使用外部航空航天涂料进行飞行

用于外部应用的航空航天涂料需要一套严格的 性能属性 从功能和美学角度提供可接受的性能. 在许多情况下,一架新的商用飞机的成本可能超过3亿美元,预计可以持续几十年,飞行次数为4次,(以每年计)工作时数达000小时或以上. 根据GMI, 预计到2024年,航空涂料市场的销售额将超过10亿美元.

在勘探者知识中心了解制定航空航天外部涂层的挑战.

  • 能够保持粘附和灵活性,当受到快速的温度变化从120华氏度到- 70华氏度在几分钟内的问题
  • 耐液压油,包括Skydrol,柴油,润滑油和除冰液
  • 在高海拔地区,当暴露在强烈的紫外线下时,抗降解
  • 反复的干热冷湿循环
  • 由于飞机经常在海洋和工业环境中运行,具有出色的耐腐蚀性能
  • 高度的灵活性和抵抗由于湍流造成的压力, 振动和机翼弯曲
  • 在亚超音速和超音速下,耐磨损和耐侵蚀,耐灰尘和沙子的油漆
  • 红外(IR)反射率(军事应用)
  • 低密度(减轻重量)
  • Icephobic
  • 低的咖啡

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的 底物 机身和飞机外壳主要采用AA 2024铝合金. AA 2024是铜和铝的合金. 铜提供了增加强度与重量的关系, 然而,它也不利于耐腐蚀性. 减重是新飞机设计的巨大推动力,因为它等同于节省燃料, 速度和范围. 复合材料、金属纤维层压板和铝锂合金的应用日益增加.

大量的 清洁/预处理类型 (历史上以六价铬为基础)提供了一个薄的保护层,以提高耐腐蚀性能以及后续涂层的接受性,因为它增加了表面张力和表面极性.

  • 有机涂料 通常包括底漆,着色底漆和清漆.
  • 引物 典型的有机溶剂性和水性双组分环氧多胺/聚酰胺类是否含有扩展剂, 添加剂, 催化剂和进一步强化与腐蚀抑制颜料.

常见的类型 腐蚀 飞机上包括 丝状点蚀,晶间,剥落,应力开裂,电作用 和 缝隙腐蚀. 所有这些类型的腐蚀都因潮湿而加剧, 盐, 热循环和金属含量不同的金属直接接触.

历史上用于航空底漆的常用防腐颜料有铬酸钡和铬酸锶. 环氧树脂大部分是双酚A和双酚F的组合. 当与合适的交联剂(通常是胺或氨基胺型)配制时,环氧基底漆具有优良的附着力, 耐腐蚀性和耐化学性.

涂层铝的丝状腐蚀-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图1. 涂覆铝的丝状腐蚀图像
航空航天涂层层横断面-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图1一个. 航空航天涂层截面
用于航空航天底漆的典型环氧树脂和环氧功能性反应稀释剂. 在勘探者知识中心了解更多关于航空航天外涂层.
图2. 用于航空航天底漆的典型环氧树脂和环氧功能性反应稀释剂
环氧树脂与氨基功能的反应-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂料.
图3具有氨基功能的环氧树脂的反应

航空航天外观面漆 双组分聚氨酯是否由羟基功能树脂[聚酯]组成, 丙烯酸或氟化乙烯基醚(FEVE)与异氰酸酯预聚物反应. 典型的固化反应如下:

多元醇与异氰酸酯功能交联剂的反应-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂料.
图4多元醇与异氰酸酯功能交联剂的反应

由于航空航天涂层系统的苛刻要求, 化学家使用化学计量过量的异氰酸酯交联剂来提供优良的耐化学性. 过量的异氰酸酯交联剂与水分反应生成脱羧酸酯,进一步反应形成聚脲. 一般来说,超过50%或更多的化学计量量的异氰酸盐被用来确保高程度的聚脲形成.

聚氨酯以其超强的抗腐蚀性液体,如Skydrol(一种飞机液压液)而闻名。. 聚酯多元醇是否主要用于双组份聚氨酯涂料的着色底漆部分, 而 丙烯酸多元醇 也 FEVE-based多元醇 主要用于聚氨酯面漆的清漆部分吗.

透明涂层进一步强化了紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂,以进一步保护涂层系统不因暴露在强烈的高空紫外线下而退化.

