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        關于鍍膜有機玻璃修補漆性能研究

        2016-03-22 20:32      點擊:


            1引言

            飛機用鍍膜有機玻璃呈淺棕色,略有金屬光澤,鍍膜透明性良好。由于飛機用有機鍍膜含有金、鈦等元素,且在施工工藝上有所區別,因此修補漆在透過率和霧度等光學性能上無法做到與鍍膜一致。在客戶的要求下,研制的修補漆著重于滿足顏色相近及透明性相似的要求,從而達到整體的協調美觀。另外有機玻璃的主要成分為聚甲基丙烯酸甲酯,屬低表面能材料,因此研制的修補漆,還需要有較高的附著力、耐磨和耐溶劑擦拭等物理性能,以滿足對有機玻璃的防護功能。

            2試驗部分

            因為有機玻璃屬于低表面能物質,如何使修補漆具有良好的附著力和涂覆狀態及基本的耐磨、耐溶劑擦拭性能,應主要從樹脂選擇及表面處理兩方面入手。并且修補漆還需要在透明性上與原始鍍膜近似,亞光樹脂噴涂后發烏,效果不理想,因此在樹脂選擇與復配上還需有所選擇和限制。

            2.1樹脂選擇

            涂層與基材的附著力主要由機械作用、范德華力或形成氫鍵等化學鍵、交聯擴散等作用而成。選擇丙烯酸樹脂、丙烯酸復配樹脂、高氯化與丙烯酸復配樹脂進行比較。

            2.1.1丙烯酸樹脂

            自制的低羥值丙烯酸樹脂(AC-1)含有較長的柔性鏈結構,涂膜收縮率較小,收縮應力小有利于提高附著力。加入氣相二氧化硅消光來調整霧度。先以丙烯酸樹脂和少量氣相二氧化硅制備出AC-1消光樹脂,使其透明性接近要求值;再與N-75交聯固化檢測其物理性能,結果見表1。

            表1丙烯酸樹脂與固化劑不同配比的性能比較

        表1丙烯酸樹脂與固化劑不同配比的性能比較


            從表1可以看出,單一丙烯酸樹脂的耐溶劑性較差,附著力差。

            2.1.2丙烯酸復配樹脂

            選取AC-1和962羥基丙烯酸樹脂復配,測試能否提高涂膜附著力。與AC-1復配來調整透過率及增加柔性鏈段。經選擇962與AC-1樹脂復配比例為8∶2時透明性與鍍膜相近。將復配好的樹脂與固化劑交聯固化檢測性能,結果見表2。

            表2丙烯酸復配樹脂與固化劑不同配比的性能比較

        表2丙烯酸復配樹脂與固化劑不同配比的性能比較


            從表2可以看出,配方2在耐溶劑性及附著力方面有了明顯改善。

            2.1.3高氯化與丙烯酸復配樹脂

            選取高氯化樹脂與AC-1復配,由2種不完全相容的樹脂帶來乳光效果。幾種主要配方的性能檢測結果見表3。

            表3高氯化與丙烯酸樹脂不同配比的性能比較

        表3高氯化與丙烯酸樹脂不同配比的性能比較


            從表3可以看出,雖然高氯化樹脂自帶的乳光效果對調整樹脂的透明性效果明顯,但附著力差,耐溶劑性也差。綜合以上配方的比較,丙烯酸復配樹脂在透明性上與鍍膜最為接近,附著力及耐溶劑性也基本滿足要求,因此,樹脂暫定為962與自制丙烯酸AC-1樹脂(比例為8∶2)的復配樹脂,由N-75固化交聯。

            2.2有機玻璃表面處理

            由于有機玻璃的表面能低,使得液體涂料對底材的表面潤濕性差,易產生涂覆不平、縮孔等表面缺陷,進而影響附著力。一方面可以在修補漆中加入流平助劑來降低涂料的表面張力,增加涂料對底材的潤濕性,另一方面可以對底材先進行預處理,用硅氧烷水解成膜的有機硅涂層進行增硬,并和修補涂料樹脂進行螯合,以增強附著力和耐磨耐介質性。/

