飞机蒙皮铝合金用环氧底漆的制备

   日期:2021-10-28     浏览:242    
核心提示:飞机蒙皮铝合金用环氧底漆的制备□ 步明升,汪威,薛玉华,王黎,刘志,阮润琦,郭年华(海洋化工研究院有限公司,山东青岛 26607
飞机蒙皮铝合金用环氧底漆的制备
□ 步明升,汪威,薛玉华,王黎,刘志,阮润琦,郭年华
(海洋化工研究院有限公司,山东青岛 266071)

0 前言
铝合金由于具有高的比强度、比模量、良好的断裂韧性、抗疲劳、耐腐蚀、易加工、维护技术成熟和成本较低等优点,加上材料合金化与制备技术的不断进步,保证了其在航空领域具备很强的竞争力,在未来仍是飞机结构的材料。飞机蒙皮涂料因应用于飞机外表面,直接经受曝晒、风沙、雨蚀、冲击、温度起伏及高强度紫外线照射等恶劣条件,故对其性能要求特别严格。一般情况下,要求蒙皮底漆与飞机蒙皮外表面有良好的附着力,优良的抗冲击性、抗化学品侵袭(例如燃油、液压油、清洗化学品)以及高耐腐蚀性。环氧树脂对金属基材有很强的附着力,对恶劣的腐蚀环境有较好的综合防腐性能,能够有效延长金属的使用寿命。而无铬高固体分环氧涂料具有低毒、低VOC排放、高效率、高防腐性能、施工性能优异、使用面广等优点,逐渐成为飞机蒙皮底漆的。本文制备了一种飞机蒙皮用无铬高固体含量环氧底漆,主要讨论了环氧树脂、固化剂、防锈颜料和颜基比的选择对涂料性能的影响。
 
1 试验部分
1.1 原材料
618环氧树脂、601环氧树脂、酚醛环氧树脂、分散剂、防沉剂、流平剂、偶联剂、消泡剂、颜填料、聚酰胺固化剂、腰果酚改性聚酰胺固化剂、腰果酚改性胺固化剂、混合溶剂等。
1.2 环氧底漆配方(见表1)
1.3 生产工艺
在干净的调漆罐内,按照配方依次加入70%环氧树脂、分散剂、防沉剂及混合溶剂进行充分搅拌,然后加入其他助剂和颜填料等。高速分散20 min后,用棒销式砂磨机研磨细度至20~25 μm后,补加剩余的30%环氧树脂及助剂,再用混合溶剂调节不挥发物含量至73%~75%,过滤、包装为A组分。将腰果酚改性聚酰胺固化剂与混合溶剂经搅拌均匀并过滤后,得B组分。C组分为稀释剂。
1.4 性能测试
使用前,按m(A)∶m(B)∶m(C)=8∶1∶3进行混合,充分搅拌,熟化10 min再使用,可用刷、喷涂方法进行施工,23 ℃时适用期为6 h。环氧底漆性能测试指标见表2。

2 结果与讨论
2.1 基料环氧树脂的选择
双酚A环氧树脂有优异的防腐能力和综合性能,在防腐领域中应用广泛,而酚醛环氧树脂具有广谱耐化学品性能,两种树脂的互拼可以起到协同增效的作用,提高涂膜的综合性能。因此,对于高固体分环氧涂料,为了得到优异的防腐性能与高喷涂固含量、低黏度的综合平衡,本研究中选用了黏度低的618环氧树脂为主体树脂,辅助添加分子链较长的601环氧树脂和耐化学品优异的酚醛环氧树脂来改进机械性能,并选用腰果酚改性聚酰胺固化剂作为研究对象。表3为环氧树脂对涂膜性能的影响。

从表3中可以看出,618中拼入一定量的601改善了涂膜的机械性能,提高其柔韧性和反冲击性能,而酚醛环氧树脂的加入,则一定程度上提高了涂膜的耐LD-4航空液压油性能。这主要是因为双酚A型环氧树脂分子中含有羟基和醚键,使其对底材具有较高的浸润性和黏附力,又因其结构为刚性的苯环和柔性的烃键交替排列,从而赋予涂膜较好的物理机械性能,而酚醛环氧树脂比双酚A环氧树脂有更强的防腐能力,更大的交联密度,使得涂膜的三维空间结构更加致密,磷酸酯液压油更难渗入到涂膜当中,耐LD-4航空液压油性能得到进一步提高。
2.2 固化剂的选择
对于环氧体系来说,选用的固化剂种类及用量对涂膜性能有较大影响,本研究选用了3种不同类型的固化剂,表4为不同固化剂种类对涂膜性能的影响。

