一種飛行器機翼外殼的制作方法
【專利摘要】一種飛行器機翼外殼，包括蒙皮基材和防護涂層，該防護涂層包括一層鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆和兩層氟碳面漆，所述氟碳面漆的A組分包括下列成分：高羥基含氟丙烯酸樹脂、顏色填料、納米氧化鎂、納米二氧化鈦、流平劑、消泡劑、分散劑、催化劑和溶劑。根據本發明的飛行器機翼外殼能夠更好地適應當前日益苛刻的飛行條件，提高了飛行安全性。
【專利說明】一種飛行器機翼外殼
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種飛行器機翼外殼。
【背景技術】
[0002]隨著鋁、鎂等合金材料及復合材料在飛機制造業上的應用，飛機的性能尤其是飛行速度有了很大提高，現在飛機的飛行速度可超過lkm/s。由于運動物體所受的摩擦力與速度的平方成正比，因此飛行速度的提高，對飛機外殼的性能提出了更高要求，尤其是耐溫性、耐紫外光性、耐凍融循環性、耐磨性、耐雨蝕性等，因此通常需要在飛機的飛行器機翼外殼中設置防護涂層，該涂層一般通過噴涂涂料的方式來形成，但現有的常規涂料已很難滿足當期日益苛刻的要求。氟碳涂料是近年興起的一種高功能涂料，由于氟樹脂分子中含有化學結合力特強的C-F鍵，鍵能高達485.3KJ/mol，十分穩定，加之氟元素是元素周期表中電負性最強的元素，對核外層電子吸引力強，難以陽極化，且氟原子體積大而具有空間位阻效應，使主鏈的穩定性大大增加，在受熱、光(包括紫外線)、各種化學介質及溶劑作用下，C-F鍵難以斷裂，故氟碳樹脂具有超強的耐候性、耐化學品性、耐磨性及耐高溫性等。由這類樹脂制成的氟碳飛機蒙皮涂料具有其他涂料難以達到的優異性能。但現有氟碳涂料普遍存在交聯度不夠、含氟單體比例高造成成本高、固體份含量低VOC含量高造成環境污染等缺陷。
【發明內容】
[0003]本發明旨在克服前述缺陷，提供一種包含低成本、環境友好的涂料涂層的飛行器機翼外殼，具體地，該飛行器機翼外殼包括蒙皮基材和防護涂層，該防護涂層包括一層鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆和兩層氟碳面漆，鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆干膜厚度為14微米，中間氟碳面漆干膜厚度為36微米，外層氟碳面漆干膜厚度為59微米。
[0004]所述防護涂層通過在蒙皮基材表面噴涂涂料來形成，所述涂料包括氟碳涂料，該氟碳涂料A組分包括下列成分:按重量計，高羥基含氟丙烯酸樹脂61-65%，顏色填料20-26%，納米氧化鎂3%，納米二氧化鈦3.5%，流平劑1%，消泡劑0.8%，分散劑1.2%，催化劑0.5%，溶劑3-5% ;所述的流平劑為丙烯酸酯類、酯丁纖維素類以及長鏈硅樹脂類的表面活性劑；所述的催化劑為不含有機錫的環保型催化劑；消泡劑，成份為聚硅氧烷溶液；分散齊U，成份為含親和顏料基團的高分子量嵌段共聚物溶液；所述的混合溶劑為甲基異丁基酮、丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯的混合物，混合比例為1:2:3。
