一种用于芳纶复合材料的防护涂料及其使用方法和基于其的防护涂层与流程

2021-02-02 16:02:06|

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本发明属于芳纶复合材料防护涂层技术领域，涉及一种用于芳纶复合材料的防护涂料及其使用方法和基于其的防护涂层。

背景技术：

芳纶复合材料中的芳纶纤维是由各向异性液晶纺丝制成，对紫外线敏感，长期暴露在阳光下会导致降解，强度损失很大；另一方面芳纶纤维是一类对苯二甲酰对苯二胺的聚合体，由于其结构特性，耐水性差、吸湿率高，也会导致芳纶复合材料降解，使得芳纶材料的性能下降。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于芳纶复合材料的防护涂料及其使用方法和基于其的防护涂层，实现了芳纶复合材料紫外线防护涂层制备和使用，提高了芳纶复合材料在实际使用中对紫外线和高湿度环境中的材料稳定性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种用于芳纶复合材料的防护涂料，所述防护涂层中各原料组分的质量比如下：

环氧树脂、固化剂、氧化铝、碳化硅和二氧化硅的质量比为(14～18):(8～12):(5～15):(10～20):(15～30)。

优选地，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂，其环氧当量为175～200g/mol。

优选地，所述固化剂为胺类固化剂。

优选地，所述氧化铝为粒径为0.02～0.03mm的氧化铝粉末，所述碳化硅为粒径为0.01～0.02mm的碳化硅粉末，所述二氧化硅为粒径为0.01～0.02mm的二氧化硅粉末。

本发明公开了基于上述用于芳纶复合材料的防护涂料的使用方法，包括以下步骤：

a)配制用于芳纶复合材料的防护涂料：先将固化剂均匀分散于环氧树脂中，然后依次加入氧化铝、碳化硅和二氧化硅，混合均匀至无块状物，制得用于芳纶复合材料的防护涂料；其中，环氧树脂、固化剂、氧化铝、碳化硅和二氧化硅的质量比为(14～18):(8～12):(5～15):(10～20):(15～30)；

b)芳纶复合材料表面处理：将芳纶复合材料的待涂敷区域经打磨处理后，清洗干燥，得到表面处理后的芳纶复合材料；

c)防护涂料的涂敷：将配置好的用于芳纶复合材料的防护涂料在室温环境中均匀涂覆于表面处理后的芳纶复合材料上，得到待固化器件；

d)将所得待固化器件表面的用于芳纶复合材料的防护涂料固化后，得到用于芳纶复合材料的防护涂层。

优选地，步骤a)中，混合操作的温度为18～25℃。

优选地，步骤c)中，采用多次分层式涂覆操作，每一层的常温晾放时间为5～10min。

优选地，步骤d)中，固化条件为(15～35)℃下放置72～96h，或在(36～40)℃下放置5～8h。

本发明还公开了采用上述使用方法得到的防护涂层，所述防护涂层固化于芳纶复合材料表面，所述防护涂层由环氧树脂、固化剂、氧化铝、碳化硅和二氧化硅混合固化制得；

其中，环氧树脂：固化剂：氧化铝：碳化硅：二氧化硅的质量比为(14～18):(8～12):(5～15):(10～20):(15～30)。

优选地，所述防护涂层的厚度为(0.2～0.4)mm；

所述防护涂层与芳纶复合材料的结合强度为1.0～2.0mpa；在紫外线照射下保持7d不老化，不失效。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种用于芳纶复合材料的防护涂料，该涂料通过使用无机填料，利用反射或衍射等机制，能够有效降低紫外线对芳纶复合材料的影响；通过配合环氧树脂能够使得最终制得的芳纶复合材料的防护涂料固化后形成的防护涂层，具有良好的耐水性同时，采用的环氧树脂与芳纶复合材料基底具有良好匹配性，可形成良好的结合力，有利于防护涂料和基体材料的使用稳定性。因此本发明公开的一种用于芳纶复合材料的防护涂料，能够实现与芳纶复合材料的有效结合，并提高了芳纶材料在紫外线和高湿度使用环境中的材料性能，延长了芳纶材料器件的使用寿命。

