航空复合材料结构用纳米钛粉改性底漆的制备及性能研究

【类型】学位论文

【作者】李家艮 

【关键词】 航空复合材料 纳米改性涂层 底漆 原位聚合 制备和性能

【摘要】高性能航空复合材料在现代航空器的承力和非承力结构中得到了广泛应用。民航飞机复合材料表层结构所用的底漆涂层必须具备优异的综合性能,国外已实现相关材料的系列化和产业化,但国内还存在较大差距。本文针对这类底漆的制备及底漆涂层综合性能表征方面的问题开展了较为系统的研究,提出了引入环境友好的纳米钛粉添加剂制备改性涂料并形成高性能改性涂层的新思路,主要研究内容及研究结果包括：提出了采用经过硅烷偶联处理及经过高聚物接枝包覆的纳米钛粉改性传统航空底漆的材料制备理论。利用KH-560硅烷对纳米钛粉进行偶联处理,以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂,通过原位聚合方法制备了纳米钛/聚丙烯酰胺(纳米Ti/PAM)复合粒子。运用XPS、TEM、FTIR等测试手段对粉体材料进行表征,研究了偶联处理和原位聚合包覆对纳米钛粉在M03环氧树脂稀释液中分散能力的影响,并对偶联处理和原位聚合包覆处理机理进行了探讨。结果表明,核壳结构的纳米Ti/PAM复合粒子粉体颗粒间不易团聚,亲油性增加,将其分散在M03环氧树脂稀释液中之后混合液出现可目视观察的初始沉淀在20h以上,且混合液中固体颗粒的分散状态较为稳定。对纳米粒子表面处理技术和纳米粒子与航空环氧底漆基料的复合技术进行了实验研究,并针对涂层在民航实际应用所需的性能优化了工艺参数。研究了纳米改性底漆的具体功能定位和实现途径,筛选了纳米钛粉的具体类型；研究了纳米钛粒子表面处理工艺参数对底漆耐擦洗性能的影响规律,优化获得了纳米钛粉的最佳添加量；利用AKzoNobel公司的民机复合材料结构表面专用20P20-3聚氨酯改性环氧底漆为原料,采用特种纳米钛粉添加剂和其它助剂,通过表面处理和纳米复合改性技术,在保留20P20-3原有优秀性能和适航性的基础上,形成底漆的电磁波屏蔽、涂膜强度升高、雷达波信号增强等综合应用性能,为民机复合材料结构用国产高性能航空涂层的研制提供理论依据。利用现代材料表征方法建立了民航飞机复合材料结构表面用高性能改性涂层的性能体系。通过实验研究了不同纳米钛粉添加量下改性底漆固化样品的冲击强度和拉伸强度；揭示了不同纳米钛粉添加量下改性底漆涂层的涂膜强度。研究了改性底漆对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料(Glass Fiber Enhanced Polymer, GFEP)飞机机身典型结构样品电磁屏蔽性能的影响；并对涂层腐蚀机理、电磁屏蔽原理和电磁效能进行了探讨；研究结果表明,在300kHz-1.5GHz的测试范围内,涂覆改性底漆的测样品品的电磁屏蔽效能良好,达到9.5-29.7dB；采用变速搅拌和超声波辅助分散方法获得的纳米粒子分散效果明显优于单纯采用砂磨的分散工艺。研究并优化了纳米钛粉改性底漆的涂装工艺。研究了温度条件对漆料粘度的影响规律；从漆料混合、漆料过滤、喷漆压力等角度研究了涂装工艺参数对纳米改性涂层涂装质量的影响规律；探讨了民机复合材料结构表面漆层喷涂的操作流程和工艺细节,优化了涂装工艺参数,形成了贴近生产实际的涂装工艺指导文件。开展了纳米钛粉改性底漆涂层的综合性能研究。在制备高性能复合底漆的基础上,以民机特殊的运行环境为参照标准,从保护性、耐久性、附着力、相容性、环境友好性等角度对制备的纳米改性底漆涂层的综合性能进行了实验表征研究,优化获得了适宜的高性能航空复合材料结构用纳米钛粉改性底漆涂层。基本建立起了纳米改性底漆涂层的性能体系,形成了指导实际生产的涂层性能检测方法和参数标准。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】中国民用航空飞行学院

【学位授予年度】2016

【导师姓名】李梦，赵欣

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