CN1891770A - 航空器蒙皮用涂料 - Google Patents

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Abstract

一种适合于大、中型民航客机蒙皮使用的涂料系统，由底漆和面漆组成，其特征是，底漆采用中等分子量环氧树脂与较柔软的聚酰胺固化剂相搭配，面漆采用特制的羟基聚酯树脂与作为交联剂的HDI缩二脲以及HDI三聚体相搭配。该涂料系统的性能符合美国波音(麦道)公司先进航空材料规范DMS2104E(环氧底漆)和BMS10－60；DMS2112A(聚氨酯面漆)所规定的技术性能要求。

Description

航空器蒙皮用涂料
技术领域
本发明涉及一种航空工业用材料，具体地说，涉及大中型民航客机蒙皮上外装饰用的高性能涂料。
背景技术
我国的航空工业是在建国以后才逐步建设发展起来的，现在我们已能自主生产军用飞机、农业用飞机、各种中小型运输机等，但是，在航空工业中技术含量最高的大型民航客机，在我国至今还是空白。目前我国民航中使用的大、中型客机主要是从美国的波音和欧洲的空中客车两大航空公司引进。这些客机的维护保养中使用的蒙皮涂料是由美国DeSoto Titamine plc和Akzo Nobel Aerospace，Inc等国际著名涂料公司提供，这类涂料要求具有全面的性能，包括：优良的保护性、耐油性(液压油、润滑油)、柔韧性(耐冲击、弯曲)、耐久性(耐紫外线性)、附着力、相容性(与各密封胶)、抗渗透性(水、化学介质)、耐温变性；此外，它还应具有极佳的装饰性和施工工艺性，即漆膜平整光亮、不流挂、无缩孔、无麻点、干燥快等。此类涂料的生产在国内尚处于空白。
发明内容
本发明旨在提供一种在性能上符合大、中型民航客机蒙皮涂装需要的高性能涂料系统，它能够满足美国波音(麦道)公司先进航空材料规范DMS2104E(环氧底漆)和DMS2112A(聚氨酯面漆)所规定的技术性能要求。
本发明是这样实现的，所述的涂料系统由底漆和面漆组成，其特征是，底漆采用中等分子量环氧树脂与较柔软的聚酰胺固化剂相搭配，面漆采用特制的羟基聚酯树脂与作为交联剂的HDI缩二脲以及HDI三聚体相搭配。
综观国外先进国家在大、中型客机蒙皮上所采用的涂料系统，主要是：“聚氨酯底漆+聚氨酯面漆”和“环氧树脂底漆+聚氨酯面漆”两大类，在我们的工作中经多次试验对比，结果表明，采用环氧树脂底漆在对底材的附着力和跟聚氨酯面漆的配套性等方面均优于聚氨酯底漆，故本发明采用“环氧树脂底漆+聚氨酯面漆”涂料系统。此外，为了获得优良的耐冲击性能和满意的耐化学药品性能，必须做到将具有适当柔韧性的底漆与具有一定坚韧性的面漆均衡搭配。因此，底漆采用了中等分子量环氧树脂与较柔软的聚酰胺固化剂相搭配的方式，面漆采用了以专门合成的特制羟基聚酯树脂与作为交联剂的HDI缩二脲以及HDI三聚体相搭配的方式。HDI缩二脲以及HDI三聚体都是一类多异氢酸酯，化学结构式分别为：
HDI缩二脲                                                                  HDI三聚体
这两种交联剂的典型市售产品是Bayer公司出品的Desmoduer N-75和Desmoduer N-3390。前者能提供优良的耐候性，后者有助于获得高固体、低粘度的涂料。
也就是说，所述的底漆组成包括：
    组份                                        重量％
R-301环氧树脂                                 40.0～45.0
801锶铬黄                                     13.0～14.0
钛白粉                                        3.0～4.0
填料                                          15.0～17.0
防沉剂膨润土-38                               0.30～4.0
分散剂BYK-161                                 3.5～4.0
甲基异丁基酮                                  8.0～10.0
二甲苯                                        10.0～15.0
丙二醇甲醚                                    1.0～3.0
该底漆的固化剂组成包括：
    组份                                        重量％
聚酰胺                                        40.0～45.0
甲苯                                          50.0～55.0
丙二醇甲醚                                    5.0～7.0。
这儿的溶剂主要用于调节涂料的VOC含量与施工粘度的平衡，即：
VOC：≤350g/L；施工粘度(Zhan2#杯)：15～22s
面漆配合中所述的特制的羟基聚酯树脂是专门合成的，合成配方组成包括：
    组份                                            mol.
间苯二甲酸                                      0.28～0.30
氢化苯酐                                        0.10～0.20
己二酸                                          0.05～0.10
新戊二醇                                        0.25～0.35
1，4-环己烷二甲醇(1，4-CHDM)                    0.15～0.25
三羟甲基丙烷                                    0.05～0.15。
它是从十多种聚酯合成配方中优选出来的，得到的羟基聚酯树脂具有高固体、低VOC、低粘度、高光泽、高柔软性、高耐候性等特征，它的分子量和支链化程度较为适中，用它制得的涂膜经天然曝晒、加速曝晒实验，具有优异的耐候性、柔软性，在-30℃以下能保持良好的弹性，而且得到的涂料固体含量高，可达350～420g/L。
以这种专门合成的特制含羟基聚酯树脂为基础的聚氨酯面漆的组成包括：
    组份                                            重量％
固体含量50重量％的特制羟基聚酯树脂                45.0～50.0
钛白粉                                            35.0～40.0
流平剂BYK-355或CAB551-0.2                         1.0～1.5
二丁基二月桂酸锡                                  2.5～3.0
分散剂BYK-161                                     0.20～0.30
