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与外部航空航天涂料一起飞行

用于外部应用的航空航天涂料需要一套严格的 性能属性 从功能和美学的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,预期飞行时间为4次,持续几十年,每年至少工作10000小时. 根据GMI, 到2024年,航空航天涂料市场规模估计将超过10亿美元.

在勘探者知识中心阅读有关制定航空航天外部涂料的挑战.

  • 当温度在几分钟内从120华氏度到- 70华氏度的快速变化时,能够保持粘附性和灵活性
  • 耐液压油,包括Skydrol,柴油,润滑油和除冰液
  • 在高海拔地区暴露于强烈的紫外线下时,抗降解
  • 反复的干热冷湿循环
  • 优异的耐腐蚀性,因为飞机经常在海洋和工业环境中运行
  • 高度的灵活性和抗湍流造成的压力, 振动和机翼弯曲
  • 在亚音速和超音速下,抗磨损和耐侵蚀和油漆
  • 红外(IR)反射率(军事应用)
  • 低密度(可减轻重量)
  • Icephobic
  • 低的咖啡

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的 底物 机身和飞机蒙皮主要是AA 2024铝. AA 2024是铜和铝的合金. 铜增加了强度与重量的关系, 然而,这也不利于耐蚀性. 减重是新飞机设计的巨大推动力,因为它相当于节省燃料, 速度和范围. 复合材料、金属纤维层压板和铝锂合金的应用越来越广泛.

一些 清洁/预处理类型 (历史上以六价铬为基础)提供了一层薄薄的保护层,以提高耐腐蚀性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 有机溶剂型和水性双组分环氧-多胺/聚酰胺型是否含有扩展剂, 添加剂, 催化剂,并进一步加强与缓蚀颜料.

常见的类型 腐蚀 在飞机上包括 丝状点蚀、晶间、剥落、应力开裂、电蚀 而且 缝隙腐蚀. 所有这些类型的腐蚀都因潮湿而加剧, 盐, 不同金属含量的金属的热循环和直接接触.

航空航天底漆中常用的常用缓蚀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类型的组合. 当与合适的交联剂(通常是胺类或氨基胺类)配制时,环氧基引物具有优异的附着力, 耐腐蚀、耐化学腐蚀.

涂层铝上的丝状腐蚀-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图1. 涂层铝上丝状腐蚀的图像
航空航天涂层的横截面-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
航空航天底漆中使用的典型环氧树脂和环氧功能活性稀释剂. 在勘探者知识中心了解更多关于航空航天外部涂料的信息.
图2. 航空航天底漆中使用的典型环氧树脂和环氧功能活性稀释剂
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氨基环氧树脂的反应

航空航天外墙面漆 双组分聚氨酯是否由羟基功能树脂[聚酯, 丙烯酸或氟化乙烯基醚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异的耐化学性. 多余的异氰酸酯交联剂与水分反应脱羧酸,进一步反应形成聚脲. 通常使用50%或更多的异氰酸酯化学计量过量来确保高程度的聚脲形成.

聚氨酯以其对Skydrol(一种飞机液压油)等腐蚀性液体的超强抗性而闻名。. 聚酯多元醇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.

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免受暴露在强烈的高层大气紫外线下的降解.

异氰酸酯交联剂 通常由六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)和/或异氟尔酮异氰酸酯(IPDI). 前者提供了灵活性,而后者可以提供更好的硬度.

由三种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分子反应形成双缩脲
异氰尿酸酯由三个HMDI分子反应形成-勘探者知识中心
图6三个HMDI分子反应生成异氰尿酸酯
由两个HMDI分子形成的尿二酮,用于航空航天外层涂料
图7由两个HMDI分子形成尿二酮
异氟尔酮二异氰酸酯-在勘探者知识中心了解它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在与合适的多元醇树脂体系反应时具有优异的风化性能,因此广泛应用于航空航天面漆.

最近的创新和项目重点 航空航天涂料包括无铬预处理底漆和无铬环氧底漆. 减少阻力的涂层能将燃油效率提高1%,每年可降低7亿美元的燃油成本, 根据国际航空运输协会(IATA). 国际航空运输协会称,平均而言,航空公司每航班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10亿美元的行业运营成本,并显著减少环境排放.

进一步阅读:

引用:

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