本发明还公开了上述用于芳纶复合材料的防护涂料的使用方法，该使用方法操作简单。固化操作不需要大型空气循环烘箱，对于一般具备表面施工能力的使用现场能够简单快速的实现防护涂料的涂覆和固化。

本发明还公开了基于上述芳纶复合材料的防护涂层。所述防护涂层中通过哪种机制，实现了对紫外线和高湿度环境的适用，提高了对基体的芳纶复合材料的使用防护。经相关测试验证表明，防护涂层的厚度为(0.2～0.4)mm的什么效果最好，且防护涂层与芳纶复合材料的结合强度能够达到(0.1～2.0)mpa，因此在复杂大气及日光暴晒下对芳纶复合材料能起到很好的防护作用，大大提高了材料的使用寿命和稳定性。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明公开了一种用于芳纶复合材料的防护涂料及其使用方法和基于其的防护涂层具体包括以下内容：

1.一种用于芳纶复合材料的防护涂料，所述防护涂料中各原料组分的质量比如下：

环氧树脂：固化剂：氧化铝：碳化硅：二氧化硅的质量比为(14～18):(8～12):(5～15):(10～20):(15～30)。

其中，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂，其环氧当量为175～200g/mol；所述固化剂为胺类固化剂，具体可选择脂肪族胺类固化剂；所述氧化铝为粒径为0.02～0.03mm的氧化铝粉末；所述碳化硅为粒径为0.01～0.02mm的碳化硅粉末；所述二氧化硅为粒径为0.01～0.02mm的二氧化硅粉末。

2.上述用于芳纶复合材料的防护涂料的使用方法，具体包括以下内容：

用于芳纶复合材料的防护涂料的配制-芳纶复合材料表面处理-防护涂料的涂敷-防护涂料固化后得到基于其的防护涂层-拉伸试验验证。

a)芳纶复合材料防护涂层的配制方法，其步骤是：

(1)防护涂层是由环氧树脂(环氧当量为175～200g/mol)、固化剂(胺类)以及氧化铝粉末、碳化硅粉末、二氧化硅粉末组成。

(2)将上述环氧树脂：固化剂：氧化铝粉末：碳化硅粉末：二氧化硅粉末按质量比为(14～18):(8～12):(5～15):(10～20):(15～30)的比例进行称量，称量后将环氧树脂与固化剂用玻璃棒等工具充分搅拌，并依次加入氧化铝粉末、碳化硅粉末和二氧化硅粉末，混合至无块状物质为止，制备环境温度应在18～25℃之间。