异氰酸酯交联剂 通常来源于六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)和/或异福尔酮异氰酸酯(IPDI). 前者提供了灵活性,而后者可以提供更好的硬度.

由三个HMDI分子反应形成的双缩脲-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂料.
图5三个HMDI分子反应生成的二缩脲
三种HMDI分子反应形成异氰脲酸盐
图6三个HMDI分子反应生成的异氰脲酸盐
由两个HMDI分子形成的尿路二酮,用于航空航天外部涂层
图7两个HMDI分子形成的尿路酮
异福尔酮二异氰酸酯-在探矿者知识中心了解其在外部航空航天涂料中的使用
图8异福尔酮二异氰酸酯

聚氨酯基异氰酸酯交联剂与合适的多元醇树脂体系反应时,具有优良的耐候性,因此广泛用于航空航天面漆.

最近的创新和项目重点 航空涂料包括无铬前处理底漆和无铬环氧底漆. 减少阻力的表面涂层可使燃料效率提高1%,每年可降低7亿美元的燃料成本, 根据国际航空运输协会(IATA). 国际航空运输协会说,平均而言,航空公司每次飞行每分钟的总运营成本约为100美元. 因此, 即使只节省一分钟的飞行时间,每年也可以减少超过10亿美元的工业运营成本,并显著减少环境排放.

进一步阅读:

引用:

  • 活性防护涂料.al., 2016
  • 有机涂料科学与技术,3rd 版,威克斯等.al, 2007

与聚氨酯涂料反应

聚氨酯涂料 自奥托·拜耳和同事在1937年发明以来,它们已经有了长足的进步. 取决于低聚物和高分子材料的选择, 由于它们的通用性,这些涂料被用于各种要求高的高性能应用. 它们可以硬或软,有弹性或刚性,耐化学品,并提供优良的附着力.

聚氨酯性能及应用

  • 优异的防潮、耐腐蚀性能
  • 柔性底漆和面漆
  • 耐候性(脂肪族多异氰酸酯与合适的耐用多元醇)
  • 耐酸雨和其他化学物质
  • 一个组件
  • 两个组件
  • 水性单组分烤漆
  • 100%的固体
  • 粉末涂料
  • 水性环境固化双组分漆面

聚合物和异氰酸酯预聚物组分包括一个或多个异氰酸酯预聚物和一个或多个含有羟基功能或其他活性氢基团的聚合物或低聚物组分. 异氰酸酯是 活性与功能 其中包括:

  • 羟基
  • 氨基
  • 亚氨基的
  • Ketimene
  • 羧基(形式有限公司2)
  • 聚氨酯
  • 尿素酶
  • Acetoacetylated树脂

用于外部耐候性涂料的活性氢通常是聚酯或丙烯酸聚合物中的脂肪族羟基. 醇和酚与异氰酸酯反应生成异氰酸酯 聚氨酯.


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氨基甲酸乙酯的反应

在接下来的反应中,R1 和R2 可以是脂肪族的还是芳香族的.

r1 - r2脂肪族或芳香族公式-了解更多关于聚氨酯涂料

在较高的温度下,聚氨酯反应是可逆的. 用于烘烤系统,如使用封闭异氰酸盐, 过高的烘烤温度会导致脆化, 颜色变化及防潮、耐腐蚀性能下降.

一般来说,聚氨酯形成的反应速率顺序如下:

primary hydroxyl > secondary hydroxyl > tertiary hydroxyl. 逆反应速率是正反应速率的倒数. 例如,叔羟基生成的聚氨酯相对不稳定.

一旦形成,聚氨酯可以进一步与异氰酸酯反应生成 脲基甲酸盐:

Allophonates配方-了解更多关于聚氨酯涂料的知识

异氰酸酯和多元醇的其他环境固化反应如下:

了解更多关于聚氨酯涂料的知识

正如上文所述, 所要求的在多元醇和异氰酸酯之间形成聚氨酯的交联反应涉及多重反应 竞争反应. 因为这个原因, 多元醇为一种组分,异氰酸酯为另一种组分的双组分配方通常采用 化学计量过量10%或更多 以克服与水分和其他可能的反应物的竞争反应.