防沉剂膨润土-38                                3.0～5.0
紫外线吸收剂                                   0.5～1.0
混合溶剂                                       7.0～10.0
该面漆的固化剂组成包括：
    组份                                        重量％
HDI缩二脲                                      20.0～28.0
HDI三聚体                                      10.0～15.0
混合溶剂                                       60.0～70.0
这儿所述的混合溶剂为二甲苯、丁酮、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或数种，主要用于调节涂料的VOC含量与施工粘度的平衡，即：
VOC：≤380±20g/L；施工粘度(Zhan2#杯)：15～19s
飞机蒙皮涂料一般以白色为主，色料应具有极佳的保光性和保色性，为此曾对常用的白色填料——钛白粉作了精心选择，选用杜邦(DuPont)公司出品的R-706、R-960VHR、R-960、R-902进行对比的结果如下：
  角度   R-706   R-960VHG   R-960   R-902
  漆料的原始光泽度   20°   78   70   63   65
  60°   94   90   87   87
此外，进行耐候性试验的结果也是R-706为佳，故决定选用杜邦公司出品的R-706钛白粉。
飞机蒙皮涂料显然要经受太阳紫外线的直接照射，所以涂料中光稳定剂的选择十分重要，通过大量筛选试验发现Ciba公司出品的TINUVIN 1139和TINUVIN 292具有较为突出的效果，即：
  原始光泽，60°   500h后光泽   变色
  未加紫外线吸收剂加有紫外线吸收剂   9695   8894   无变化无变化
诚如上述，本发明涂料系统的效果是显而易见的，它是国内第一个按国际先进航空材料规范(DMS2104E和DMS2112A)研制开发的飞机蒙皮涂料产品。经国家涂料质量监督检验中心、化学工业合成材料老化质量监督检验中心、上海市化工产品质量监督检测中心涂料颜料站的联合检验各项指标符合上述两规范规定的相关技术要求。
附图说明
图1是本发明涂料系统底漆的生产工艺流程示意图；图2是本发明涂料系统面漆的生产工艺流程示意图。
图中工艺步骤的说明：拌合步骤为先低速搅拌，后高速搅拌，搅拌时间为10～20分钟，低速搅拌为120～300转/分，高速搅拌为800～1200转/分。分散步骤为用砂磨机或三辊机碾磨，细度合格为终点。调漆步骤为高速搅拌调漆，搅拌转速为800～1200转/分。过滤步骤为用80～120目铜丝布过滤。检验步骤为按产品质量指标检验。
具体实施方式
下面用实施例对本发明作进一步具体说明，但是本发明不局限于这些实施例。在这些实施例中底漆和面漆的生产工艺流程参照附图1和2。
实施例1～3
本组旨在展示本发明之涂料系统的底漆配合及其性能。按照图1所示的生产工艺流程，采用表1所示的配方制备本发明所述的涂料系统的底漆，测得的性能也示于同一表中。
实施例4～6
本组旨在展示本发明之涂料系统的面漆配合及其性能。按照图2所示的生产工艺流程，采用表2所示的配方制备本发明所述的涂料系统的底漆，测得的性能也示于同一表中。
表2中所示的特制羟基聚酯树脂系按表3所示的配方合成。
                          表1
  底漆配方组份   实施例1   实施例2   实施例3
  R-103环氧树脂   41.5   41.5   41.5
  801锶铬黄   13.8   14.3   14.0
  R-706钛白粉   3.9   3.8   4.0
  超细滑石粉   13.5   14.0   12.8
  氧化锌   1.7   1.8   2.2
  膨润土-38   0.3   0.3   0.3
  BYK-161分散剂   3.6   3.6   3.6
  氧化铬绿   0.2   0.2   0.2
  二甲苯   11.5   10.5   10.8
  甲基异丁基酮   8.4   8.0   8.6
  丙二醇甲醚   1.6   1.9   2.0
  合计   100.0   100.0   100.0
底漆的固化剂组成：
  聚酰胺   40.0   40.0   40.0
  甲苯   54.0   54.0   54.0
  丙二醇甲醚   6.0   6.0   6.0
  合计   100.0   100.0   100.0
技术指标：
 底漆∶固化剂(重量比)   1∶1   1∶1   1∶1
 固含量(重量％)   55±2   55±2   55±2
 粘度(Zahn2#)(23±2℃)，s   50±5   50±5   50±5
 使用寿命(23±2℃)，h   10   8   8
 指触干，(23±2℃)，h   3   4   4
 可涂复时间(23±2℃)，h   12   20   24
 干硬时间(23±2℃)，d   7   7   7
表2
  面漆配方组份   实施例4   实施例5   实施例6
  特制的羟基聚酯树脂(NV＝60％重量)   46.2   45.9   44.1
  R-706钛白粉   36.0   36.0   37.4
  BYK-161   0.3   0.3   0.3
  CAB551-0.2(10％)   1.2   1.3   1.5
  紫外线吸收剂(TINVIN1130/292)   0.8   0.9   1.0
  膨润土-38(2％)   3.0   3.1   3.2
  二丁基二月桂酸酯   2.5   2.5   2.5
  丙二醇甲醚醋酸酯   6.1   7.3   9.5
  二甲苯   1.2   1.0   15
  丁酮   2.7   2.1   2.1
  合计   100.0   100.0   100.0
面漆的固化剂组分
  HDI缩二脲(Bayer产品)   26.9   26.1   24.8
  HDI三聚体(Bayer产品)   11.0   10.7   10.2
  丙二醇甲醚醋酸酯   22.9   22.3   23.4
  二甲苯   2.4   11.2   11.7
  丁酮   36.8   37.3   37.5
  合计   100.0   100.0   100.0
技术指标：
  面漆∶固化剂(重量比)   1∶1   1∶1   1∶1
  固含量(重量％)   65.0±2   65.0±2   65.0±2
  粘度(Zahn2#)(23±2℃)，s   40±5   45±5   39±5
  使用寿命(23±2℃)，h   6.0   5.0   5.5
表3
  组份   mol.
  间苯二甲酸氢化苯酐己二酸新戊二醇1，4-环己烷二甲醇(1，4-CHDM)三羟甲基丙烷   0.28～0.300.10～0.200.05～0.100.25～0.350.15～0.250.05～0.15