b)芳纶复合材料表面处理：将芳纶复合材料待涂敷区域用砂纸打磨以去除纤维表面树脂层并采用有机溶剂清洗，以免表面污垢影响防护涂层与复合材料结合强度。

c)防护涂层的涂敷：在芳纶复合材料待涂敷区域采用不掉毛的毛刷涂敷防护涂层。

采用多次分层式涂覆操作，每一层的晾放时间不超过10min。

涂敷工艺关键参数控制：因该防护涂层为室温固化型，且涂敷过程中容易流淌，防护涂层厚度控制在(0.2～0.4)mm为宜。

d)防护涂层的固化：在防护涂层涂敷完且无漏涂的情况下，在规定的室温条件下，按要求固化。

固化条件为(15～35)℃下放置72～96h，或在(36～40)℃下放置5～8h。

经实验测试表明，上述方法制得的防护涂层的厚度为(0.2～0.4)mm。

3.本发明还进行了检验及拉伸试验

为了保证防护涂层和芳纶复合材料结合强度制定了钮扣拉伸强度试验方法。

防护涂料固化后其表面应无漏涂、剥落、裂纹等缺陷，非涂敷区域不应有残留的防护涂料。为了保证防护涂层和芳纶复合材料结合强度，采用防护涂层拉伸强度纽扣试棒进行了《gb/t11211-2009gb/t11211-2009硫化橡胶或热塑性橡胶与金属粘合强度的测定二板法》的拉伸强度测试，经试验表明，当拉伸强度不小于1.3mpa时，防护涂层与芳纶复合材料间的结合强度可满足使用要求。可达到对紫外线(经《gjb150.7军用设备环境试验方法太阳辐射试验》进行试验检测)和水气(经《gjb150.8a-2009军用装备实验室环境试验方法第8部分:淋雨试验》进行试验检测)的防护，并实现保护芳纶复合材料的目的。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

a)芳纶复合材料防护涂料的配制方法，其步骤是：

防护涂层是由环氧树脂(环氧当量175g/mol)、固化剂(脂肪族胺)以及氧化铝粉末、碳化硅粉末、二氧化硅粉末混合固化制成。

其中，环氧树脂：固化剂：氧化铝粉末：碳化硅粉末：二氧化硅粉末按质量比为14：8：5：10：15的比例进行称量，称量后将环氧树脂与固化剂用玻璃棒等工具充分搅拌，并依次加入氧化铝粉末、碳化硅粉末和二氧化硅粉末，混合至无块状物质为止，制备环境温度应在18℃。

c)防护涂料的涂敷：在芳纶复合材料待涂敷区域采用不掉毛的毛刷涂敷防护涂层。采用多次分层式涂覆操作，每一层的晾放时间为10min。

d)防护涂层的固化：在防护涂层涂敷完且无漏涂的情况下，在规定的室温条件下，按要求固化，得到用于芳纶复合材料的防护涂层。

固化条件为15℃下放置96h。

涂敷工艺关键参数控制：因该防护涂料为室温固化型，且涂敷过程中容易流淌，经上述方法所得的防护涂层的厚度为0.2mm。

本发明还进行了《gb/t11211-2009gb/t11211-2009硫化橡胶或热塑性橡胶与金属粘合强度的测定二板法》的钮扣拉伸强度试验，实验表明所述防护涂层与芳纶复合材料的结合强度为1.0mpa。针对涂覆有防护涂层的芳纶复合材料，进行了抗紫外性能以及防水性能的测试，表明在波长0.28～3.00μm范围内可承受长期辐射，在紫外线照射下保持7d不老化，不失效。经《gjb150.8a-2009军用装备实验室环境试验方法第8部分:淋雨试验》雨淋试验结束后，涂层没有出现掉块，或从芳纶复合材料表面脱落，因此具有良好耐水性。

实施例2

a)芳纶复合材料防护涂层的配制方法，其步骤是：

防护涂层是由环氧树脂(环氧当量200g/mol)、固化剂(脂肪族胺类)以及氧化铝粉末、碳化硅粉末、二氧化硅粉末组成。

其中，环氧树脂：固化剂：氧化铝粉末：碳化硅粉末：二氧化硅粉末按质量比为18：12：15：20：30的比例进行称量，称量后将环氧树脂与固化剂用玻璃棒等工具充分搅拌，并依次加入氧化铝粉末、碳化硅粉末和二氧化硅粉末，混合至无块状物质为止，制备环境温度在25℃。

