阵列纳米氟化沥青复合航空涂层的制备：
将所述纳米氟化沥青复合航空涂料喷涂在所述具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆表面，得到具有微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层。
作为本发明的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法的一个优选方案，按重量份数计，所述第一份聚硅氮烷树脂为3至52份，所述第一份稀释剂为41至95份，所述氟化沥青粉体为0.5至30份，所述第二份聚硅氮烷树脂为21至78份，所述第二份稀释剂为11至56份。
作为本发明的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法的一个优选方案，所述氟化沥青粉体的粒径为5至100nm。
作为本发明的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法的一个优选方案，所述第一份稀释剂和所述第二份稀释剂均为由二甲苯、乙酸丁酯和丁酮组成的混合溶液。
作为本发明的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法的一个优选方案，所述第一步和所述第二步的搅拌分散速度均为310至1600rpm。
作为本发明的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法的一个优选方案，所述第一步的搅拌分散时间为0.2至3.5h，砂磨时间为10至60min，所述第二步的搅拌分散时间为0.1至4h。
作为本发明的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法的一个优选方案，所述铜网的线径为10至100μm。
作为本发明的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法的一个优选方案，所述具有微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层的涂布率为65至520g/m2。
纳米氟化沥青复合航空涂层，由上述制备方法制备而成。
本发明的设计思路：
制备超疏水涂层应用受到设备或工艺限制，大部分只能制备小面积试样，不能大规模应用，氟化沥青的表面能达到2.0MJ/m2,远低于氟化石墨7.0MJ/m2和聚四氟乙烯(15.88MJ/m2)。由铜网的微米级结构和氟化沥青的纳米级结构的构造多级结构表面，可以实现了大面积涂装，为航空材料和装备表面呈现防腐和防冰功能。
本发明的有益效果：
(1)由极低表面能的氟化沥青纳米材料直接构建防冰涂层，简化了通过疏水剂处理纳米粉末得到改生超疏水材料的工艺，提升了纳米材料的利用效率；
(2)根据本发明制备方法制得的具有微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层能有效提高在低温、高湿环境下的抗冰性能和长期浸泡条件下的耐腐蚀性能；
(3)具有微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法及条件简单，可通过铜网压印法在预固化的聚硅氮烷清漆表面制备微柱阵列结构。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明的实施例1至3中第一份稀释剂和第二份稀释剂和对比例中的稀释剂均为由二甲苯、乙酸丁酯和丁酮组成的混合溶液。
实施例1
按照实施例1的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法，包括以下步骤：
第一步：纳米氟化沥青复合航空涂料的制备：
将31份第一份聚硅氮烷树脂、62份第一份稀释剂和15.5份粒径为50nm的氟化沥青粉体混合，然后依次进行搅拌分散和砂磨的操作，得到纳米氟化沥青复合航空涂料，其中，搅拌分散的速度为1100rpm、时间为2.1h，砂磨的时间为20min；
第二步：具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆涂层的制备：
将51份第二份聚硅氮烷树脂、31份第二份稀释剂混合并在1100rpm的转速下搅拌分散2.1h，得聚硅氮烷清漆，将聚硅氮烷清漆通过压力为0.6至0.8MPa的空气喷涂在基材上；将线径为60μm的120目铜网平铺在喷涂有聚硅氮烷清漆的基材表面，再将基材依次进行压实、在80℃的温度下干燥5.1h、取出冷却至室温、除去铜网，得到微柱宽度为145±2μm的微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆涂层；
第三步：具有微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备：
将纳米氟化沥青复合航空涂料通过压力为0.6至0.8MPa的空气喷涂在具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆表面，得到具有157±1μm微柱宽度的微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层。
实施例2
按照实施例2的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法，包括以下步骤：
第一步：纳米氟化沥青复合航空涂料的制备：
将41份第一份聚硅氮烷树脂、42份第一份稀释剂和10份粒径为100nm的氟化沥青粉体混合，然后按工艺依次进行搅拌分散和砂磨的操作，得到纳米氟化沥青复合航空涂料，其中，搅拌分散的速度为1550rpm、时间为3.2h，砂磨的时间为30min；
第二步：具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆涂层的制备：
将32份第二份聚硅氮烷树脂、55份第二份稀释剂混合并在1600rpm的转速下搅拌分散3.5h，得聚硅氮烷清漆，通过压力为0.6至0.8MPa的空气把聚硅氮烷清漆喷涂在基材上；将线径为100μm的120目铜网平铺在喷涂有聚硅氮烷清漆的基材表面，再将基材依次进行压实、在70℃的温度下干燥5h、取出冷却至室温、除去铜网，得到微柱宽度为144±3μm的微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆涂层；
