抗静电漆料及聚氨酯漆配套性能研究

抗静电漆料及聚氨酯漆配套性能研究

张其,王博伟,宁莉,延欢欢

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西省西安市 710089质量管理部

【摘要】本论文对抗静电涂料、聚氨酯漆以及防火涂料的进行物理、机械、耐环境性能进行考核试验，确定涂料的配套性、稳定性。研究结果表明：1、防火涂料与CTN-3728底漆，CTA-3721、CTA-3761及CTA-3781面漆配套使用时其耐蒸馏水性强于HE1658底漆、SE0125、SE0165、SE0185面漆，但附着力较弱。2、适当提高面漆固化温度和延长面漆固化时间，耐油涂料与防火涂料的相容性，即漆膜的稳定性更强。3、在5种防火涂料中，新型双组份防火涂料与新型防火隔热涂料在经过30次环境模拟试验后状态均最好，耐油性、高温稳定性以及与底漆的结合性均良好。本论文适用于静电涂料、聚氨酯漆以及防火涂料的验证试验。

【关键词】抗静电涂料 聚氨酯漆 防火涂料

1引言

以碳纤维为增强体的先进复合材料在2 0 世纪6 0 年代中期问世， 7 0年代初开始应用于飞机结构。复合材料具有高强度、髙模量、低密度、耐疲劳、耐磨损以及易于整体成型等诸多优异性能。在飞机上的应用与日剧增，已成为衡量现代飞机先进性的重要指标之一[1-3]。

复合材料由树脂基体与增强纤维构成，当介质侵入时，界面的树脂产生溶胀，导致树脂和纤维的脱胶和分层。加之阳光对飞机表面的照射，紫外线使基体材料发生老化或机械性能降低。因此，通常需要在材料表面涂覆涂层。聚氨酯类涂料附着力强，硬度高，漆膜光亮，具有优良的耐油性、耐热性、耐湿性、耐磨性、耐化学性及装饰性等特点。目前多被应用在复材表面材料防护和装饰。

除此之外，复合材料应用部位已由最开始的次承力结构到主承力结构如机翼、中央翼盒等。而飞机机翼抗扭盒段因具有较大空间而常用作机翼油箱, 复合材料油箱在密封性能、导电性能上与金属油箱相比均较差，因此，需在复合材料表面喷涂抗静电涂层保证复合材料油箱的抗静电性能。

生产发现，常规防火涂料在使用过程中易出现鼓包脱落等问题，改进后在苛刻介质环境下仍有起泡及软化状况，本论文拟提供两种新型涂料，模拟发动机舱内实际环境，通过与其余三种常规涂料进行性能对比，得出最佳涂料，优选综合性能最佳的防火涂料。

2 实验部分

2.1 实验目的

新型涂料补充考核试验对抗静电涂料、聚氨酯漆以及防火涂料的进行物理、机械、耐环境性能进行考核试验，确定涂料的配套性、稳定性。

（1）考核S04-DY抗静电涂料与CTN-3728底漆、CTA-3721面漆、CTA-3761面漆、CTA-3781面漆等材料的配套性；

（2）考核S04-DY抗静电涂料与HE1658底漆、SE0125面漆、SE0165面漆、SE0185面漆等材料的配套性；

（3）探索不同加温固化工艺条件下，YMS 2504防火涂料与YMS 2507耐油涂料的相容性，研究增加耐油涂层提高防火涂料耐介质性能的可行性。

（4）模拟发动机舱内实际环境，并适当提高试验温度，对五种防火涂料进行加速考核，优选综合性能最佳的防火涂料。

2.2实验材料

新型涂料补充考核试验所测试的涂料包括：抗静电涂料、聚氨酯漆、防火涂料等；试验的基材为表面经过化学氧化或阳极氧化处理的2A12-0铝板，碳纤维复合材料。测试涂料及基材见表1。

表1新型涂料补充考核试验材料

2.3实验材料制备

本论文实验试件包含抗静电涂料配套性试验件、不同加温条件防火涂料与耐油涂料相容性试验件及五种防火涂料试验件，制备方法如下。

2.3.1 抗静电涂料配套性试样板制备

本部分共有试板8件，试板基材为3240玻璃钢层压板，试样尺寸为150mm×75mm×2mm，制备试样板温度26-28℃。涂覆厚度：底漆15μm—25μm，面漆25μm—40μm。涂覆组合方式见表2，具体制备方法如下：