[0005]其中高羥基含氟丙烯酸樹脂的具體的制造方法如下:包括以下步驟:
[0006](I)將總溶劑量70wt%的溶劑加入到裝有回流冷凝管、溫度計、攪拌器和滴液漏斗的四口燒瓶中，通入氮氣排氧，放入油浴鍋中，加熱至110°C，開動攪拌器，使溶劑回流；
[0007](2)將由全部單體、鏈轉移劑、引發劑總量的95wt%、溶劑總量的20wt%組成的混合溶液在2小時內勾速地加入到反應器中，加完后，繼續保溫反應3小時；
[0008](3)將剩余的引發劑和溶劑加入到反應器中，繼續保溫反應2.5小時停止，冷卻至室溫;
[0009](4)倒入圓底燒瓶中，于60°C下減壓蒸餾大部分溶劑后，再經無水甲醇沉淀洗滌后，送往60°C烘干箱中減壓干燥24小時，再溶解于醋酸乙酯中，得到產品。
[0010]所述的氟碳涂料的工藝如下:按照組份A的配方，在容器中加入80%質量的所述高羥基含氟丙烯酸樹脂和所述有機溶劑，以及全部的所述納米材料和所述分散劑；進行低速攪拌(350轉/分)，攪拌時間約8分鐘，停止攪拌機；然后加入所述顏色填料，高速(1500轉/分)攪拌20分鐘；研磨，達到顆粒細度< 10 μ m ;再加入剩余的所述高羥基含氟丙烯酸樹脂和其他各種所述助劑，并用剩余的所述有機溶劑調節粘度；攪拌均勻；過濾；將制得的所述組份A單獨包裝；將組份B按照與組份A的規定配比單獨包裝。
[0011]利用氟碳涂料來在蒙皮基材表面形成防護涂層的工藝包括如下步驟:
[0012]清洗和打磨:
[0013]采用60°C溫水沖洗去除蒙皮殘余脫漆劑，用潔凈的本色細平布沾溶劑粗清洗去除污物，水砂磨或溶劑砂磨蒙皮表面，用潔凈的本色細平布沾與涂料配套的清洗劑精洗表面并干燥，處理過的表面應潔凈、無污染，保證35s水膜連續不分岔；
[0014]噴涂底漆
[0015]在清洗和打磨步驟完成的5小時之內，在蒙皮基材表面均勻地噴涂一層鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆；采用高壓無氣噴涂，壓力比35:1，噴槍距離550?720mm，噴射角75?80度，噴涂電壓26?30V，噴涂電流200?240A，噴嘴直徑:0.48?0.56_，環境濕度:< 76%，蒙皮基材表面溫度高于露點5°C以上，噴涂一遍；
[0016]噴涂第一層氟碳面漆
[0017]在底漆干燥至可粘膠帶但不超過72h范圍內進行底涂處理:用蘸有柔性溶劑或水劑的砂氈輕磨除去干噴的粗糙，用粘塵布清潔底涂表面的灰塵微粒，然后用柔性溶劑或者酒精等活性溶劑對所有底涂面輕輕擦拭一遍。待其表面干燥、確定底涂表面沒有任何的污染后，即可涂裝面涂；涂料調配:涂料開桶前，震蕩物料10?15min，涂料開桶后繼續攪拌IOmin直至罐底無任何固體沉降；然后按重量份數比為:基料90份、固化劑30份進行混合調配，調配后現場熟化22分鐘，熟化后加入氟碳漆專用稀釋劑進行稀釋，稀釋至粘度為16mPa.s ;米用高壓無氣噴涂，壓力比37:1,噴槍距離470?610mm,噴嘴直徑:0.77?
