下载文档原格式
环保型化铣保护涂料的研制及应用作者：李蓓张震李丽来源：《中国科技纵横》2012年第11期摘要：介绍了环保型化铣保护涂料的研制及应用,选用SBS树脂为主成膜物,辅以聚异丁烯和螯合酚醛树脂进行物理改性,再加入补强材料、其它助剂及碳酸酯类为主的混配溶剂,制得环保型化铣保护涂料。
该涂料耐酸碱性好,剥离强度大小适中,涂膜均匀透明,成膜物可在溶剂中溶解,实现了保护胶成膜物的重复使用。
关键词：环保化铣涂料成膜物1、前言化学铣切加工是利用化学溶液对工件表面进行腐蚀的一种加工技术。
可剥性保护涂料是化铣过程中不可缺少的重要材料,在化铣加工过程中起到暂时的保护作用,满足化铣工艺要求,具有极好的抗化学腐蚀性,化铣工序完成后成膜物易于整张剥除。
可剥性保护涂料用途广泛,可用于飞机制造、机械加工、电子行业、电镀、阳极氧化等化学表面处理。
可剥性保护涂料的作用是涂覆于不需加工的金属及非金属表面保护工件。
2、环保型化铣保护涂料的组成及特点2.1 成膜材料[1]用SBS树脂为主成膜物,辅以聚异丁烯和改性酚醛树脂进行物理改性。
经改性后的成膜物致密性好,有足够的附着力,又能容易剥离,还有极好的抗化学腐蚀性。
该可剥胶的成膜物可室温固化,耐热,耐腐蚀,柔韧性优异,并且该可剥胶的成膜物可在溶剂中溶解,实现了保护胶成膜物的重复使用,降低了生产成本,对环境无污染。
2.2 溶剂[2]溶剂的挥发速度直接影响到胶膜材料析出的顺序和结晶的排列情况,从而对胶膜的强度产生影响,溶剂的选择原则是溶质和溶剂的溶解度参数相近。
复合溶剂体系更有利于胶料的溶解。
根据上述理论我们选择复合溶剂体系,在复合溶剂体系依据挥发度高的溶剂对胶膜材料部分溶解,挥发度低的溶剂能溶解全部组分的原则,使胶膜的组分随溶剂挥发由凝胶态到结晶均匀析出。
通过试验我们选用目前国际流行的碳酸酯类和乙醇等为溶剂,选用的混合溶剂挥发速度适中,溶解能力强,流平好,使胶膜的表观性得到很好的保证。
2.3 补强材料[3]单独使用成膜材料,存在着胶膜延伸率高的缺点,会在工艺中造成诸多不便,如(1)剥胶时不易整张剥除;(2)化铣时,由于膜偏软,在化铣过程中产生氢气流的冲击下易振动,造成浸蚀比值过大;(3)涂刷中体系流平性差,影响胶膜的均匀平整。
高性能化学铣切临时保护涂料的研制李文凯; 王李军; 周如东; 陆文明; 王洪双【期刊名称】《《涂料工业》》【年(卷),期】2019(049)007【总页数】5页(P26-29,33)【关键词】剥离强度; 化学铣切; SBS改性; 临时保护涂料【作者】李文凯; 王李军; 周如东; 陆文明; 王洪双【作者单位】中海油常州环保涂料有限公司江苏常州213012【正文语种】中文【中图分类】TQ630化学铣切是通过化学溶液均匀腐蚀工件裸露部位，从而获得所需要加工尺寸和工艺精度的一种无刀具、无切屑的特种加工工艺[1]。
其在某些方面比机械铣切更有优势，主要表现在可加工特薄、易变形、大面积零件，不受金属材料状态影响，可直接加工成整体结构，不产生应力，零件无变形，生产效率高。
而临时保护涂料是在化学铣切过程中对不需要铣切的部位进行保护，化学铣切工序完成后再去除该保护层。
国外航空、航天工业使用的化学铣切保护可剥性涂料主要是以TURCO5580G 和AC-850 化学铣切保护涂料等为代表的德国汉高、美国Adcoat 公司产品[2]。
随着我国航空、航天工业的发展需要，在国内有关科研单位和生产厂家共同协作下，先后研制了几种化学铣切胶[3]。
第1代化学铣切保护可剥性涂料是氯丁胶，第2代是以丁苯胶为代表的化学铣切保护可剥性涂料，前2代化学铣切保护可剥性涂料“漏蚀”问题比较严重，且工艺复杂，在航空企业中未获得推广使用。
第3代是以热塑性SBS弹性体为代表的合成橡胶，以其制备的临时保护可剥性涂料施工工艺简单，但存在耐热性不高、附着力不稳定等缺点[2]。
SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的共聚物，自身既包含了聚苯乙烯（PS）相的塑料结构，又包含了聚丁二烯（PB）相的橡胶结构，微观上两相分离[4]。
其聚丁二烯段形成橡胶相，聚苯乙烯段形成微区分散在橡胶相中且对聚丁二烯起着物理交联作用，因而其状态随温度或溶剂的变化有可逆性，非常适合作为化学铣切临时保护涂料的基料。
铝合金的化学铣切加工摘要：化铣是利用强腐蚀溶液，借助有效的保护措施将成形后的零件不需要的部分去除，从而获得零件所需尺寸和形状，是一种特种加工工艺方法。
另外，化铣加工不产生切削应力，非常适用于超薄、易变形和大面积零件，它是飞机制造和武器装备发展中不可缺少的一种关键技术。
本文详细分析了铝合金的化学铣切加工工艺。
关键词：铝合金；化学铣切；工艺化学铣切加工（简称化铣）是依靠化学溶液对金属工件表面溶解的一种加工技术，即利用化学溶解的方法加工工件。
由于化铣不产生切削应力，可加工特薄、易变形、大面积的零件，并能减轻结构重量，减少工艺装备，缩短生产周期，因此，其应用越来越广泛，已成为制造飞机、宇宙飞船、火箭结构的低温贮箱和电子计算机大规模集成电路元件处理中不可替代的加工方法。
一、铝合金概述铝合金是以铝为基的合金总称，主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。