第三步：纳米氟化沥青复合航空涂层的制备：
将纳米氟化沥青复合航空涂料通过压力为0.6至0.8MPa的空气喷涂在具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆表面，得到具有155±2μm微柱宽度的微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层。
实施例3
按照实施例3的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法，包括以下步骤：
第一步：纳米氟化沥青复合航空涂料的制备：
将4.8份第一份聚硅氮烷树脂、84份第一份稀释剂和19份粒径为10nm的氟化沥青粉体混合，然后按工艺依次进行搅拌分散和砂磨的操作，得到纳米氟化沥青复合航空涂料，其中，搅拌分散的速度为350rpm、时间为0.3h，砂磨的时间为40min；
第二步：具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆涂层的制备：
将21份第二份聚硅氮烷树脂、12份第二份稀释剂混合并在330rpm的转速下搅拌分散15min，得聚硅氮烷清漆，将聚硅氮烷清漆通过压力为0.6至0.8MPa的空气喷涂在基材上；将线径为10μm的120目铜网平铺在喷涂有聚硅氮烷清漆的基材表面，再将基材依次进行压实、在70℃的温度下干燥5.5h、取出冷却至室温、除去铜网，得到微柱宽度为145±5μm的微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆涂层；
第三步：具有微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备：
将纳米氟化沥青复合航空涂料通过压力为0.6至0.8MPa的空气喷涂在具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆表面，得到具有155±3μm微柱宽度的微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层。
对比例1
按照对比例1的一种纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法，包括以下步骤：
第一步：纳米氟化沥青复合航空涂料的制备：
将31份聚硅氮烷树脂、62份稀释剂和15.5份氟化沥青粉体混合，然后按工艺依次进行搅拌分散和砂磨的操作，得到纳米氟化沥青复合航空涂料，其中，搅拌分散的速度为1100rpm、时间为2.1h，砂磨的时间为20min；
第二步：平面结构的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备：
将纳米氟化沥青复合航空涂料通过压力为0.6至0.8MPa的空气喷涂在平面结构的清漆涂层表面，得平面结构的纳米氟化沥青复合航空涂层。
实施例4
对根据实施例1至3和对比例1的制备方法制得的纳米氟化沥青复合航空涂层分别取样，然后进行防冰性能和耐腐蚀性能测试(防冰性能测试是在相对密闭的冰柜中进行的)，取样是分别在实施例1至3和对比例1的纳米氟化沥青复合航空涂层上选取不同的位置进行平行实验，以验证大面积制备的可行性，相关测试结果如表1：
表1防冰性能和耐腐蚀性能测试结果
以上实施例1至3和对比例1的实验结果说明本发明制备的微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层表面具有非常低的除冰剪切强度和非常高的耐腐蚀性能，且制备方法简单，可以实现工业生产制备，具有很好的实际应用价值。
以上所述仅是本发明的实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
第一步：纳米氟化沥青复合航空涂料的制备：
将第一份聚硅氮烷树脂、第一份稀释剂和氟化沥青粉体进行搅拌分散和砂磨，得到纳米氟化沥青复合航空涂料；
第二步：具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆涂层的制备：
将第二份聚硅氮烷树脂和第二份稀释剂混合搅拌分散，得聚硅氮烷清漆，将聚硅氮烷清漆喷涂在基材上；将铜网平铺在喷涂有所述聚硅氮烷清漆的所述基材表面，再将所述基材依次进行压实、干燥、冷却、去除铜网，得到具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆涂层；
第三步：微柱阵列纳米氟化沥青复合航空涂层的制备：
将所述纳米氟化沥青复合航空涂料喷涂在所述具有微柱阵列结构的聚硅氮烷清漆表面，得到具有微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层；
其中，按重量份数计，所述第一份聚硅氮烷树脂为3至52份，所述第一份稀释剂为41至95份，所述氟化沥青粉体为0.5至30份，所述第二份聚硅氮烷树脂为21至78份，所述第二份稀释剂为11至56份；所述氟化沥青粉体的粒径为5至100nm；所述铜网的线径为10至100μm；所述具有微柱阵列结构的纳米氟化沥青复合航空涂层的涂布率为65至520g/m²。
2.根据权利要求1所述的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法，其特征在于，所述第一份稀释剂和所述第二份稀释剂均为由二甲苯、乙酸丁酯和丁酮组成的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法，其特征在于，所述第一步和所述第二步的搅拌分散速度均为310至1600rpm。
4.根据权利要求3所述的纳米氟化沥青复合航空涂层的制备方法，其特征在于，所述第一步的搅拌分散时间为0.2至3.5h，砂磨时间为10至60min，所述第二步的搅拌分散时间为0.1至4h。
5.一种纳米氟化沥青复合航空涂层，其特征在于，所述纳米氟化沥青复合航空涂层由按照权利要求1至4中任一项所述的制备方法制成。
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