0.92mm，環境濕度:< 75%，蒙皮基材表面溫度:高于露點6°C以上，噴射角67?78度，噴涂電壓27?31V，噴涂電流210?245A ；
[0018]噴涂第二層氟碳面漆
[0019]第二層氟碳面漆在第一層氟碳面漆開始黏稠但不沾手的狀態下開始進行，約噴涂第一層氟碳面漆后25分鐘，采用高壓無氣噴涂，壓力比50:1，噴槍距離800?850mm，噴嘴直徑:1.08?1.50mm，環境濕度:< 76%，蒙皮基材表面溫度:高于露點7°C以上，噴射角68?79度，噴涂電壓28?31V，噴涂電流230?245A。
[0020]由于采用了本發明的低成本、環境友好的涂料涂層，飛機的飛行器機翼外殼能夠更好地適應當前日益苛刻的飛行條件，提高了飛行安全性；而且由于涂層的優良性能，增加了外殼的使用壽命，降低了飛行成本。
【具體實施方式】[0021]一種飛行器機翼外殼，包括蒙皮基材和防護涂層，該防護涂層包括一層鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆和兩層氟碳面漆。鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆干膜厚度為14微米，中間氟碳面漆干膜厚度為36微米，外層氟碳面漆干膜厚度為59微米。
[0022]該防護涂層通過在蒙皮基材表面噴涂涂料來形成，所述涂料包括氟碳涂料，優選地，該氟碳涂料A組分包括下列成分:按重量計，高羥基含氟丙烯酸樹脂61-65%，顏色填料20-26%，納米氧化鎂3%，納米二氧化鈦3.5%，流平劑1%，消泡劑0.8%，分散劑1.2%，催化劑
0.5%，溶劑3-5%。更優選地，該氟碳涂料A組分包括下列成分:按重量計，高羥基含氟丙烯酸樹脂63%，顏色填料23%，納米氧化鎂3%，納米二氧化鈦3.5%，流平劑1%，消泡劑0.8%，分散劑1.2%，催化劑0.5%，溶劑4%。B組分(交聯劑)可選用德國拜耳公司的Desmobuer N75或者N3600。A組分和B組分的重量比例優選為3:1。其中，納米氧化鎂、納米二氧化鈦可選用50納米級別。優選地，所用高羥基含氟丙烯酸樹脂的固含量為74-78%，粘度2200-2500mPa.s，數均分子量4328，分力量分布指數為1.71。所用顏色填料可選用多種顏料，例如白色、紅色、黃色、黑色或藍色，其中所述的白色顏料為金紅石型鈦白粉，選自杜邦公司的R-706、NL、化學品公司的2130 ;所述的紅色與黃色顏料為偶氮類顏料，選自汽巴精化公司的IRGAZINYELL0W2RLT、IRGAZIN RED2030 ;所述的黑色顏料為中色素炭黑，選自卡博特公司的M900 ；所述的藍色顏料為酞青系列，選用巴斯夫顏料Blau L6905F。所述的流平劑為丙烯酸酯類、酯丁纖維素類以及長鏈硅樹脂類的表面活性劑；所述的催化劑為不含有機錫的環保型催化劑，具體選自金氏工業公司(KING INDUSTRIES)出品的K-KAT金屬絡合物系列，例如K-KAT4205鋯絡合物。消泡劑，成份為聚硅氧烷溶液，如德國畢克化學公司的BYK-066N或BYK-141 ;分散劑，成份為含親和顏料基團的高分子量嵌段共聚物溶液，如德國畢克化學公司的BYK-161或BYK-163 ;所述的混合溶劑為甲基異丁基酮、丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯的混合物，混合比例為1:2:3。優選地，該氟碳涂料的生產工藝為:按照組份A的配方，在容器中加入80%質量的所述高羥基含氟丙烯酸樹脂和所述有機溶劑，以及全部的所述納米材料和所述分散劑；進行低速攪拌(350轉/分)，攪拌時間約8分鐘，停止攪拌機；然后加入所述顏色填料，高速(1500轉/分)攪拌20分鐘；研磨，達到顆粒細度< 10 μ m ;再加入剩余的所述高羥基含氟丙烯酸樹脂和其他各種所述助劑，并用剩余的所述有機溶劑調節粘度；攪拌均勻；過濾；將制得的所述組份A單獨包裝；將組份B按照與組份A的規定配比單獨包裝。
[0023]所用高羥基含氟丙烯酸樹脂由含氟丙烯酸酯單體、含羥基丙烯酸酯單體、甲基丙烯酸烷基酯單體、丙烯酸烷基酯單體通過自由基溶液聚合所得；如下優選地:
[0024]按重量份計，參與聚合的各組分及其用量如下:含氟丙烯酸酯單體15-20份，含羥基丙烯酸酯單體18-25份，甲基丙烯酸烷基酯單體10-15份，丙烯酸烷基酯單體10-14份，引發劑1.5-3份，鏈轉移劑0.8-2份，溶劑35-45份；
[0025]所述含氟丙烯酸酯單體為丙烯酸八氟戊酯、丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯；按重量份計，比例優選為3:2:1。
[0026]所述含羥基丙烯酸酯單體為甲基丙烯酸-β -羥乙酯、甲基丙烯酸-β -羥丙酯、丙烯酸-羥乙酯或丙烯酸-羥丙酯中的一種；
[0027]所述甲基丙烯酸烷基酯單體為甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸環己酯或甲基丙烯酸異冰片酯中的一種或兩種；[0028]所述丙烯酸烷基酯單體為丙烯酸乙酯、丙烯酸十八酯；按重量份計，比例優選為3: 2 ο
[0029]所述主引發劑為偶氮二異丁腈、過氧化苯甲酰、二叔戊基過氧化物或二叔丁基過氧化物中的一種；輔助引發劑為過氧化-2-乙基己酸叔丁酯、過氧化苯甲酸叔丁酯、二特戊基過氧化物中的一種。主引發劑和輔助引發劑的重量比為4:1。
[0030]所述鏈轉移劑為2-巰基乙醇、正丁硫醇、正十二硫醇或3-巰基-1，2-丙二醇中的一種；
[0031]所述溶劑為醋酸乙酯、醋酸丁酯、丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯或丙酮中的一種。
[0032]優選地，其中高羥基含氟丙烯酸樹脂的具體的制造方法如下:包括以下步驟:
[0033](I)將總溶劑量70wt%的溶劑加入到裝有回流冷凝管、溫度計、攪拌器和滴液漏斗的四口燒瓶中，通入氮氣排氧，放入油浴鍋中，加熱至110°C，開動攪拌器，使溶劑回流；
[0034](2)將由全部單體、鏈轉移劑、引發劑總量的95wt%、溶劑總量的20wt%組成的混合溶液在2小時內勾速地加入到反應器中，加完后，繼續保溫反應3小時；
[0035](3)將剩余的引發劑和溶劑加入到反應器中，繼續保溫反應2.5小時停止，冷卻至室溫;
[0036](4)倒入圓底燒瓶中，于60°C下減壓蒸餾大部分溶劑后(例如90%以上)，再經無水甲醇沉淀洗滌后，送往60°C烘干箱中減壓干燥24小時，再溶解于醋酸乙酯中，得到產品。
[0037]優選地，在蒙皮基材表面噴涂涂料形成防護涂層的工藝如下:
[0038]清洗和打磨:
[0039]采用60°C溫水沖洗去除蒙皮殘余脫漆劑，用潔凈的本色細平布沾溶劑粗清洗去除污物，水砂磨或溶劑砂磨蒙皮表面，用潔凈的本色細平布沾與涂料配套的清洗劑精洗表面并干燥，處理過的表面應潔凈、無污染，保證35s水膜連續不分岔；
[0040]噴涂底漆
[0041]在清洗和打磨步驟完成的5小時之內，在蒙皮基材表面均勻地噴涂一層鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆；采用高壓無氣噴涂，壓力比35:1，噴槍距離550?720mm，噴射角75?80度，噴涂電壓26?30V，噴涂電流200?240A，噴嘴直徑:0.48?0.56mm,環境濕度:< 76%，蒙皮基材表面溫度高于露點5°C以上，噴涂一遍；
[0042]噴涂第一層氟碳面漆
[0043]在底漆干燥至可粘膠帶但不超過72h范圍內進行底涂處理:用蘸有柔性溶劑或水劑的砂氈輕磨除去干噴的粗糙，用粘塵布清潔底涂表面的灰塵微粒，然后用柔性溶劑或者酒精等活性溶劑對所有底涂面輕輕擦拭一遍。待其表面干燥、確定底涂表面沒有任何的污染后，即可涂裝面涂；涂料調配:涂料開桶前，震蕩物料10?15min，涂料開桶后繼續攪拌IOmin直至罐底無任何固體沉降；然后按重量份數比為:基料90份、固化劑30份進行混合調配，調配后現場熟化22分鐘，熟化后加入氟碳漆專用稀釋劑進行稀釋，稀釋至粘度為16mPa.s ;米用高壓無氣噴涂,壓力比37:1,噴槍距離470?610mm,噴嘴直徑:0.77?
