飞机外表面用聚氨酯防护胶带的制备及其性能_杨堃.pdf

研究与开发CHINASYNTHETICRESINANDPLASTICS合 成 树 脂 及 塑 料，2023，40（3）：29军用飞机一般飞行速度快，机翼前缘在飞行中受到强气流的强力冲刷，通常在未达到维修寿命时，前缘漆层就发生破损，不但影响美观，同时严重影响飞机的飞行性能，因此，在飞机外表面贴上防护胶带尤为重要，使飞机能够免受风、雨、雪、冰雹、水汽、沙砾等直接撞击和腐蚀，从而对飞机起到保护作用，延长飞机的大修时间和使用寿命1。高性能压敏底胶不仅可以使聚氨酯保护胶带与飞机表面之间形成牢固、可靠的结合层，带有牛皮纸或塑料薄膜离型纸特征2，同时具有强耐磨损、耐穿刺、耐冲击等特点，使用和施工过程方便，不需要专门的技巧和工具。本工作根据飞机外表面现有状态，使用二异氰酸酯基聚氨酯保护胶带结合配套专用的封边剂DP190胶黏剂进行密封，在试片、机翼前缘模拟件上进行黏接和封边工艺性能测试，对具体的施工工艺过程进行验证，通过实验评价该保护胶带的工艺性能及施工工艺的可行性。1 实验部分1.1 主要原料聚酯二元醇，北京马尔蒂科技有限公司；脂环族异氰酸酯（H12MDI），H12MDI/1,4-丁二醇：广东光华科技股份有限公司；聚四氢呋喃醚二醇（PTMEG），聚己二酸丁二酯（PBA）：万华化学集团股份公司；二异氰酸酯，沈阳化学试剂厂；二甲飞机外表面用聚氨酯防护胶带的制备及其性能杨 堃，孙小岚，王 珏，许世娇，韩冬宁（沈阳飞机工业（集团）有限公司，辽宁 沈阳 110850）摘 要：使用热塑性聚氨酯弹性体通过三层共挤流延膜成型机组制备聚氨酯薄膜，将丙烯酸酯压敏胶、二甲苯溶剂按一定比例混合，再经逗号辊、烘道、收卷、复合、压延、切边等完成聚氨酯防护胶带的制备。结果表明：制备的聚氨酯防护胶带的断裂伸长率不低于800%，远高于技术指标要求的400%；与阳极化铝合金、丙烯酸底漆以及聚氨酯磁漆的剥离黏接强度均不小于0.7 kN/m，达到指标要求。关键词：热塑性聚氨酯弹性体 防护胶带 制备 性能中图分类号：TQ 322.4 文献标志码：B 文章编号：1002-1396（2023）03-0029-03Preparation process and performance of polyurethane protectivetape for surface of airplane Yang Kun，Sun Xiaolan，Wang Jue，Xu Shijiao，Han Dongning（AVIC Shenyang Aircraft Corporation，Shenyang 110850，China）Abstract：Polyurethane films were prepared via three layer co-extruded cast film molding unit with thermoplastic polyurethane elastomer，which was mixed with acrylate pressure sensitive adhesive and solvent xylene in a certain ratio to prepare polyurethane protective tape after comma rolling，baking，rewinding，compositing，rolling，and cutting.The results show the elongation at break of polyurethane protective tape is larger than 800%，far more than the technical indexes of 400%.Its peeling strength to anodized aluminum alloy，acrylic primer and polyurethane enamel are greater than 0.7 kN/m，meeting the requirements of index.Keywords：thermoplastic polyurethane elastomer；protective tape；preparation；performance收稿日期：2022-11-27；修回日期：2023-02-26。