一种用于快速修复航空飞行器受损蒙皮涂层的涂料组合物

摘要

本发明涉及一种用于快速修复航空飞行器受损蒙皮涂层的涂料组合物，其组分A的各个组分及其质量百分含量如下：中高分子量环氧树脂15％～25％，改性树脂2％～12％，常规型颜填料15％～30％，环保型防腐蚀颜料15％～30％，助剂0.5％～1％，余量为溶剂组成；组分B的各个组分及其质量百分含量如下：环氧—胺加成物60％～90％，环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物10％～40％，二者之和为100％；施工前，按组分A与组分B的质量比为4～6﹕1混合均匀即可。该涂料组合物综合性能优异，与全新涂层系统的性能相当，缩短了修复时间，提高了修复效率，减少了能源与资源的浪费，降低了工人的劳动强度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于快速修复航空飞行器受损蒙皮涂层的涂料组合物。

背景技术

由于航空飞行器的运行环境十分恶劣，其蒙皮涂层在运行过程中极易出现破损甚至脱落的情况。为了防止裸露的蒙皮材料被腐蚀进而影响航空飞行器的寿命与飞行安全，需要对受损涂层进行修复。航空飞行器受损蒙皮涂层的修复工序包括四个步骤：①局部脱漆或轻微打磨，②表面防护处理，③喷涂防护底漆和④喷涂防护面漆，其中，步骤②是修复过程中最关键的工序，其处理的好坏，直接影响修复后整个蒙皮涂层系统的性能。目前，步骤②通常采用的方式有化学氧化表面防护处理和磷化底漆表面防护处理。化学氧化表面防护处理方式普遍采用阿洛丁(Alodine)化学液，例如Alodine-1200或Alodine-1500对蒙皮材料表面进行钝化处理；磷化底漆表面防护处理方式采用磷化底漆对蒙皮材料表面进行处理。但是，上述两种表面防护处理方式都不同程度地存在能源与资源浪费严重、工艺复杂、工人劳动强度大、环境污染严重、修复周期长等问题。例如，化学氧化表面防护处理方式的缺点是：①对于已氧化的蒙皮材料，处理效果比较差；②必须在处理后24h内涂装底漆，限制了施工自由性；③表面防护处理后需用大量的去离子水冲洗，冲洗后的水中含有铬离子，容易造成环境污染；④表面防护处理后，形成的氧化膜不导电，无法采用胶结点焊新工艺进行焊接；而磷化底漆表面防护处理对施工条件要求高，稍不小心，就会造成大规模掉漆的严重后果。为保证修复涂层系统的性能，上述两种表面防护处理完成后，仍需在其处理层表面喷涂防护底漆，工艺复杂，修复周期长。

发明内容

本发明的目的是：提供一种用于快速修复航空飞行器受损蒙皮涂层的涂料组合物，可缩短修复工序，减少环境污染，修复后与全新涂层系统的性能相当。

实现本发明目的的技术方案是：一种用于快速修复航空飞行器受损蒙皮涂层的涂料组合物，它是由组分A和组分B构成的双组分涂料，其特征在于，

组分A的各个组分及其质量百分含量如下：中高分子量环氧树脂15％～25％，改性树脂2％～12％，常规型颜填料15％～30％，环保型防腐蚀颜料15％～30％，助剂0.5％～1％，余量为溶剂组成，其中，中高分子量环氧树脂为E-20、E-12、E-06、E-03中的一种或几种；改性树脂为聚乙二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的一种；环保型防腐蚀颜料为磷钼酸锌钙、三聚磷酸铝、磷酸锌铝、偏硼酸钡、磷酸锌、改性磷酸锌、硼酸锌、铁红、铁黄、氧化锌中的几种；

组分B的各个组分及其质量百分含量如下：环氧—胺加成物60％～90％，环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物10％～40％，二者之和为100％，

其中：环氧—胺加成物由液体环氧树脂3％～15％，带有伯胺基团的多元胺5％～25％，余量为溶剂组成，所述带有伯胺基团的多元胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、乙二胺、间苯二甲胺、间苯二胺、聚酰胺、酚醛胺中的一种或几种；所述液体环氧树脂为E-44、E-51的一种或两种；

环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物由液体环氧树脂5％～10％，多氨基烷氧基硅烷15％～25％，余量为溶剂组成，所述多氨基烷氧基硅烷为N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、多氨基烷基三烷氧基硅烷中的一种或几种；所述液体环氧树脂为E-44、E-51的一种或两种；