0.92mm，環境濕度:< 75%，蒙皮基材表面溫度:高于露點6°C以上，噴射角67?78度，噴涂電壓27?31V，噴涂電流210?245A ；
[0044]噴涂第二層氟碳面漆
[0045]第二層氟碳面漆在第一層氟碳面漆開始黏稠但不沾手的狀態下開始進行，約噴涂第一層氟碳面漆后25分鐘，采用高壓無氣噴涂，壓力比50:1，噴槍距離800?850mm，噴嘴直徑:1.08?1.50mm，環境濕度:< 76%，蒙皮基材表面溫度:高于露點7°C以上，噴射角68?79度，噴涂電壓28?31V，噴涂電流230?245A。
[0046]本領域技術人員可以根據本發明公開的內容和所掌握的本領域技術對本
【發明內容】
做出替換或變型，但是這些替換或變型都不應視為脫離本發明構思的，這些替換或變型均在本發明要求保護的權利范圍內。
【權利要求】
1.一種飛行器機翼外殼，包括蒙皮基材和防護涂層，該防護涂層包括一層鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆和兩層氟碳面漆，鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆干膜厚度為14微米，中間氟碳面漆干膜厚度為36微米，外層氟碳面漆干膜厚度為59微米。
2.根據權利要求1所述的飛行器機翼外殼，其特征在于:所述防護涂層通過在蒙皮基材表面噴涂涂料來形成，所述涂料包括氟碳涂料，該氟碳涂料A組分包括下列成分:按重量計，高羥基含氟丙烯酸樹脂61-65%，顏色填料20-26%，納米氧化鎂3%，納米二氧化鈦3.5%，流平劑1%，消泡劑0.8%，分散劑1.2%，催化劑0.5%，溶劑3-5% ;所述的流平劑為丙烯酸酯類、酯丁纖維素類以及長鏈硅樹脂類的表面活性劑；所述的催化劑為不含有機錫的環保型催化劑；消泡劑為聚硅氧烷溶液；分散劑為含親和顏料基團的高分子量嵌段共聚物溶液；所述的混合溶劑為甲基異丁基酮、丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯的混合物，混合比例為1:2:3。
3.一種用于根據權利要求1所述的飛行器機翼外殼的氟碳涂料，其特征在于該涂料的A組分包括下列成分:按重量計，高羥基含氟丙烯酸樹脂61-65%，顏色填料20-26%，納米氧化鎂3%，納米二氧化鈦3.5%，流平劑1%，消泡劑0.8%，分散劑1.2%，催化劑0.5%，混合溶劑3-5% ;所述的流平劑為丙烯酸酯類、酯丁纖維素類以及長鏈硅樹脂類的表面活性劑；所述的催化劑為不含有機錫的環保型催化劑；消泡劑為聚硅氧烷溶液；分散劑為含親和顏料基團的高分子量嵌段共聚物溶液；所述的混合溶劑為甲基異丁基酮、丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯的混合物，混合比例為1:2:3 ;B組分為Desmobuer N75或者N3600，A組分和B組分的重量比例優選為3:1。
4.根據權利要求3所述的氟碳涂料，其特征在于高羥基含氟丙烯酸樹脂的制造方法如下:包括以下步驟: (1)將總溶劑量70wt%的溶劑加入到裝有回流冷凝管、溫度計、攪拌器和滴液漏斗的四口燒瓶中，通入氮氣排氧，放入油浴鍋中，加熱至110°C，開動攪拌器，使溶劑回流；` (2)將由全部單體、鏈轉移劑、引發劑總量的95wt%、溶劑總量的20wt%組成的混合溶液在2小時內勾速地加入到反應器中，加完后，繼續保溫反應3小時； (3)將剩余的引發劑和溶劑加入到反應器中，繼續保溫反應2.5小時停止，冷卻至室溫； (4)倒入圓底燒瓶中，于60°C下減壓蒸餾大部分溶劑后，再經無水甲醇沉淀洗滌后，送往60°C烘干箱中減壓干燥24小時，再溶解于醋酸乙酯中，得到產品。