c)防护涂料的涂敷：在芳纶复合材料待涂敷区域采用不掉毛的毛刷涂敷防护涂层。采用多次分层式涂覆操作，每一层的晾放时间为5min。

d)防护涂层的固化：在防护涂层涂敷完且无漏涂的情况下，在规定的室温条件下，按要求固化，得到用于芳纶复合材料的防护涂层。

固化条件为35℃下放置72h。

涂敷工艺关键参数控制：因该防护涂料为室温固化型，且涂敷过程中容易流淌，经上述方法所得的防护涂层的厚度为0.4mm。

本发明还进行了《gb/t11211-2009gb/t11211-2009硫化橡胶或热塑性橡胶与金属粘合强度的测定二板法》的钮扣拉伸强度试验，实验表明所述防护涂层与芳纶复合材料的结合强度为2.0mpa。针对所得涂覆有防护涂层的芳纶复合材料，进行了抗紫外性能以及防水性能的测试，表明在波长0.28～3.00μm范围内可承受长期辐射，在紫外线照射下保持7d不老化，不失效。经《gjb150.8a-2009军用装备实验室环境试验方法第8部分:淋雨试验》雨淋试验结束后，涂层没有出现掉块，或从芳纶复合材料表面脱落，因此具有良好耐水性。

实施例3

a)芳纶复合材料防护涂层的配制方法，其步骤是：

防护涂层是由环氧树脂(环氧当量185g/mol)、固化剂(脂肪族胺类)以及氧化铝粉末、碳化硅粉末、二氧化硅粉末组成。

其中，环氧树脂：固化剂：氧化铝粉末：碳化硅粉末：二氧化硅粉末按质量比为16：10：10：15：20的比例进行称量，称量后将环氧树脂与固化剂用玻璃棒等工具充分搅拌，并依次加入氧化铝粉末、碳化硅粉末和二氧化硅粉末，混合至无块状物质为止，制备环境温度应在20℃。

c)防护涂料的涂敷：在芳纶复合材料待涂敷区域采用不掉毛的毛刷涂敷防护涂层。采用多次分层式涂覆操作，每一层的晾放时间为8min。

d)防护涂层的固化：在防护涂层涂敷完且无漏涂的情况下，在规定的室温条件下，按要求固化，得到用于芳纶复合材料的防护涂层。

固化条件为20℃下放置80h。

涂敷工艺关键参数控制：因该防护涂料为室温固化型，且涂敷过程中容易流淌，经上述方法所得的防护涂层的厚度为0.3mm。

本发明还进行了《gb/t11211-2009gb/t11211-2009硫化橡胶或热塑性橡胶与金属粘合强度的测定二板法》的钮扣拉伸强度试验，实验表明所述防护涂层与芳纶复合材料的结合强度为1.4mpa。针对所得涂覆有防护涂层的芳纶复合材料，进行了抗紫外性能以及防水性能的测试，表明在波长0.28～3.00μm范围内可承受长期辐射，在紫外线照射下保持7d不老化，不失效。经《gjb150.8a-2009军用装备实验室环境试验方法第8部分:淋雨试验》雨淋试验结束后，涂层没有出现掉块，或从芳纶复合材料表面脱落，因此具有良好耐水性。

实施例4

a)芳纶复合材料防护涂层的配制方法，其步骤是：

防护涂层是由环氧树脂(环氧当量185g/mol)、固化剂(脂肪族胺类)以及氧化铝粉末、碳化硅粉末、二氧化硅粉末组成。

其中，环氧树脂：固化剂：氧化铝粉末：碳化硅粉末：二氧化硅粉末按质量比为18：10：15：15：20的比例进行称量，称量后将环氧树脂与固化剂用玻璃棒等工具充分搅拌，并依次加入氧化铝粉末、碳化硅粉末和二氧化硅粉末，混合至无块状物质为止，制备环境温度应在22℃。