表2 试板涂覆组合方式

（1）基材处理

将3204层压板材用200#、400#、800#砂纸进行表面打磨至光滑平整，用酒精除去表面灰尘等杂质并吹干；

（2）涂覆底漆

将基料手工搅拌10min～15min，其它组分应确保分散均匀；按漆料桶上注明的配比配置

CTN-3728底漆/HE1658底漆，并用磁力搅拌器搅拌10-15min，待底漆与固化剂充分混合后将底漆涂覆于3204层压板材上，随后将试验板平放于风干架上，将风干架置于26℃—28℃通风环境中使底漆风干，底漆风干时间大于24h；

（3）涂覆面漆

a) 分别按照比例配制CTA—3721、CTA—3761、CTA—3781及SE0125、SE0165、SE0185面漆，并用磁力搅拌器搅拌10-15min，待三种面漆各自充分混合。用400#→800#砂纸将制备好的CTN-3728底漆及HE1658底漆试样板表面打磨光滑，随后将配制成的面漆分别涂覆在底漆试板表面，随后将试验板平放于风干架上，将风干架置于26℃-28℃通风环境中使底漆风干，风干时间大于24h；

（4）涂覆抗静电涂料

按比例混合配制S04-DY抗静电涂料，并用磁力搅拌器搅拌10-15min。用400#→800#砂纸将制备好试板表面打磨光滑，将混合充分的S04-DY抗静电涂料涂覆于统试板上，随后将试验板平放于风干架上，将风干架置于26℃-28℃通风环境中使底漆风干，风干时间大于24h。

2.3.2防火涂料与耐油涂料相容性试验试样板制备

本部分实验是探究防火涂料及耐油涂料在不同固化温度、固化时间下的耐环境性能。试样底漆为HDY-H06-Y010底漆，基材为阳极化处理的2024-T3-δ2.0铝板，尺寸300mm×300mm，环境温度随制板测试，制备试样板温度26-28℃。涂覆厚度：底漆15μm—25μm。具体制备方法如下：

（1）基材处理

将2024-T3-δ2.0铝板用200#、400#、800#砂纸进行表面打磨至光滑平整，用酒精除去表面灰尘等杂质并吹干；

（2）涂覆底漆

配制HDY-H06-Y010底漆，具体涂覆方式详见4.3.1.

（3）涂覆面漆

用400#→800#砂纸将制备好的底漆试样板表面打磨光滑，配制防火涂料漆料，然后涂漆，耐火涂料厚度为25μm—40μm，先加温固化时间为1.5h，固化温度为80℃～90℃，随后分别在室温、60—70℃、80—90℃、80—90℃分别固化5d、4h、4h及12h，最终进行耐油涂料的喷涂，耐油涂料干膜厚度25μm～35μm。涂漆后干燥15d或80℃～90℃加温12h。

2.3.3  5种防火涂料环境模拟对比试验试样板制备

试样底漆为HDY-H06-Y010底漆，基材为阳极化处理的2024-T3-δ2.0铝板，尺寸300mm×300mm。环境温度随制板测试，制备试样板温度26-28℃。涂覆厚度无特殊说明，底漆15μm—25μm，面漆25μm—40μm。具体制备方法如下：

（1）基材处理

将2024-T3-δ2.0铝板用200#、400#、800#砂纸进行表面打磨至光滑平整，用酒精除去表面灰尘等杂质并吹干；

（2）涂覆底漆

配制HDY-H06-Y010底漆，具体涂覆方式详见4.3.1.

（3）涂覆面漆

用400#→800#砂纸将制备好的底漆试样板表面打磨光滑，按厂商说明制备5种防火涂料试样各3件，其中YMS2504防火涂料及新型双组份防火涂料干膜厚度为0.8mm，64C1-2-A防火隔热涂料干膜厚度为2.5mm、HKM313_DFJ喷涂型防火密封剂及新型防火隔热涂料干膜厚度为3.0mm，厚度公差±10%。随后将试验板平放于风干架上，将风干架置于26℃-28℃通风环境中使底漆风干，风干时间大于24h。