            選擇KH-470、KH-590處理有機玻璃表面,表干后于80℃烘10min,取出,涂覆有機玻璃修補樹脂;然后在60℃烘20min,取出測附著力(劃格法)為5級,顯然用單一的硅氧烷對有機玻璃表面進行處理并無明顯的增硬效果和增加涂層與表面黏附能力的作用。在酸性催化條件下,以異丙酮為溶劑將KH-470水解,制得有機硅增硬處理液,用處理液處理板材后涂覆修補漆,60℃烘20min后取出測附著力(劃格法)為0~1級,鉛筆硬度為H。附著力有所改善,是由于增硬處理液中的Si—OH脫水交聯形成了Si—O—Si交聯網絡結構而增加了涂膜的剛性,進一步提高了耐磨性能。1d后測附著力達到0級,鉛筆硬度3H,7d后不變。在一定的固化時間內硬度及耐磨性的變化見圖1和圖2。

            圖1硬度和時間的關系圖2耐磨性與時間的關系

        圖1硬度和時間的關系 


        圖2耐磨性與時間的關系

        圖2耐磨性與時間的關系


            從圖1和圖2可以看出,固化時間對硬度的上升及耐磨性能的提高有一定的影響,在前2h中硬度隨著固化時間的增加還有一定的增長,耐磨性能也有明顯的提高,到2h后都達到穩定。表示在2h后Si—O—Si的交聯網絡已經完善,涂層結構穩定。因此在修補漆中加入流平劑,并預先用有機硅增硬處理液處理底材,會使得涂覆外觀良好并有較好的附著力及耐磨性能。

            2.3顏色調配

            飛機用鍍膜有機玻璃呈淺棕色,半透明,略有金屬光澤。調色分為染料調色及與樹脂混合調色兩個階段。/

            2.3.1染料調色

            由于加入顏色的品種越多,顏色的明度越低,色彩越暗沉,因此在保證顏色調制合乎要求的前提下,所使用的調色色料品種應盡量少。因此以調色色精中常見的黃、紅、黑3種基本色來調配,以保證生產上的易操作性及穩定性。依照涂料調色的“先主后次,由淺至深”的原則,先以黃色為主色,黑色為輔色,后以黃色、紅色為主色,黑色為輔色做了大量小試,在配方色與鍍膜顏色接近(略淺)時,利用黑色調整明度,辨別色相差異微調配方。加入流平劑,待涂膜干燥后與鍍膜顏色進行比較以挑選出最接近的配方。選取3個代表配方(見表4),使用色差儀測出鍍膜原始色度數據(Lab色空間):L=68.25;a=-0.16;b=6.45。

            表4幾種調色配方對比

        表4幾種調色配方對比


            從表4可知,配方3與鍍膜色差值最小,根據各配方x,y,z色空間色度值在色度圖上表,見圖3。從圖中可看出,配方1偏紅相,飽和程度稍差。配方2略偏綠,色飽和度比鍍膜較好。因此確定配方3為染料配方。

            圖3色度圖

        圖3色度圖


            2.3.2與樹脂混合調色

            染料與樹脂的比例及漆膜厚度都會在顏色、明度、飽和度上有不同的體現,進而影響修補效果。首先使用流涂工藝,選取染料與樹脂的不同配比來進行小試,以確定染料與樹脂的配比。由于色精的著色能力強,需要注意取樣量要少而精,由淺至深。3個代表配方見表5。從表5可以看出,配方3在顏色、飽和度及明度上與鍍膜最為接近。色精與樹脂混合,在加入流平劑后對有機玻璃表面處理,未出現浮色、發花等現象。采取噴涂工藝在鍍膜有機玻璃破損處修補,不同的厚度對顏色、明度、飽和度影響較大,經反復試驗,得出一道噴涂厚度在3~4μm時,修補效果最好。

            表5樹脂與染料不同配比的相似度比較

        表5樹脂與染料不同配比的相似度比較


            3結果

            將鍍膜有機玻璃表面用有機硅增硬處理液處理后,以962與自制丙烯酸樹脂復配后和染料混合,加入流平劑,以酮類混合溶劑作稀料,以N-75作固化劑,在有機玻璃鍍膜破損處噴涂3~4μm,可以較好地修補鍍膜,并具有良好的附著力及耐磨、耐介質性能。

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