c)防护涂料的涂敷：在芳纶复合材料待涂敷区域采用不掉毛的毛刷涂敷防护涂层。采用多次分层式涂覆操作，每一层的晾放时间为6min。

d)防护涂层的固化：在防护涂层涂敷完且无漏涂的情况下，在规定的室温条件下，按要求固化，得到用于芳纶复合材料的防护涂层。

固化条件为40℃下放置5h。

涂敷工艺关键参数控制：因该防护涂料为室温固化型，且涂敷过程中容易流淌，经上述方法所得的防护涂层的厚度为0.2mm。

本发明还进行了《gb/t11211-2009gb/t11211-2009硫化橡胶或热塑性橡胶与金属粘合强度的测定二板法》的钮扣拉伸强度试验，实验表明所述防护涂层与芳纶复合材料的结合强度为1.8mpa。针对所得涂覆有防护涂层的芳纶复合材料，进行了抗紫外性能以及防水性能的测试，表明在波长0.28～3.00μm范围内可承受长期辐射，在紫外线照射下保持7d不老化，不失效。经《gjb150.8a-2009军用装备实验室环境试验方法第8部分:淋雨试验》雨淋试验结束后，涂层没有出现掉块，或从芳纶复合材料表面脱落，因此具有良好耐水性。

实施例5

a)芳纶复合材料防护涂层的配制方法，其步骤是：

防护涂层是由环氧树脂(环氧当量180g/mol)、固化剂(脂肪族胺类)以及氧化铝粉末、碳化硅粉末、二氧化硅粉末组成。

其中，环氧树脂：固化剂：氧化铝粉末：碳化硅粉末：二氧化硅粉末按质量比为14：12：15：15：15的比例进行称量，称量后将环氧树脂与固化剂用玻璃棒等工具充分搅拌，并依次加入氧化铝粉末、碳化硅粉末和二氧化硅粉末，混合至无块状物质为止，制备环境温度应在18℃。

c)防护涂料的涂敷：在芳纶复合材料待涂敷区域采用不掉毛的毛刷涂敷防护涂层。采用多次分层式涂覆操作，每一层的晾放时间为10min。

d)防护涂层的固化：在防护涂层涂敷完且无漏涂的情况下，在规定的室温条件下，按要求固化，得到用于芳纶复合材料的防护涂层。

固化条件为36℃下放置8h。

涂敷工艺关键参数控制：因该防护涂料为室温固化型，且涂敷过程中容易流淌，经上述方法所得的防护涂层的厚度为0.2mm。

本发明还进行了《gb/t11211-2009gb/t11211-2009硫化橡胶或热塑性橡胶与金属粘合强度的测定二板法》的钮扣拉伸强度试验，实验表明所述防护涂层与芳纶复合材料的结合强度为1.0mpa。针对所得涂覆有防护涂层的芳纶复合材料，进行了抗紫外性能以及防水性能的测试，表明在波长0.28～3.00μm范围内可承受长期辐射，在紫外线照射下保持7d不老化，不失效。经《gjb150.8a-2009军用装备实验室环境试验方法第8部分:淋雨试验》雨淋试验结束后，涂层没有出现掉块，或从芳纶复合材料表面脱落，因此具有良好耐水性。

实施例6

a)芳纶复合材料防护涂层的配制方法，其步骤是：

防护涂层是由环氧树脂(环氧当量195g/mol)、固化剂(脂肪族胺类)以及氧化铝粉末、碳化硅粉末、二氧化硅粉末组成。

其中，环氧树脂：固化剂：氧化铝粉末：碳化硅粉末：二氧化硅粉末按质量比为14：8：15：15：20的比例进行称量，称量后将环氧树脂与固化剂用玻璃棒等工具充分搅拌，并依次加入氧化铝粉末、碳化硅粉末和二氧化硅粉末，混合至无块状物质为止，制备环境温度应在18℃。

c)防护涂料的涂敷：在芳纶复合材料待涂敷区域采用不掉毛的毛刷涂敷防护涂层。采用多次分层式涂覆操作，每一层的晾放时间为10min。

d)防护涂层的固化：在防护涂层涂敷完且无漏涂的情况下，在规定的室温条件下，按要求固化，得到用于芳纶复合材料的防护涂层。

固化条件为37℃下放置7h。

涂敷工艺关键参数控制：因该防护涂料为室温固化型，且涂敷过程中容易流淌，经上述方法所得的防护涂层的厚度为0.2mm。

具体地，在上述实施例中，所采用的环氧树脂牌号为e44或e51，所用脂肪族胺类固化剂，如乙二胺或d-8固化剂。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

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