使用外部航空航天涂层飞行

航空航天涂料的外部应用要求一套苛刻的 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,预计飞行时间为4次,持续几十年,每年工作时间在000小时或以上. 根据GMI, 到2024年,航空航天涂层市场规模预计将超过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.

  • 在120华氏度到- 70华氏度的快速温度变化下,能在几分钟内保持附着力和柔韧性
  • 耐液压油,包括Skydrol,柴油,润滑油和除冰液
  • 在高海拔地区暴露在强烈的紫外线下,可抵抗降解
  • 反复进行干热冷湿循环
  • 优异的耐腐蚀性,因为飞机经常在海洋和工业环境中操作
  • 高度的柔韧性和抗湍流所产生的应力, 振动和翅膀弯曲
  • 耐磨损和侵蚀,在亚超音速和超音速速度下从污垢和沙子上涂漆
  • 红外(IR)反射率(军事应用)
  • 低密度(节省重量)
  • 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. 铜提供了一个增加的强度与重量的关系, 然而,它也不利于耐蚀性. 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、金属纤维层合板和铝锂合金的应用越来越广泛.

大量的 清洁/预处理类型 (传统的六价铬基)提供了一层薄的保护层,以提高耐蚀性以及后续涂层的接受能力,因为它增加了表面张力和表面极性.

  • 有机涂料 典型的包括底漆,着色底漆和透明底漆.
  • 引物 典型的有机溶剂和水性双组分环氧-多胺/聚酰胺类型是否含有扩展剂, 添加剂, 催化剂,并进一步加强与缓蚀颜料.

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

航空航天底漆中常用的防腐蚀颜料有铬酸钡和铬酸锶. 大多数环氧树脂是双酚A型和双酚F型的混合物. 当与适当的交联剂(通常是胺或酰胺胺型)配制时,环氧基底漆具有极好的附着力, 耐腐蚀、耐化学性.

涂层铝的丝状腐蚀-在勘探者知识中心了解有关外部航空航天涂层.
图1. 镀铝表面丝状腐蚀的图像
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. 航空航天涂层截面图
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层.
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
具有氨基功能的环氧树脂的反应。在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图3环氧树脂与氨基官能团的反应

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, 丙烯酸或氟化乙烯乙烯醚(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层.
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脱羧形成聚脲. 通常使用50%或更多的化学计量比过量的异氰酸酯,以确保高程度的聚脲形成.

聚氨酯以其对Skydrol(一种飞机液压油)等腐蚀性液体的卓越耐蚀性而闻名. 聚酯多元醇主要用于双组分聚氨酯涂料的着色基漆部分吗, 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.

透明涂层进一步加强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于由于暴露在强烈的上层大气紫外光降解.

异氰酸酯交联剂 通常由六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)和/或异福尔酮异氰酸酯(IPDI)衍生而来。. 前者提供了灵活性,而后者可以提高硬度.

由三个HMDI分子反应形成的缩二脲-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图5三个HMDI分子反应生成双缩脲
由三个HMDI分子反应形成的异氰尿酸盐-勘探者知识中心
图6三个HMDI分子反应生成异氰脲酸酯
由两个HMDI分子形成的脲二酮,用于外部航空航天涂层
图7两个HMDI分子形成的脲二酮
异佛尔酮二异氰酸酯-在探矿者知识中心了解其在外部航空航天涂层中的使用
图8异佛尔酮二异氰酸酯

聚氨酯以异氰酸酯为基础的交联剂在与合适的多元醇树脂体系反应时具有优良的耐候性,因此广泛应用于航空航天面漆中.

最近的创新和项目重点 航空航天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以提高1%的燃料效率,每年可以降低7亿美元的燃料成本, 根据国际航空运输协会(IATA). 国际航空运输协会称,平均而言,航空公司每次飞行的总运营成本约为每分钟100美元. 因此, 即使只节省一分钟的飞行时间,每年也能使整个行业的运营成本减少10亿美元以上,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

与聚氨酯涂层反应

聚氨酯涂料 自Otto Bayer和他的同事在1937年发明了这一技术以来,已经取得了很大的进展. 取决于低聚物和高分子材料的选择, 由于其通用性,这些涂料被用于各种要求高性能的应用. 它们可以是硬的或软的,柔性的或刚性的,耐化学药品,并提供极好的附着力.

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(脂肪族多异氰酸酯配以合适的耐久多元醇)
  • 耐酸雨和其他化学品
  • 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涂料

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包含羟基官能团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

外墙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 聚氨酯.


