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镀膜有机玻璃修补漆性能研制研究

信息来源:glasseasy.com  时间:2012-02-01  浏览次数:2293

    1引言

    飞机用镀膜有机玻璃呈浅棕色,略有金属光泽,镀膜透明性良好。由于飞机用有机镀膜含有金、钛等元素,且在施工工艺上有所区别,因此修补漆在透过率和雾度等光学性能上无法做到与镀膜一致。在客户的要求下,研制的修补漆着重于满足颜色相近及透明性相似的要求,从而达到整体的协调美观。另外有机玻璃的主要成分为聚甲基丙烯酸甲酯,属低表面能材料,因此研制的修补漆,还需要有较高的附着力、耐磨和耐溶剂擦拭等物理性能,以满足对有机玻璃的防护功能。

    2试验部分

    因为有机玻璃属于低表面能物质,如何使修补漆具有良好的附着力和涂覆状态及基本的耐磨、耐溶剂擦拭性能,应主要从树脂选择及表面处理两方面入手。并且修补漆还需要在透明性上与原始镀膜近似,亚光树脂喷涂后发乌,效果不理想,因此在树脂选择与复配上还需有所选择和限制。

    2.1树脂选择

    涂层与基材的附着力主要由机械作用、范德华力或形成氢键等化学键、交联扩散等作用而成。选择丙烯酸树脂、丙烯酸复配树脂、高氯化与丙烯酸复配树脂进行比较。

    2.1.1丙烯酸树脂

    自制的低羟值丙烯酸树脂(AC-1)含有较长的柔性链结构,涂膜收缩率较小,收缩应力小有利于提高附着力。加入气相二氧化硅消光来调整雾度。先以丙烯酸树脂和少量气相二氧化硅制备出AC-1消光树脂,使其透明性接近要求值;再与N-75交联固化检测其物理性能,结果见表1。

 表1丙烯酸树脂与固化剂不同配比的性能比较

表1丙烯酸树脂与固化剂不同配比的性能比较

    从表1可以看出,单一丙烯酸树脂的耐溶剂性较差,附着力差。

    2.1.2丙烯酸复配树脂

    选取AC-1和962羟基丙烯酸树脂复配,测试能否提高涂膜附着力。与AC-1复配来调整透过率及增加柔性链段。经选择962与AC-1树脂复配比例为8∶2时透明性与镀膜相近。将复配好的树脂与固化剂交联固化检测性能,结果见表2。

 表2丙烯酸复配树脂与固化剂不同配比的性能比较

表2丙烯酸复配树脂与固化剂不同配比的性能比较

    从表2可以看出,配方2在耐溶剂性及附着力方面有了明显改善。

    2.1.3高氯化与丙烯酸复配树脂

    选取高氯化树脂与AC-1复配,由2种不完全相容的树脂带来乳光效果。几种主要配方的性能检测结果见表3。

 表3高氯化与丙烯酸树脂不同配比的性能比较

表3高氯化与丙烯酸树脂不同配比的性能比较

    从表3可以看出,虽然高氯化树脂自带的乳光效果对调整树脂的透明性效果明显,但附着力差,耐溶剂性也差。综合以上配方的比较,丙烯酸复配树脂在透明性上与镀膜最为接近,附着力及耐溶剂性也基本满足要求,因此,树脂暂定为962与自制丙烯酸AC-1树脂(比例为8∶2)的复配树脂,由N-75固化交联。

    2.2有机玻璃表面处理

    由于有机玻璃的表面能低,使得液体涂料对底材的表面润湿性差,易产生涂覆不平、缩孔等表面缺陷,进而影响附着力。一方面可以在修补漆中加入流平助剂来降低涂料的表面张力,增加涂料对底材的润湿性,另一方面可以对底材先进行预处理,用硅氧烷水解成膜的有机硅涂层进行增硬,并和修补涂料树脂进行螯合,以增强附着力和耐磨耐介质性。