2.4 实验部分

2.4.1抗静电涂料配套性实验内容

本部分实验主要是探究抗静电涂料与聚氨酯漆的配套性，分别对抗静电涂料+同一底漆+不同面漆组合进行外观、附着力及耐蒸馏水性测试。

2.4.2 防火涂料与耐油涂料相容性试验

本论文分别在室温/5d、60—70℃/4h、80—90℃/4h、80—90℃/12h四种加温固化工艺条件下，YMS 2504防火涂料与YMS 2507耐油涂料的相容性。具体内容如下：

（1）将制备好的试样板置于烘箱中，加温至130℃～140℃，升温速率10℃/min，保温10h，取出后观察并记录起泡、开裂等外观状况；

（2）随后将试样置于50%HP-8B与50%RP-3燃油的混合液体中，60℃±5℃下保温10h，取出后立即置于烘箱中，加温至130℃～140℃，升温速率10℃/min，保温10h，取出后观察并记录起泡、开裂等外观状况。

2.4.3 5种防火涂料环境模拟对比试验

模拟发动机舱内实际环境，并适当提高实验温度，对五种防火涂料进行加速考核，优选综合性能最佳的防火涂料。

（1）将全部试片置于50%HP-8B与50%RP-3燃油的混合液体中，60℃±5℃下保温10h±1h，取出后立即放入60℃±5℃的蒸馏水中浸泡10h±1h，取出后立即放入130℃～140℃的烘箱中加热2h，如此循环10个周期；

（2）取出试片，在频率为50Hz，振幅0.4mm下振动2h，检查并记录试片涂层外观状况，有无涂层脱落、鼓包、开裂等；

（3）然后再按（1）条所述方式进行20个循环周期，到期后检查并记录试片外观状况，有无涂层脱落、鼓包、开裂等；

2.5 实验设备

表3 实验设备清单

3 结果与讨论

抗静电涂料考核S04-DY抗静电涂料与CTN-3728底漆、CTA-3721面漆、CTA-3761面漆、CTA-3781面漆、HE1658底漆、SE0125面漆、SE0165面漆、SE0185面漆等8种涂料的配套性，试验结果表明各漆料配套使用时漆层表面平整，无缩孔、缩边、橘皮等现象，涂层分布均匀。除CTN-3728 +S04-DY +CTA-3721组合为3级以外，其余附着力均为1级。且所有漆料配套使用时耐蒸馏水性均较好，样板表面未出现明显鼓包、起泡、局部脱落等现象，尺寸等级No.8。同时漆膜在所有轴棒上弯曲均无网纹、剥落等现象出现，柔韧性较好。

3.1 防火涂料与耐油涂料相容性

如图1所示，从四种不同的面漆固化工艺（室温/5d、60—70℃/4h、80—90℃/4h、80—90℃/12h）后的测试结果可以看出，在室温和60—70℃/4h固化面漆的试样板测试后出现局部漆膜脱落、开裂现象 ，在80—90℃/4h、80—90℃/12h条件下固化的面漆测试后漆膜表面明显优于前两组。从四种测试结果可以得出，适当提高面漆固化温度和延长面漆固化时间，可以增强漆膜的稳定性。

室温/5d                 60—70℃/4h

80—90℃/4h              80—90℃/12h

图1 相容性试验结果

3.2 5种防火涂料环境模拟

结合5种防火涂料测试后漆膜状态，对5种防火涂料的环境模拟对比试验结果进行总结，结果见表3。

表3 5种防火涂料环境模拟对比试验结果

由实验结果可以看出，在5种防火涂料中，新型双组份防火涂料与新型防火隔热涂料在经过30次环境模拟试验后状态均最好，耐油性、高温稳定性以及与底漆的结合性均良好；2504防火涂料在测试过程中整体脱落，表现最差；64C1-2-A防火隔热涂料和HKM313-DFJ喷涂型防火密封剂耐油性与高温稳定性较好，但与底漆的结合性较差。

参考文献

[1] 苏云洪,刘秀娟,杨永志.复合材料在航空航天中的应用[J]. 工程与试验, 2008 ( 4 ):36-38.

[ 2] 陈绍杰.大型飞机与复合材料[J].航空制造技术, 2008, (15): 32-37.

[3]陈绍杰.复合材料技术与大型飞机[J].航空学报, 2008, 29( 3) : 605-610.

[4] 中国航空研究院.复合材料结构设计手册[M].航空工业出版社, 2001: 210.