Claims (9)

1、一种航空器蒙皮用涂料，由底漆和面漆组成，其特征是，底漆采用中等分子量环氧树脂与较柔软的聚酰胺固化剂相搭配，面漆采用特制的羟基聚酯树脂与作为交联剂的HDI缩二脲以及HDI三聚体相搭配。
2、根据权利要求1所述的航空器蒙皮用涂料，其特征是，所述的底漆组成包括：
组份                      重量％
R-301环氧树脂             40.0～45.0
801锶铬黄                 13.0～14.0
钛白粉                    3.0～4.0
填料                      15.0～17.0
防沉剂膨润土-38           0.30～4.0
分散剂BYK-161             3.5～4.0
甲基异丁基酮              8.0～10.0
二甲苯                    10.0～15.0
丙二醇甲醚                1.0～3.0
该底漆的固化剂组成包括：
组份                      重量％
聚酰胺                    40.0～45.0
甲苯                      50.0～55.0
丙二醇甲醚                            5.0～7.0。
3、根据权利要求2所述的航空器蒙皮用涂料，其特征是所述的填料是超细滑石粉或氧化锌中任选一种或2种。
4、根据权利要求1所述的航空器蒙皮用涂料，其特征是，所述的面漆组成包括：
组份                                  重量％
固体含量50重量％的特制羟基聚酯树脂    45.0～50.0
钛白粉                                35.0～40.0
流平剂BYK-355或CAB551-0.2             1.0～1.5
二丁基二月桂酸锡                      2.5～3.0
分散剂BYK-161                         0.20～0.30
防沉剂膨润土-38                       3.0～5.0
紫外线吸收剂                          0.5～1.0
混合溶剂                              7.0～10.0
该面漆的固化剂组成包括：
组份                                  重量％
HDI缩二脲                             20.0～28.0
HDI三聚体                             10.0～15.0
混合溶剂                              60.0～70.0。
5、根据权利要求4所述的航空器蒙皮用涂料，其特征是，所述的特制羟基聚酯树脂的合成配方组成包括：
组份                            mol.
间苯二甲酸                      0.28～0.30
氢化苯酐                        0.10～0.20
己二酸                          0.05～0.10
新戊二醇                        0.25～0.35
1，4-环己烷二甲醇               0.15～0.25
三羟甲基丙烷                    0.05～0.15。
6、根据权利要求4所述的航空器蒙皮用涂料，其特征是，所述的混合溶剂为二甲苯、丁酮或丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种组成。
7、根据权利要求2或4所述的航空器蒙皮用涂料，其特征是，所述的钛白粉是杜邦公司出品的R-706钛白粉。
8、根据权利要求4所述的航空器蒙皮用涂料，其特征是，所述的HDI缩二脲和HDI三聚体分别为拜尔公司出品的Desmoduer N-75和Desmoduer N-3390。
9、根据权利要求4所述的航空器蒙皮用涂料，其特征是，所述的紫外线吸收剂是Ciba公司出品的TINUVIN 1139和TINUVIN 292。
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