雷达罩用新型抗静电防腐耐磨涂料的研制

 http://www.lgmi.com    发表日期:2011-10-9 11:20:40  兰格钢铁
1引言

    雷达罩是飞机、导弹、航天器等的重要组成部分,是导航和制导的重要部件,它一般由复合材料制成,为电绝缘体。飞机、导弹在飞行的过程中,雷达罩的外表面与空气等摩擦产生大量静电,严重干扰了无线电导航和通讯设备性能的发挥,因此需要采取防静电保护措施,抗静电涂料正是解决此类静电问题的重要功能性材料。

    抗静电涂料是导电涂料的一个重要组成部分,抗静电涂料按照原料和制备方法的不同可分为本征型和掺杂型。本征型抗静电涂料是以导电聚合物为成膜物质,目前由于成本高、技术不成熟、工艺复杂等原因限制了其使用,掺杂型抗静电涂料是以绝缘的有机聚合物作为主要成膜物,均匀地掺入导电填料,利用导电填料的导电作用制成抗静电涂料,本研究正是通过向涂料中掺入纳米ATO(掺锑二氧化锡)导电粒子实现了涂料的抗静电性能。

    国内的抗静电涂料存在耐磨性、韧性、耐老化性差,易脱落等问题。针对这些问题,本研究以聚氨酯树脂为主要成膜物,引入—NCO弹性基团,改善了抗静电涂料的韧性和附着性能;但聚氨酯树脂本身的耐候性、抗老化性能较差,为了克服该弊端,向聚氨酯树脂中引入了F原子,由于F原子具有最高的电负性和较小的原子半径,C—F键具有高键能,当氟聚合物暴露在大气中时,阳光几乎对其没有任何影响,涂料的耐候性、抗老化性能得到极大提高。同时含氟聚氨酯树脂具有优良的透波性能,可以确保雷达中无线电波的顺利传播。为了进一步提高涂料的防腐蚀(防雨蚀)、耐磨性能,向涂料中掺入聚四氟乙烯微粉的方法,利用聚四氟乙烯结晶度高、相对分子质量大、分子中没有支链、C—F键能高和F原子对主链起屏蔽作用等结构特点,提高涂料的防腐、耐水、耐磨、耐候等性能。从目前检索到的资料看,该研究工作未见报道。

    2试验部分

    2.1试验原料

    2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇(分析纯),上海华壹生物科技有限公司;全氟辛酸(≥98%),张家港鲁本化工有限公司;双环己基酰亚胺(分析纯),上海索莱宝生物科技有限公司;六亚甲基二异氰酸酯(≥96%),南京东方之珠工贸有限公司;纳米ATO导电粉(平均粒径20~50nm,比表面积70~80m2/g),杭州万景新材料股份有限公司;二氧化钛粉末(纳米级),上海江沪实业有限公司;聚四氟乙烯微粉(120nm),上海丁鼐化工有限公司;超分散剂D-70(工业级)、流平剂BYK(工业级)和防尘助剂FCS-30(工业级),维波斯新材料(潍坊)有限公司;其它试剂均为市售分析纯。

2.2防腐耐磨抗静电涂料的制备

    2.2.1含氟二元醇树脂的制备

    向500mL三口瓶中,加入5.5g2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇(0.050mol)、20.7g全氟辛酸(0.050mol)和8.1g1-羟基苯并三唑(0.060mol),然后加入300mL四氢呋喃,冰浴冷却至0℃,然后加入11.4g双环己基酰亚胺(0.055mol),让其自然升温至室温,反应24h后过滤除去沉淀,减压旋转蒸发除尽四氢呋喃,用乙酸乙酯溶解,稀盐酸洗去过量的2-甲基-2氨基-1,3-丙二醇,用饱和碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠溶液洗至中性,无水硫酸钠干燥,减压旋转蒸发除去部分乙酸乙酯,加入少量石油醚密封,冷冻结晶,制得含氟二元醇产品,产率为87%。按一定比例向另一三口瓶中加入环氧氯丙烷与制备的含氟二元醇,再加入一定量的丙酮,用0.5h滴加一定量的氢氧化钠溶液,80℃减压反应4h得含氟二元醇树脂。

    2.2.2六亚甲基二异氰酸酯缩二脲溶液的制备

    按一定比例向三口瓶中加入六亚甲基二异氰酸酯,开动搅拌,升温至98℃,用5h滴加丁酮-水溶液,之后升温至135℃,保温4h,抽样检测异氰酸酯基的含量为(16.5±0.3)%后,降温至80℃,真空蒸馏回收过量的六亚甲基二异氰酸酯,得黏稠的六亚甲基二异氰酸酯缩二脲产品,加入醋酸丁酯稀释成固体含量为75%的六亚甲基二异氰酸酯缩二脲溶液。

    2.3涂料制备工艺

    涂料制备工艺见图1。

图1 涂料制备工艺

图1 涂料制备工艺

 