铝合金作为轻质金属结构材料，具有很多优良的物理、化学和力学性能，其比强度高、密度小，导热、导电性能好，色泽美观，耐蚀性优良，并且能承受较大的冲击载荷，具有优良的切削加工性能，因此，广泛地应用于工业生产、航空航天及军事国防等各个领域。
二、铝合金化学铣切简介化学铣切简称化铣，也叫做化学加工、湿腐蚀等，是一种相当古老的非传统加工工艺，它是将金属材料要加工的部位暴露在化学介质中进行腐蚀，而不需加工的部位则保护起来，以获得零件所需要的尺寸及形状。
化学铣切与一般的机械加工有着本质区别，它是利用化学或电化学腐蚀原理加工零件，通过对化铣液有效的控制，从工件上预先确定的部位、范围及深度上除去基体材料，以获得所需的加工尺寸和尺寸精度，被加工的零件可整个表面蚀除，也可有选择、多台阶或成锥度地蚀除。
化学铣切加工是对机械加工的补充和发展，弥补了机械加工所不及的范围，值得在实践上推广应用。
铝合金化学铣切是现代航空材料加工方法中一种必不可少的加工方法，对成型零件加工可靠又有效，以其加工无应力的特点，应用越来越广泛。
第50卷第11期 2020年11月涂料工业PAINT & COATINGS INDUSTRYVol. 50 No. 11Nov. 2020钛合金化学铣切室温固化可剥离性涂料的研制及其性能研究李光华、刘刚2,彭叔森2,龙小鹏1(1.广东江门市华采源新材料有限公司，广东江门5290601;2.南昌航空大学，南昌330063)摘要：为使钛合金长时间浸泡在化学铣切加工液中不被漏蚀，实验选用过氯乙烯树脂为主要 成膜物、有机硅改性环氧树脂材料和有机包核绿色颜料为次要成膜物、改性硅油和天然抗氧化剂为 添加剂，制备了一种室温固化可剥离性涂料，并对其机械性能、可剥离性能、耐盐水浸泡性能进行研 究。
研究表明，涂料中次要成膜物I和添加剂A主要提升涂层的可剥离性，提升涂层强度与韧性;邻 苯二甲酸二丁酯能够提高涂料涂层的塑性，降低拉伸强度；苯并三氮和添加剂B起缓蚀作用；同时添 加剂B能改善涂料流动性，防止涂层老化。
研制的涂料可在室温下固化，具有良好的塑性、可剥离性、拉伸强度及耐盐水浸泡性能。
关键词：室温固化;可剥离性;钛合金;化学铣切中图分类号：T Q637. 2 文献标识码：A文章编号：0253-4312(2020)11-0051-06doi：10. 12020/j.issn.0253-4312. 2020. 11.51Preparation and Properties of Room Temperature CuringPeelable CoatingsLi G u a n g h u a1,Liu G a n g2,P e n g S h u s e n2,L o n g X i a o p e n g1(1. Guangdong Jiangmen Huacaiyuan New Material Co., Ltd., Jiangmen,Guangdong529060, China;2.Nanchang Hangkong University,Nanchang330063 ,China)A b s t r a c t：In order to prevent titanium alloy f r o m leakage a n d corrosion w h e n i m m e r s e d in chemi c a l milling processing fluid for long t i m e,a r o o m tempe r a t u r e curable strippable coatings w a s prepared b y using perchloroethylene resin as m a i n film-f o r m e r,silicone modified epo x y resin a n d organically coated green p i g m e n t as s e c o n d a r y film-f o r m e r,modified silicone oil a n d natural antioxidant as additives.Its m e c h a n i c a l properties,peeling properties a n d salt water i m m e r s i o n resistance w e r e studied.T h e results s h o w e d that the s e c o n d a r y film-f o r m e r 1 a n d additive provided a m a j o r i m p r o v e m e n t of the peelability of the coatings film a n d e n h a n c e d the strength a n d toughness of the coatings f i l m;dibutyl phthalate could i m p r o v e the plasticity of the coatings a n d r e d u c e the tensile strength;benzotriazine