环氧—胺加成物和环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物中的液体环氧树脂相同或不同；

施工前，按组分A与组分B的质量比为4～6:1混合均匀即为一种用于快速修复航空飞行器受损蒙皮涂层的涂料组合物。

上述涂料组合物组分A中的常规型颜填料为硫酸钡、滑石粉、高岭土、气相二氧化硅，炭黑、二氧化钛中的几种；助剂为分散剂、流平剂、消泡剂、防流挂剂中的一种或几种。

上述涂料组合物组分A和组分B中的溶剂相同或不同。

上述涂料组合物组分A和组分B中的溶剂为二甲苯、甲苯、丁醇、乙醇、异丙醇、环己酮、丙酮、甲基异丁基酮、丙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、100号溶剂汽油中的一种或几种。

上述涂料组合物组分A的具体制备方法如下：

(一)准备原料

按以上所述组分A各个组分的配比准备原料，保存备用；

(二)制备方法

在混合容器内，加入步骤(一)准备的高分子量环氧树脂、改性树脂、助剂和溶剂，以300rpm速度搅拌15min，然后加入常规型颜填料和环保型防腐蚀颜料，以300rpm速度搅拌均匀后，用砂磨研磨至细度﹤40μm后，搅拌均匀并使用80目滤网过滤，即制得组分A，包装备用。

上述涂料组合物组分B的具体制备方法如下：

(一)准备原料

按以上1所述的环氧—胺加成物和环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物各个组分的配比准备原料，保存备用；

(二)制备方法

①制备环氧—胺加成物

在反应釜内，加入步骤(一)按配方量准备的带有伯胺基团的多元胺和溶剂，边搅拌边升温至40～70℃后，开始滴加配方量液体环氧树脂进行加成反应，3～4h内滴加完毕，再保温4～5h后，所得加成物冷却至室温，即制得环氧—胺加成物，保存待用；

②制备环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物

在另一只反应釜内，加入步骤(一)按配方量准备的多氨基烷氧基硅烷和溶剂，边搅拌边升温至50～70℃后，开始滴加配方量液体环氧树脂进行加成反应，2～3h内滴加完毕，再保温4～5h后，所得加成物冷却至室温，即制得环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物，保存待用；

③制备组分B

在混合容器内，按权利要求1所述组分B各个组分的配比，加入①和②制备的环氧—胺加成物和环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物，以300rpm速度搅拌20min，搅拌均匀后使用80目滤网过滤，即制得组分B，包装备用。

本发明的技术效果是：本发明技术方案的涂料组合物具有下述有益效果：①在组分A中，采用适当且适量的中高分子量环氧树脂与改性树脂合理搭配，既保证了涂料组合物的交联密度，又改善了涂层的柔韧性，使修复后的涂层系统兼具优异的耐介质性能、耐低温性能和耐高低温骤变性能；②在组分A中，采用环保型防腐蚀颜料的合理搭配，使本发明的涂料组合物的防腐蚀性能与采用铬酸盐类防腐蚀颜料的涂料组合物的防腐蚀性能相当，更为重要的是，解决了现有同类涂料中铅、铬等重金属元素的污染问题；③组分B是通过环氧—胺加成物与含环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物的合理搭配获得的，因而它是兼具固化作用和附着促进作用的功能性固化剂。其中，环氧—胺加成物主要起固化涂料组合物的作用，而环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物主要起“架桥”的作用，其分子链中的烷氧基团可以水解成极性的硅羟基，吸附于金属基材表面并与之反应，同时，其分子链中的氨基基团能够与组分A中的环氧基团反应，这样环氧—多氨基烷氧基硅烷就能够在涂层和蒙皮材料之间形成化学键合，有利于提高涂层与蒙皮材料之间的附着力，从而大幅提高涂层的综合性能。对比试验证明环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物的加入对改善涂料在未经表面防护处理的蒙皮材料表面的附着力、耐介质性能(耐去离子水、15号航空液压油、RP-3航空燃油、120号航空洗涤汽油、LD-4磷酸酯航空液压油)与环境可靠性(耐盐雾、耐丝状腐蚀)起到了至关重要的作用(见表6)。因此，在保证修复涂层系统综合性能不下降的前提下，使用本发明的涂料组合物可以省去喷涂防护底漆的步骤，将表面防护处理和喷涂防护底漆的两道修复工序简化为仅喷涂本发明制备的涂料组合物的一道修复工序，缩短了修复时间，提高了修复效率，减少了能源与资源的浪费，降低了工人的劳动强度；④采用本发明涂料组合物修复的涂层系统在耐介质性能、施工自由性、环保性以及兼容性等方面比化学氧化表面防护处理方式更具优势；在柔韧性能、冲击性能、耐低温性能以及耐高低温骤变性能等方面比磷化底漆表面防护处理方式更具优势(见表8)；⑤对本发明的涂料组合物具有优异的耐介质性(耐去离子水、耐航空液压油、耐航空燃油、耐航空润滑油)环境可靠性(耐盐雾、耐湿热、耐丝状腐蚀)，柔韧性(耐冲击、耐弯曲)，耐温性(耐低温、耐温度交变)具体数据见表4，故使用该涂料组合物修复的受损涂层系统的综合性能与全新涂层系统的综合性能相当，能够满足航空飞行器对蒙皮涂层的要求。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不局限于此。

