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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
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