a n d additiveB play e d a role in corrosion inhibition;at the s a m e t i m e,additive B could i m p r o v e the fluidity of the coatings a n d prevent the coatings film fro m a g i n g.T h e d e v e l o p e d coatings c a n b e c u r e d at r o o m tempe r a t u r e a n d provided g o o d plasticity,strippability,tensile strength a n d saline i m m e r s i o n resistance.K e y w o r d s：r o o m temperature c u r i n g;peelability;titanium alloy;c h e m i c a l milling李光华等:钛合金化学铣切室温固化可剥离性涂料的研制及其性能研究剥离性涂料广泛用于金属材料表面的保护、防 锈或防腐蚀、防污等Ul。
第26卷 第5期2006年10月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTI CAL MATER I A LSVol .26,No .5Oct ober 2006热塑弹性体铝合金化学铣切保护涂料的研制王云英1,2,孟江燕2,林 翠2(1.西北工业大学理学院,西安710072;2.南昌航空工业学院材料科学与工程学院,南昌330034)摘要:采用热塑性弹性体为基体材料制备不同配方的铝合金化学铣切保护涂料。
实验包括涂料中酚醛树脂的合成,涂料的制备。
所做涂料的性能考核包括外观、粘度、固体含量、抗张性、断裂伸长率、浸蚀比、致密性、剥离强度等。
最后与美国同类产品性能对比。
研究表明,自制的铝合金化学铣切保护涂料的涂膜透明均匀、剥离强度大小适中、耐强碱,满足化学铣切工艺要求,也基本上与美国同类产品性能相当。
关键词:铝合金;化学铣切;保护涂料;热塑性弹性体中图分类号:T Q630.79 文献标识码:A 文章编号:100525053(2006)0520070203收稿日期:2005211223;修订日期:2006204218基金项目:南昌航空工业学院资助项目“铝合金化学铣切工艺用保护涂层”(EC200501010)作者简介:王云英,(1963—),女,博士研究生,副教授,研究方向为保护涂料和航空用胶粘剂。
化学铣切加工(简称化铣)是依靠化学溶液对金属工件表面溶解的一种加工技术,化铣保护涂料是一种可剥性涂料,在化铣加工过程中对不须要铣切的部位起到暂时的保护作用,化铣工序完成后再去除该保护层[1～4]。
世界各国对保护涂料及其配套产品的研究工作给予极大的关注[5～7]。
美国自五十年代以来,发表了若干专利并研制了一系列产品。
例如美国Turco 和Adcoat 公司研制出的Mask537和AC 2850化铣保护涂料产品。
随着我国航空、航天工业发展的需要,国内研制了几种铝合金化铣保护涂料[8,9]。
第一代是氯丁胶,但因产生“漏蚀”,且溶剂的毒性大,需加温硫化,贮存稳定性差,且不可回收利用,目前已经被淘汰;第二代保护涂料是丁苯胶为代表,虽然它们降低了溶剂的毒性,但工艺复杂,且"漏蚀"问题依然存在,目前在航空企业中均未使用。
多年来国内几家涂料研究机构或橡胶研究机构也试图研制生产该涂料,但一直没有合格的国产化学铣切保护涂料问世。
本研究选择热塑性弹性体S BS 为基体材料,摒弃传统的橡胶材料,同时选择合适的其它成分,而制成一种新型保护涂料,用于铝合金化学铣切的保护涂料。
热塑性弹性体S BS 是苯乙烯2丁二烯2苯乙烯的嵌段共聚物,商品名Krat on [10],S BS 同时具有塑料和橡胶的双重性能,而得到越来越广泛的应用,例如它非常适合用做可剥性保护涂料[11,12]。
S BS 为基体的保护涂料无需加温硫化、可重复利用。
S BS 采用阴离子方法进行聚合的[13,14],它的结构特点决定了它的如下性能特点[15]:(1)微观上的相分离,使每一相有一种嵌段占优;(2)玻璃化温度的双值性;(3)溶解度参数的双值性使得它可以溶解于双值间的溶剂。
1 涂料的制备1.1 配方的选择化铣保护涂料组成与通用涂料的组成一的。
主要有基体材料,是化学铣切保护涂料中最重要的组成部分,在涂料的保护作用中起着决定性作用,应具有以下性能:良好的弹性和塑性,优良的耐酸耐碱性,适宜的附着力和剥离性[16];颜料在保护涂料中不仅起到着色的作用,而且还能对基体材料起到补强的作用(可根据需要决定使用或不使用);必须使用良溶剂,本文试验选择了混合溶剂;固化剂,可以增大保护涂料的粘附性,保证化学铣切浸蚀比。
根据实验得到如下典型配方,见表1。