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氨基甲酸乙酯的反应

下面的反应R1 和R2 可以是脂肪族还是芳香族.

r1 - r2 -脂肪族或芳香族配方-了解更多关于聚氨酯涂料

聚氨酯反应在较高温度下是可逆的. 用于烘烤系统,如那些使用封闭异氰酸酯, 过高的烘烤温度会导致脆化, 变色、防潮、耐腐蚀性能下降.

一般来说,生成氨基甲酸乙酯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就相对不稳定.

一旦形成,聚氨酯就可以与异氰酸酯进一步反应而形成 脲基甲酸盐:

异位酸盐配方-了解有关聚氨酯涂料的更多信息

异氰酸酯和多元醇的其他环境固化反应如下:

异氰酸酯多元醇-了解更多关于聚氨酯涂料

正如上文所述, 在多元醇和异氰酸酯之间形成聚氨酯所需的交联反应涉及多个 竞争反应. 因为这个原因, 双组分配方中,多元醇在一个组分中,异氰酸酯在第二个组分中,通常用 10%或以上的化学计量量过量 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 对于聚氨酯,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, 也有基于十酸铋的无锡催化剂, 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环境固化, 100%固体液体或粉末, 以及水性油漆. 了异氰酸酯 是否用于单组分烘干涂料,因为他们在高温下打开堵塞激活异氰酸酯组. 反应顺序是先解堵后加成. 由芳香异氰酸酯形成的聚氨酯由于光稳定性差,主要用于底漆和室内涂料, 但具有优异的防潮、耐腐蚀性能.

常见的脂肪族和芳香族多异氰酸酯结构块包括:

多异氰酸酯砌块配方-了解更多关于聚氨酯涂料

HDI和IPDI用于合成高分子量的异氰酸酯预聚物,其中可能包括异氰尿酸酯, 阿洛泮酸和尿路二酮改善卫生, 处理和风化性能.

在单组分聚氨酯涂料中,异氰酸酯可以被堵塞以形成一种稳定的材料用作交联剂. 了异氰酸酯 广泛用于粉末中吗, 水性和高固相烘漆,适用于卷材底漆, 汽车涂料和电沉积涂料. 常用的阻断剂包括2-乙基己醇, e-caprolactone, 甲基乙基酮肟和2-丁氧基乙醇. 当与多元醇混合时, 封闭的异氰酸酯在达到解除封闭温度之前是稳定的,然后消除封闭剂并与多元醇反应形成聚氨酯.

水性双组分聚氨酯 可水分散的异氰酸酯可以制成涂料. 水分散性IPDI或HDI基异氰酸酯在商业上是可获得的,是由部分异氰酸酯基团与聚乙二醇单醚反应制成的. 然后将该多异氰酸酯添加到含有该多元醇的单独分散体中,形成单独分散的粒子,这些粒子交联并形成膜.

Iso-free技术

基于异氰酸酯的技术已经受到越来越严格的审查,因为接触异氰酸酯会导致哮喘和其他呼吸系统问题. 职业性哮喘已经取代石棉沉滞症成为新的与工作有关的肺部疾病的主要原因. 异佛尔酮免费技术 提供不暴露于游离异氰酸酯的聚氨酯形成. 在过去的几年里 isofree技术已经出现,不利用异氰酸酯交联剂形成聚氨酯,从而消除异氰酸酯暴露. 利用Isofree 2K技术 聚碳酸酯和聚醛 例如,包括提高喷淋罐寿命和快速固化和早期硬度. 不使用异氰酸酯交联剂制备聚氨酯的技术如下:

  1. 六乙氧基甲基三聚氰胺+聚碳酸酯→聚氨酯
聚氨酯配方-了解有关聚氨酯涂料的更多信息
  1. 聚碳酸酯+聚胺→聚氨酯
聚氨酯配方-了解有关聚氨酯涂料的更多信息
  1. 聚氨基甲酸酯+聚甲醛→聚氨酯
聚氨酯配方-了解有关聚氨酯涂料的更多信息

在室温下,1号和2号反应中聚氨酯的形成缓慢, 而3号的反应速率 聚碳酸酯与聚甲醛的交联反应 更温和的. 通过这种反应路线形成的聚氨酯提供了更长的喷罐寿命,同时应用后的反应速度比使用异氰酸酯交联剂提供的更快.

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,欧洲涂料会议.

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)《腾讯五分彩》,《腾讯五分彩》第三版.