    选择KH-470、KH-590处理有机玻璃表面,表干后于80℃烘10min,取出,涂覆有机玻璃修补树脂;然后在60℃烘20min,取出测附着力(划格法)为5级,显然用单一的硅氧烷对有机玻璃表面进行处理并无明显的增硬效果和增加涂层与表面黏附能力的作用。在酸性催化条件下,以异丙酮为溶剂将KH-470水解,制得有机硅增硬处理液,用处理液处理板材后涂覆修补漆,60℃烘20min后取出测附着力(划格法)为0~1级,铅笔硬度为H。附着力有所改善,是由于增硬处理液中的Si—OH脱水交联形成了Si—O—Si交联网络结构而增加了涂膜的刚性,进一步提高了耐磨性能。1d后测附着力达到0级,铅笔硬度3H,7d后不变。在一定的固化时间内硬度及耐磨性的变化见图1和图2。

 图1硬度和时间的关系图2耐磨性与时间的关系

图1硬度和时间的关系 

图2耐磨性与时间的关系

图2耐磨性与时间的关系

    从图1和图2可以看出,固化时间对硬度的上升及耐磨性能的提高有一定的影响,在前2h中硬度随着固化时间的增加还有一定的增长,耐磨性能也有明显的提高,到2h后都达到稳定。表示在2h后Si—O—Si的交联网络已经完善,涂层结构稳定。因此在修补漆中加入流平剂,并预先用有机硅增硬处理液处理底材,会使得涂覆外观良好并有较好的附着力及耐磨性能。

    2.3颜色调配

    飞机用镀膜有机玻璃呈浅棕色,半透明,略有金属光泽。调色分为染料调色及与树脂混合调色两个阶段。

    2.3.1染料调色

    由于加入颜色的品种越多,颜色的明度越低,色彩越暗沉,因此在保证颜色调制合乎要求的前提下,所使用的调色色料品种应尽量少。因此以调色色精中常见的黄、红、黑3种基本色来调配,以保证生产上的易操作性及稳定性。依照涂料调色的“先主后次,由浅至深”的原则,先以黄色为主色,黑色为辅色,后以黄色、红色为主色,黑色为辅色做了大量小试,在配方色与镀膜颜色接近(略浅)时,利用黑色调整明度,辨别色相差异微调配方。加入流平剂,待涂膜干燥后与镀膜颜色进行比较以挑选出最接近的配方。选取3个代表配方(见表4),使用色差仪测出镀膜原始色度数据(Lab色空间):L=68.25;a=-0.16;b=6.45。

 表4几种调色配方对比

表4几种调色配方对比

    从表4可知,配方3与镀膜色差值最小,根据各配方x,y,z色空间色度值在色度图上表,见图3。从图中可看出,配方1偏红相,饱和程度稍差。配方2略偏绿,色饱和度比镀膜较好。因此确定配方3为染料配方。

 图3色度图

图3色度图

    2.3.2与树脂混合调色

    染料与树脂的比例及漆膜厚度都会在颜色、明度、饱和度上有不同的体现,进而影响修补效果。首先使用流涂工艺,选取染料与树脂的不同配比来进行小试,以确定染料与树脂的配比。由于色精的着色能力强,需要注意取样量要少而精,由浅至深。3个代表配方见表5。从表5可以看出,配方3在颜色、饱和度及明度上与镀膜最为接近。色精与树脂混合,在加入流平剂后对有机玻璃表面处理,未出现浮色、发花等现象。采取喷涂工艺在镀膜有机玻璃破损处修补,不同的厚度对颜色、明度、饱和度影响较大,经反复试验,得出一道喷涂厚度在3~4μm时,修补效果最好。

 表5树脂与染料不同配比的相似度比较

表5树脂与染料不同配比的相似度比较

    3结果

    将镀膜有机玻璃表面用有机硅增硬处理液处理后,以962与自制丙烯酸树脂复配后和染料混合,加入流平剂,以酮类混合溶剂作稀料,以N-75作固化剂,在有机玻璃镀膜破损处喷涂3~4μm,可以较好地修补镀膜,并具有良好的附着力及耐磨、耐介质性能。

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