聚氨酯催化剂

催化剂 聚氨酯包括锡基羧酸盐,如二丁基二月桂酸锡, 二丁基辛酸锡或叔胺,如DABCO [N2(C2H4)3]. 的毒性问题, 也有基于新癸酸铋的无锡催化剂, 2-乙基己酸铋或其他金属羧酸盐.

异氰酸酯和uv—

有多个 脂肪族和芳香族多异氰酸酯 可用于双组分溶剂的常温固化, 100%固体、液体或粉末, 以及水性涂料. 了异氰酸酯 是否用于单组分焙烤涂料,当它们在高温下解封以激活异氰酸酯基团时. 反应顺序是先解堵,然后加成. 由芳香族异氰酸酯形成的聚氨酯由于光稳定性差,主要用于底漆和内饰涂料, 但具有优异的防潮和耐腐蚀性能.

常见的脂肪族和芳香族多异氰酸酯构件包括:

多异氰酸酯砌块配方——了解更多关于聚氨酯涂料

HDI和IPDI用于合成较高分子量的异氰酸酯预聚体,其中可能包括异氰脲酸酯, Allophanates和uretdiones改善卫生, 处理和风化性能.

异氰酸酯可以封闭形成稳定的材料,在单组分聚氨酯涂料中用作交联剂. 了异氰酸酯 广泛用于粉末, 卷材底漆用水性和高固体烘烤面漆, 汽车涂料和电沉积涂料. 常用的阻塞剂包括2-乙基己醇, e-caprolactone, 甲基乙基酮肟和2-丁基乙醇. 当与多元醇混合时, 封闭异氰酸酯稳定,直到达到解封闭温度,然后消除封闭剂,与多元醇反应生成聚氨酯.

水性双组分聚氨酯 涂料可以使用水分散异氰酸盐. 水分散的IPDI或HDI基异氰酸酯是可以在市场上买到的,它是由部分异氰酸酯基团与聚乙二醇单醚反应制成的. 然后将多异氰酸盐加入到含有多元醇的单独分散体中,形成单独的分散颗粒,交联并形成膜.

Iso-free技术

基于异氰酸盐的技术已经受到越来越多的审查,因为接触异氰酸盐会导致哮喘和其他呼吸系统问题. 职业性哮喘已经超过石棉肺成为新的工作肺病的主要原因. 异佛尔酮免费技术 提供聚氨酯形成而不暴露于自由异氰酸酯. 在过去的几年里 isofree已经出现的技术不利用异氰酸酯交联剂来形成聚氨酯,从而消除异氰酸酯暴露. 采用Isofree 2K技术 聚碳酸酯和聚醛 例如,包括提高喷涂罐寿命和快速固化和早期硬度. 不使用异氰酸酯交联剂形成聚氨酯的技术如下:

  1. 六甲氧基甲基三聚氰胺+聚碳酸酯→聚氨酯
聚氨酯配方-了解更多有关聚氨酯涂料
  1. 聚碳酸酯+多胺→聚氨酯
聚氨酯配方-了解更多有关聚氨酯涂料
  1. 聚氨基甲酸酯+聚醛→聚氨酯
聚氨酯配方-了解更多有关聚氨酯涂料

室温下,反应#1和#2中聚氨酯的形成缓慢, 而#3的反应速率 聚碳酸酯与聚醛的交联反应 更温和的. 通过这种反应方式形成的聚氨酯具有更长的喷涂罐寿命,同时,与使用异氰酸酯交联剂相比,使用后的反应速度更快.

来源:

探勘者 知识中心 和 搜索引擎

聚氨酯. (2017). 基本化学工业-在线.

马亨德拉,Vidhura. (2016). 用松木树脂制造泡沫. 10.13140/RG.2.1.2065.0004.

Wikepedia. 聚氨酯.

John Argyropoulos, Nahrain Kamber, David Pierce, Paul Popa, Yanxiang Li和Paul Foley. 陶氏 无异氰酸酯聚氨酯涂料。基本化学和性能属性, 2015年4月21日,欧洲涂料大会.

芝诺W. 威克斯小.弗兰克·N. 琼斯,苏格拉底,彼得·帕帕斯,道格拉斯·A. 威克斯. (2007). 有机涂料:科学与技术,第三版.

威利,琼斯e.al. (2017)有机涂料,科学与技术,第三版.