    2.4性能检测

    涂料的物理力学性能按照国家标准进行测试。

    采用722型光栅分光光度计测定抗静电膜的透波率,测试光波波段为600nm,空白的PET薄膜的透过率为100%,每种测试采用3组试样平行试验。

    采用ZC-46A型高阻抗计测定涂层的体积电阻率,在100mm×120mm的玻璃钢片单面涂覆涂料,每种测试采用5组试样在100V下做平行试验。

3结果与讨论

    3.1基体树脂的选取

    基体树脂是形成抗静电涂层的骨架和导电、耐磨填料的载体,基体树脂的正确选择,不仅决定涂层的抗静电性能,而且还影响涂层的装饰性、耐候性、黏结性能和力学性能。树脂表面张力的大小,直接影响导电、耐磨填料的润湿与分散,从而影响涂层的导电性能和防腐耐磨性能。

    在常用的树脂中,聚氨酯树脂的表面张力相对较小,对导电填料的润湿分散性好,适宜作为该涂料的基体树脂,同时聚氨酯树脂中含有—NCO弹性基团,能较好地改善涂层的韧性和附着性能。通过对柔性聚酯聚氨酯、芳香族弹性聚氨酯和脂肪族弹性聚氨酯3类树脂的考察发现,脂肪族弹性聚氨酯树脂的性能最好,颜色较浅、透明,韧性好,耐候性和抗老化性也稍好于其它2类。因此决定选用脂肪族弹性聚氨酯为主要成膜物。

    本研究以含氟二元醇树脂为A组分,采用脂肪族六亚甲基二异氰酸酯缩二脲溶液为固化剂,制得了含氟聚氨酯树脂。

    3.2导电填料对涂层电性能的影响

    抗静电涂料的抗静电作用是通过掺入导电填料实现的,所以导电填料ATO含量(质量分数,下同)决定了该涂料的导电性。ATO含量对涂层体积电阻的影响见图2。

ATO含量对涂层体积电阻的影响

ATO含量对涂层体积电阻的影响

 

    由图2可知,随着ATO含量的增大,涂料体积电阻率降低,涂料的抗静电性能不断提高。当ATO粒子含量达到10%左右时,曲线突然急剧下降,导电性迅速提高,这是因为当ATO含量较低时,ATO粒子之间的接触或接近已形成导电通道的机会较小,此时基体树脂含量高,黏滞力大,也不利于导电粒子的运动,涂层的体积电阻率较高;当ATO粒子的含量达到某一临界值时,涂料中才形成空间网络即导电通道,从而使得涂料的导电性迅速提高;当ATO粒子的含量达到30%时,涂料的导电性变化几乎趋于平缓,进一步增加ATO的含量,对于涂料体积电阻率的改善没有很大帮助。因此,确定ATO粒子的最佳加入量为30%。

    3.3分散剂对涂层电性能的影响

    掺杂型抗静电涂料是将导电填料直接分散于基体树脂中掺和而成的,由于基体树脂为有机聚合物,而导电填料为无机粒子,这种结构性差异使得基体树脂和导电填料间的分散性不良,难以形成均相体系,从而影响其导电性能。因此,为了改善涂料的性能,常需要加入分散剂。分散剂的加入量对涂层体积电阻率的影响见图3。

图3 分散剂的加入量对涂层体积电阻率的影响

图3 分散剂的加入量对涂层体积电阻率的影响

 

    由图3可知,涂层体积电阻率随分散剂D-70加入量的增加先明显下降后又升高。当分散剂的加入量达到0.8%~1.0%时,涂层的体积电阻率相对较小且较稳定,因此确定分散剂的加入量为0.8%~1.0%。

3.4聚四氟乙烯微粉的加入量对涂层性能的影响

    抗静电涂料一般要求涂层具有防腐蚀(防雨蚀)、耐磨、耐候、耐老化和耐高温等性能,为了提高涂层的这些性能,采用向涂料中添加聚四氟乙烯微粉的方法,利用聚四氟乙烯具有乙烯结晶度高、相对分子质量大、分子中没有支链、C—F键能高和F原子对主链起屏蔽作用等结构特点,提高涂料的防腐、耐水、耐磨、耐候、耐高温等性能。聚四氟乙烯微粉加入量对涂料性能的影响见表1。

表1 聚四氟乙烯微粉加入量对涂料性能的影响

表1 聚四氟乙烯微粉加入量对涂料性能的影响

 

    由表1可知,随着聚四氟乙烯微粉用量的增加,涂层的耐磨性、防腐性、耐水性、耐高温性能均逐渐提高;但是随着聚四氟乙烯微粉加入量的增多,涂料的黏度会迅速提高,导致流动性变差。综合涂料性能和经济效益,确定聚四氟乙烯微粉的加入量以45%~50%为宜。

    3.5涂层的物理力学性能

    涂层的物理力学性能见表2。

表2 涂层的物理力学性能

表2 涂层的物理力学性能

 

    4结语

    以含氟二元醇树脂、六亚甲基二异氰酸酯缩二脲溶液为原料,二月桂酸二丁基锡为催化剂制备了含氟聚氨酯树脂,并以其为基本成膜物,并掺入耐高温填料二氧化钛、导电填料纳米ATO、聚四氟乙烯微粉,同时加入分散剂等助剂制备了雷达罩用新型抗静电防腐耐磨涂料。

    该涂料不仅具有优良的抗静电性、弹性及良好的附着力,同时还具有很好的耐腐蚀性、耐老化性和耐磨性,是一类新型的多功能涂料。

文章编辑:【兰格钢铁网】www.lgmi.com
   关闭窗口

【相关文章】

  • 雷达罩用新型抗静电防腐耐磨涂料的研制