实施例及比较例所用原材料除另有说明外均为市售工业用品，可通过商业渠道购得。

实施例1制备组分A

本发明涂料组合物的组分A的各个组分及其质量百分含量如下：中高分子量环氧树脂15％～25％，改性树脂2％～12％，常规型颜填料15％～30％，环保型防腐蚀颜料15％～30％，助剂0.5％～1％，余量为溶剂组成。

(一)准备原料

按表1配比准备原料。

实施例1组分A的各个组分及其质量百分含量如下：中高分子量环氧树脂21％，改性树脂2.5％，常规型颜填料22.2％，环保型防腐蚀颜料15.5％，助剂0.7％，溶剂为38.1％组成，具体配方见表1。

表1

注：R-902是美国杜邦公司生产的金红石型号钛白；SPECIAL BLACK 6是德国赢创德固赛公司生产的一种高黑度气法炭黑；EFKA-4010是荷兰埃夫卡公司生产的改性聚氨酯类化合物；EFKA-3777是荷兰埃夫卡公司生产的改性聚丙烯酸酯类化合物。

(二)制备方法

在混合容器内，加入步骤(一)按表1配方量准备的中高分子量环氧树脂、改性树脂、助剂和溶剂，以300rpm速度搅拌15min，然后加入配方量常规型颜填料和环保型防腐蚀颜料，以300rpm速度搅拌均匀后，用砂磨研磨至细度﹤40μm后，搅拌均匀并使用80目滤网过滤，即制得组分A，包装备用；

实施例2制备组分B

(一)准备原料

①按表2配比准备环氧—胺加成物所用原料。

实施例2环氧—胺加成物由液体环氧树脂7.1wt％，带有伯胺基团的多元胺23.6wt％，溶剂69.3wt％组成，具体配方见表2。

表2

②按表3配比准备环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物所用原料。

实施例2多氨基烷氧基硅烷加成物由液体环氧树脂6.7wt％，多氨基烷氧基硅烷20wt％，溶剂73.3wt％组成，具体配方见表3。

表3

(二)制备方法

①制备环氧—胺加成物

在反应釜内，加入步骤(一)按表2配方量准备的带有伯胺基团的多元胺和溶剂，边搅拌边升温至60℃后，开始滴加配方量液体环氧树脂进行加成反应，3～4h内滴加完毕，再保温4～5h后，所得加成物冷却至室温，过滤，即制得实施例2环氧—胺加成物，保存待用；

②制备环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物

在另一只反应釜内，加入步骤(一)按表3配方量准备的多氨基烷氧基硅烷和溶剂，边搅拌边升温至50℃后，开始滴加配方量液体环氧树脂进行加成反应，2～3h内滴加完毕，再保温4～5h后，所得加成物冷却至室温，过滤，即制得实施例2环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物，保存待用；

③制备组分B

实施例2组分B的各个组分及其质量百分含量如下：环氧—胺加成物85％，环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物15％，具体操作如下：

在混合容器内，加入85g①制备的环氧—胺加成物和15g②制备的环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物，以300rpm速度搅拌20min，搅拌均匀后使用80目滤网过滤，即制得实施例2组分B，包装备用。

实施例3配制涂料组合物

施工前，按组分A与组分B的质量比为5:1称取实施例1制备的组分A和实施例2制备的组分B，混合均匀即制得用于快速修复航空飞行器受损蒙皮涂层的涂料组合物，其固体含量65wt％，粘度20秒(涂–4杯，23℃)，施工期6h。

实施例4检测涂料组合物的性能

按照涂料工业相关国家标准并结合相关航空材料规范检测本发明涂料组合物(实施例3制)的涂层性能。

检测所用样板为T-2024铝板，尺寸为12cm×5cm。为模拟修补过程，铝板表面未进行表面防护处理，仅使用丁酮擦拭除油后直接喷涂实施例3制得的涂料组合物(干膜厚度15～20μm)。样板在常温下干燥7天后进行性能检测，检测结果见表4，其中，“技术要求”为航空飞行器蒙皮涂层材料的技术要求。