从表4中可以看出,相对于其他两种固化剂体系,腰果酚改性聚酰胺固化剂在使用过程中受环境温度的影响不大,涂膜固化效果好,并且其表干时间快,更有利于现场施工。这主要是因为:腰果酚改性聚酰胺固化剂融合了聚酰胺固化剂的操作期长、柔韧性好和腰果酚改性胺固化剂的低黏度、快干、低温固化、耐水性好等特点。其苯环结构与双酚A型环氧树脂具有更好的相容性,进一步降低了体系黏度,提高了树脂的相容性。而其长直链结构在给体系提供了高韧性、低表面张力的同时,对体系的固化反应有初始的空间位阻效应,使体系在快速固化的同时仍有很长的操作期,从根本上改善了施工性能(快干性、低温干燥性、重涂性好、操作期长),基本可在 0 ℃以上使用,很好地解决了聚酰胺类固化剂低温无法施工的难题。
2.3 防锈颜料的选择
涂料的防腐性能主要是由所选用的树脂体系(包括固化剂)与防锈颜料共同作用的结果,而防锈颜料的添加会起到明显的促进作用[8]。与传统的铅系和铬酸盐防锈颜料相比,新型无毒活性防锈颜料的应用越来越得到人们的青睐,实际使用过程中,通常采用多种无毒防锈颜料复配的方式,大限度地发挥各自颜料的优势,以满足应用要求。由于采用磷酸锌和钼酸锌组合的防锈颜料,能产生明显的协同效应,防锈效果比分别采用这两种颜料时好,因此,本研究中针对钼酸锌分别与正磷酸锌、改性磷酸锌和改性三聚磷酸铝3种活性颜料不同组合的防锈体系进行了研究。不同防锈颜料体系对涂膜性能的影响见表5。

由表5可以看出,钼酸锌与正磷酸锌防锈体系的防锈能力差,而用有机物改性的磷酸锌代替正磷酸锌后,其防锈能力得到了大幅提高,这主要是因为正磷酸锌在涂层中要经过水解才能缓慢发挥防锈作用,而水解过程比较缓慢,因此其前期防锈性能不佳,特别是在盐雾试验初期划痕处锈蚀很厉害。而使用的改性磷酸锌是用有机物表面化学改性的正磷酸锌,有机防锈颜料发挥作用的一个重要途径就是吸附作用,而吸附作用的动力学过程则明显快于无机颜料的水解过程。因此,通过两者的协同作用,可以保证在防腐的各个阶段都具有优异的防锈性能。当然,有机物改性磷酸锌本身具有平均粒径小、分布窄的特性,使得防锈颜料的表面积增大,单位体积内能产生更多的抑制性离子作用于底材,一定程度上提高了防腐性能。为了解决钼酸锌与改性磷酸锌防锈体系涂膜距离划痕3.2 mm外有轻微腐蚀的问题,本研究在防锈体系中引入了改性三聚磷酸铝,阳离子中加入的金属离子可以明显增加基材表面的耐极化性,减少钝化所需的临界电流密度以及增加钝化膜的稳定性,特别是在氯化物的存在下能够改进底材的耐腐蚀性。3种防锈颜料之间的协同作用,大大提高了涂膜的耐盐雾腐蚀能力。
2.4 颜基比的选择
颜基比是影响涂料涂膜性能的重要参数,本研究对不同颜基比对涂膜性能的影响进行了对比试验。分别测试了颜基比从0.6~1.4 时,涂膜表干时间、反冲击、铅笔硬度、划圈附着力和柔韧性的变化,测试结果见表 6。

从表6可以看出,当颜基比由0.6增加到1时,涂膜的表干时间、铅笔硬度、耐LD-4航空液压油性有一定的提高,这主要是因为随着涂料中颜基比的提高,树脂含量相对下降,可以提高涂膜的致密性,但颜填料的增加量也是有限的,当颜基比大于1.2时,涂膜的各项性能都有明显下降,主要表现在反冲击、附着力、柔韧性等方面。综上分析,佳颜基比可选择0.8~1.0。
 
3 结语
(1)选择618环氧树脂作为主体,辅助拼用601环氧树脂和酚醛环氧树脂,很好地提高了涂料的机械性能和耐LD-4航空液压油性能。
(2)选择的腰果酚改性聚酰胺环氧固化剂,兼具了聚酰胺固化剂和腰果酚改性胺固化剂的优异性能,是一种四季通用的广谱型固化剂,大大提高了施工效率。
(3)选择的“钼酸锌+改性磷酸锌+改性三聚磷酸铝”无毒防锈颜料体系,三者协同作用,提高了体系的耐腐蚀水平。
(4)选择合适的颜基比,可以改善体系的机械性能和耐化学品性能。
 









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