表1 化学铣切保护涂料的配方Table 1 The for mula of p r otect coating f or chem ical m illing M aterialsW eight/g S BS100PF resin saturati on (synthesize )30Stearic acid 3Mg O 1.4Zn O1.4M ixed s olvent 350SnCl2.2H2O 1.5 Note:synthesize PF resin by method of laborat ory and makesaturati on s oluti on .第5期热塑弹性体铝合金化学铣切保护涂料的研制1.2 保护涂料的配制及施工保护涂料的配制:先将混合溶剂置于容器内加热到一定温度(不能使溶剂挥发太快),而后在不断搅拌的作用下,缓慢加入基体材料、固化剂、颜料等。
加料速度以基体材料在溶剂中未完全分散之前不出现结块为宜,快速搅拌加速基料的分散。
加完料后反应一段时间,关闭热源,自然冷却至室温,用铜网过滤即配成保护涂料。
保护涂料的施工:在室温和相对湿度低于75%下,将配制好的涂料充分搅拌均匀,必要时可用溶剂稀释到施工要求的粘度(30～35s,涂4杯),(1)用毛刷蘸涂料刷到经过前处理(除油除锈、脱氧,并形成一定的粗糙度)的LY12铝合金板上,每遍涂刷方向要互相平行并部分重叠;或(2)浸涂的方法。
每涂一遍停放至表面干燥,再涂下一遍,反复进行直至所需厚度,约0.3mm。
2 结果及讨论2.1 酚醛树脂实验发现,酚醛树脂用量对可剥性和浸蚀比有较大的影响,见表2。
表2 酚醛树脂的用量对保护涂料性能的影响Table2 The effect of PF resin on the perfor mance of p r otect coatingperfor mancePF resin saturati on/%1020304050 peel ability Very good Very good Very good good badetching rati o1.311.221.011.001.00酚醛树脂的主要作用是控制化学铣切的浸蚀比。
由于采用的是热塑性的酚醛树脂,分子链中还有具有活性的官能团,它与金属基体铝可以结合成键,从而提高保护涂料与基体铝的结合力。
因此,浸蚀比逐渐降低最后至1.00;而可剥性却由好变差。
所以,酚醛树脂的含量必须控制在一个适当的范围。
2.2 性能保护涂料性能见表3,从表中可以看出,保护涂料的性能达到国外水平,能够满足化学铣切工艺的要求。
由于S BS的特殊结构和性能,它非常适合作为表3 保护涂料性能Table3 The perf or mance of p r otect coatingPerf or mance For mula AC2850 Appearance Yell ow,unifor m ity,no i m purity Yell ow,unifor m ity,no i m purity V iscosity(T24cup)25～3525～35Solid content/%20±222±2Solid content(volu me)/%22.7±224±2Density1.231.21Strength N/c m2686550Rup ture el ongati on rati o/%>600>520NaOH etch1)no changes no changesEtching rati o0.9～1.21.2～1.4Peel intensity bef ore etching/N/c m<3.92<3.60Peel intensity after etching/N/cm<5.88<5.82 Note:Test conditi on:Na OH25%;te mperture95℃;etching ti m e9h. 金属刻蚀用保护涂料。
因为较严格的控制了酚醛树脂的含量,并对配方进行严格的筛选,所得到的保护涂料的性能能满足铝合金化学铣切的要求。
为了证明我们所得到的结论的正确性,我们与我国航空企业广泛采用的美国AC2850铝合金化学铣切保护涂料进行对比,除了固体份含量偏少和浸蚀比偏小以外,其余性能基本一致。
用电子显微镜对保护涂料进行了微观结构的观察,照片见图1。
图1 保护涂料的扫描电子显微镜照片Fig.1 Mor phol ogies of p r otect coating by scanning electr on m icr oscope17航 空 材 料 学 报第26卷 从图中可以看出保护涂料还保持与S BS类似的两相结构,因此,保护涂料的还同时具有塑料和橡胶的性能,具有良好的附着力和良好的可剥性。
3 结 论选择S BS作为保护涂料的基体材料,加入酚醛树脂及其它材料制成的保护涂料,满足了铝合金化学铣切对保护涂料的要求,在性能上接近美国AC2 850保护涂料。