表4

从表4的测试结果可以看出，本发明涂料组合物的性能符合航空飞行器蒙皮涂层材料的技术要求，所形成的涂层具有优异的柔韧性能(耐正反冲击、弯曲)，耐介质性能(耐去离子水、15号航空液压油、RP-3航空燃油、120号航空洗涤汽油、LD-4磷酸酯航空液压油)，附着性能，环境可靠性(耐盐雾、耐丝状腐蚀)，耐低温性能以及耐高低温骤变性能。同时，本发明涂料组合物不含铅、汞、铬等重金属元素，具有环保的优势。

比较例1制备比较涂料组合物B1

比较涂料组合物B1的配方及制备工艺与实施例1～3制备的涂料组合物基本相同，不同点是组分B中未加入实施例2制备的环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物。同时，为保证比较涂料组合物B1的组分B的胺值与实施例2制备的组分B的胺值一致(保证环氧与胺的当量比一致)，补加了一定量实施例2制备的环氧—胺加成物来调整胺值，补加的环氧—胺加成物的添加量是组分B环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物添加量的2/3(质量比)，具体添加量见表5。

表5

注：表5中补加的环氧—胺加成物与实施例2制备的组分B中的环氧—胺加成物的配方及制备工艺完全一致。

按实施例4检测本发明涂料组合物性能的方法检测比较涂料组合物B1涂层的附着力、耐介质性能(耐去离子水、15号航空液压油、RP-3航空燃油、120号航空洗涤汽油、LD-4磷酸酯航空液压油)与环境可靠性(耐盐雾、耐丝状腐蚀)，结果见表6。

表6

注：表6中各项性能测试的检验方法与表3中对应测试项目的检验方法一致。

从表6的测试结果可以看出，加入环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物的本发明涂料组合物(实施例3制)在未经表面防护处理的蒙皮材料表面的附着力、耐介质性能(耐去离子水、15号航空液压油、RP-3航空燃油、120号航空洗涤汽油、LD-4磷酸酯航空液压油)与环境可靠性(耐盐雾、耐丝状腐蚀)均优于比较涂料组合物B1，证明了环氧—多氨基烷氧基硅烷加成物起到了至关重要的作用，是实现简化修复工序的技术关键。

下面将按照涂料标准方法，对采用本发明技术方案制备的涂料组合物修复的涂层系统、采用磷化底漆进行表面防护处理修复的涂层系统以及采用化学钝化剂进行表面防护处理修复的涂层系统的关键性能进行检测，并进行性能对比。上述三种典型涂层系统的组成见表7，三种典型涂层系统的性能检测结果见表8。

表7中，涂层系统A为采用本发明技术方案制备的涂料组合物进行表面防护处理，未加涂防护底漆；涂层系统B为采用磷化底漆进行表面防护处理并加涂防护底漆；涂层系统C为采用化学钝化剂进行表面防护处理并加涂防护底漆。

表7

表7中，X02-2底漆是中海油常州涂料化工研究院有限公司生产的用于航空飞行器蒙皮表面防护处理的磷化底漆；Alodine-1200是德国汉高公司生产的于航空飞行器蒙皮表面防护处理的化学钝化剂；H06-3防护底漆是中海油常州环保涂料有限公司生产的用于航空飞行器蒙皮表面腐蚀防护的专用环氧底漆。

表8

注：表8中各项性能测试的检验方法与表4中对应测试项目的检验方法一致。

从表8的测试结果可以看出，①由于修复时不能进行酸洗以去除蒙皮材料表面的氧化层，采用化学氧化表面防护处理方式修复的涂层系统C的附着性能、耐介质性能以及环境可靠性均较差，同时，化学钝化剂中含有大量重金属铬，存在环境污染的问题；②由于磷化底漆自身柔韧性较差且两道工序后涂层厚度较高，采用磷化底漆表面防护处理方式修复的涂层系统B的柔韧性能、冲击性能、耐低温性能以及耐高低温骤变性能均较差；③采用本发明技术方案制备的涂料组合物修复的涂层系统A，综合性能优异，与全新涂层系统的性能相当，更重要的是，采用该涂料组合物能够将表面防护处理和喷涂防护底漆的两道修复工序简化为仅喷涂本发明制备的涂料组合物的一道修复工序，缩短了修复时间，提高了修复效率，减少了能源与资源的浪费，降低了工人的劳动强度。

以上测试结果表明：采用本发明技术方案的涂料组合物，综合性能优异，完全满足航空工业的要求。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。