5.一種制造根據權利要求3所述的氟碳涂料的工藝，其特征在于:按照組份A的配方，在容器中加入80%質量的所述高羥基含氟丙烯酸樹脂和所述有機溶劑，以及全部的所述納米材料和所述分散劑；進行低速攪拌350轉/分，攪拌時間約8分鐘，停止攪拌機；然后加入所述顏色填料，高速1500轉/分攪拌20分鐘；研磨，達到顆粒細度< 10 μ m ;再加入剩余的所述高羥基含氟丙烯酸樹脂和其他各種所述助劑，并用剩余的所述有機溶劑調節粘度；攪拌均勻；過濾；將制得的所述組份A單獨包裝；將組份B按照與組份A的規定配比單獨包裝。
6.一種利用根據權利要求3所述的氟碳涂料來在蒙皮基材表面形成防護涂層的工藝，其包括如下步驟: (I)清洗和打磨: 采用60°C溫水沖洗去除蒙皮殘余脫漆劑，用潔凈的本色細平布沾溶劑粗清洗去除污物，水砂磨或溶劑砂磨蒙皮表面，用潔凈的本色細平布沾與涂料配套的清洗劑精洗表面并干燥，處理過的表面應潔凈、無污染，保證35s水膜連續不分岔； (2)噴涂底漆 在清洗和打磨步驟完成的5小時之內，在蒙皮基材表面均勻地噴涂一層鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆；采用高壓無氣噴涂，壓力比35:1，噴槍距離550~720mm，噴射角75~80度，噴涂電壓26~30V，噴涂電流200~240A，噴嘴直徑:0.48~0.56mm,環境濕度:< 76%，蒙皮基材表面溫度高于露點5°C以上，噴涂一遍； (3)噴涂第一層氟碳面漆 在底漆干燥至可粘膠帶但不超過72h范圍內進行底涂處理:用蘸有柔性溶劑或水劑的砂氈輕磨除去干噴的粗糙，用粘塵布清潔底涂表面的灰塵微粒，然后用柔性溶劑或者酒精等活性溶劑對所有底涂面輕輕擦拭一遍。待其表面干燥、確定底涂表面沒有任何的污染后，即可涂裝面涂；涂料調配:涂料開桶前，震蕩物料10~15min,涂料開桶后繼續攪拌IOmin直至罐底無任何固體沉降；然后按重量份數比為:基料90份、固化劑30份進行混合調配，調配后現場熟化22分鐘，熟化后加入氟碳漆專用稀釋劑進行稀釋，稀釋至粘度為16mPa*s ；采用高壓無氣噴涂，壓力比37: 1，噴槍距離470~610mm，噴嘴直徑:0.77~0.92mm,環境濕度:< 75%，蒙皮基材表面溫度:高于露點6°C以上，噴射角67~78度，噴涂電壓27~31V，噴涂電流210~245A; (4)噴涂第二層氟碳面漆 第二層氟碳面漆在第一層氟碳面漆開始黏稠但不沾手的狀態下開始進行，約噴涂第一層氟碳面漆后25分鐘，采用高壓無氣噴涂，壓力比50:1，噴槍距離800~850mm，噴嘴直徑:`1.08~1.50mm，環境濕度:< 76%，蒙皮基材表面溫度:高于露點7V以上，噴射角68~79度，噴涂電壓28~31V，噴涂電流230~245A。
【文檔編號】C08F220/22GK103625058SQ201310524813
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月30日 優先權日:2013年10月30日
【發明者】張俊 申請人:溧陽市哈大成果轉化中心有限公司