参考文献:[1]威廉T哈里斯.化学铣切[M].北京:国防工业出版社,1983.[2]战凤昌,李悦良.专用涂料[M].北京:化学工业出版社,1988.[3]刘国杰.特种功能性涂料[M].北京:化学工业出版社,2002.[4]航空制造工程手册总编委员会.航空制造工程手册・特种加工[M].北京:航空工业出版社,1993.[5]T AK AS AKI A,F URUY A Y.Hydr ogen evoluti on fr omche m ically etched titaniu m alu m inides[J].Journal of A l2 l oys and Compounds,1996,243(1～2):167-172. [6]C OGGI N S D L,LOU I S S,G UMBE LE V I C I U S J,et al.Che m-m illing of titaniu m and refract ory metals[P]U.S.P.4116755,1977.[7]CARP MAE LS,RANSF ORD.Chem ical m illing p r ocessand bath therefore.[P].U K.P.1304043,1973.[8]杨德等.橡胶型可剥掩蔽涂料的研制和应用,[J].现代涂料与涂装,2004(3):14-15.[9]杨海燕,陆联弟,王家颖,等.HX-01A化学铣切保护胶的应用[J].化学工程师,1998,(4):48～49.[10]金关泰1丁苯嵌段共聚物在粘胶剂中的应用[J].粘合剂,1984,(4):17-23.[11]G.霍尔登,N1R1莱格,R1夸克,H1E1斯罗德主编,热塑性弹性体[M]1北京:化学工业出版社,2000年,P579.[12]MORT ON:Ani onic Poly merizati on:Princi p les and Practice(1983)[N]1Acade m ic Press,Now York.[13]MCGRATH J.E(Ed.),Ani onic Poly merizati on.KineticsM echanics and Synthesis,ACS Sy mposiu m Series[C]1No.166(1981)American Che m ical Society,W ashingt onD.C[14]N.R.Legge,et al.I n App lied Poly mer Science,2nd ed2it.[M]ACS Sy mposiu m Series No.285(1985)Ameri2 can Society,W ashingt on D.C.[15]刘国杰,特种功能涂料,[M]化学工业出版社,2002.7.[16]橡胶工业手册编写小组.橡胶工业手册(第一、二、三册有[M].北京:石油化工出版社,1976.Preparati on of Ther mopl asti c El ast mer Protect Coati n g forChe m i calM illi n g of Alu m i n u m AlloyWANG Yun2ying1,2, ME NG J iang2yan2, L I N Cui2(1.School of Science,North western Polytechnol ogical University,Xi’a n710072,China;2.Depart m ent of M aterial Science and Engi2 neering,Nanchang I nstitute of Aer onautical Technol ogy,Nanchang330034,China)Abstract:This study adop ted ther mop lastic elast m er as the base material of p r otect coating f or chem icalm illing of alu m inu m all oy.The experi m ent included synthesis of PF resin;p reparati on of p r otective coating with different kinds of for mula;analysis of the perf or mances of p r otective coating:such as appearance,viscosity,s olid content,tensility,rup ture el ongati on rati o,etching rati o,compatibility, peel ability and s o on.Finally,the perfor mance of the p r otect coating is compared with that of the si m ilar p r oducts of the US A.Experi2 ment p r oves that characteristics of the self2p r oduced p r otective coating,such as trans parent unifor m fil m,p r oper peel strength,perfect al2 daline resistance,meets the require ments of chem ical m illing,app r oaches that of American p r oducts basically.Key words:ther mop lastic elast m er;p r otective coating;che m ical m illing;alu m inu m all oy27。