作者简介：杨堃，男，1986年生，硕士，高级工程师，2011年毕业于东北大学材料学专业，现主要从事表面处理相关工作。E-mail：。DOI：10.19825/j.issn.1002-1396.2023.03.07合 成 树 脂 及 塑 料2023年第40卷.30.苯，国药集团化学试剂有限公司。1.2 试样制备热塑性聚氨酯弹性体（TPU）色母料的制备：采用挤出造粒机组对透明原料（聚酯二元醇脱水后与二异氰酸酯按质量比11混合）与填料（H12MDI/1,4-丁二醇为聚氨酯硬段，分别以PTMEG，PBA为软段）进行混合挤出，并通过水下造粒制备TPU色母料，其生产工艺流程见图1。透明原料与扩链剂1,4-丁二醇按质量比41混合形成预聚体，快速搅拌均匀后倒入模具中，随后放入110 真空烘箱中熟化16 h。将制得的弹性体放置在干燥器中，粉碎并在125 m筛网下进行造粒，得到透明TPU色母料。聚氨酯防护胶带中主要成分TPU，加入以H12MDI/1,4-丁二醇为硬段，PTMEG，PBA为软段的填料合成了硬段含量为23%50%（w）的TPU3。制得的TPU具有相对高的抗冲击性能，TPU的结构见图2。图1 透明TPU色母料的生产工艺流程示意Fig.1 Production process flow of transparent TPU color masterbatch脱水 二异氰酸酯 扩链剂 预聚体 熟化 粉碎造粒 透明TPU混合物聚酯二元醇图2 TPU的结构Fig.2 Structure of TPUOCNCCH2图3 聚氨酯防护胶带的工艺流程示意Fig.3 Process flow of polyurethane protective tape流延膜设备 TPU 填料 聚氨酯薄膜 有机硅 丙烯酸酯 压敏胶 隔离膜 挤出 造粒 聚氨酯防护胶带聚氨酯粒料 聚氨酯保护胶带制备：通过预聚体法，选用H12MDI，PBA及1,4-丁二醇合成硬段含量为33%（w）的TPU，并挤出压延成厚度为0.3 mm的膜。通过三层共挤流延膜成型机组制备聚氨酯薄膜，流延膜机组中挤出机的最大挤出量为700 kg/h，设计线速度为15 m/min。在反应釜中于200 合成有机硅改性丙烯酸酯胶液，然后在常温条件下加入质量分数为3%的交联剂二异氰酸酯，以400 r/min高速搅拌，得到交联后的丙烯酸酯压敏胶。将丙烯酸酯压敏胶、二甲苯溶剂按质量比1.01.5混合，再经逗号辊、烘道、收卷、复合、压延、切边等完成聚氨酯防护胶带的制备，聚氨酯防护胶带的工艺流程示意见图3。封边剂的涂覆：将封边剂DP-190双组分（组分一为聚氨酯预聚物改性环氧树脂，组分二为二元胺与硅烷偶联剂组成的混合固化剂）按质量比1 1混合后加入到相应规格的双组分胶枪中，并安装好混合嘴，固化后用塑料铲刀轻轻按压防护膜材料边缘，同时去除溢出部分。1.3 性能测试聚氨酯防护胶带的拉伸性能：使用上海松顿仪器制造有限公司的WDW-20型电子拉伸机按ASTM D 8822018测试，拉伸速度500 mm/min。聚氨酯防护胶带的黏接性能：按GB/T 27922014对阳极化铝合金、丙烯酸底漆TB06-9以及聚氨酯磁漆TS96-71等不同表面状态的试片进行黏接后的剥离试验。选取飞机上主要使用的铝合金2024作为实验选材，对铝合金2024表面进行硫酸阳极氧化，得到铝合金阳极化表面。高强度聚氨酯防护胶带的黏接性能通过其与阳极化铝合金、飞机外表面丙烯酸底漆TB06-9以及聚氨酯磁漆TS96-71黏接的180剥离强度来表征。聚氨酯防护胶带的180剥离强度测试按GB/T 27922014制样，剥离速度300 mm/min，试样宽度25 mm，常温。每隔20 mm读取一个数据，每个试样取10个点。2 结果与讨论2.1 聚氨酯防护胶带的力学性能从表1可以看出：聚氨酯防护胶带的平均拉伸强度和平均断裂伸长率分别为13.93 kN/m和875%，满足力学性能测试标准要求（拉伸强度 12 kN/m，断裂伸长率400%）。拉伸性能反映出第 3 期.31.聚氨酯防护胶带在使用过程中具有良好的延伸率以及强度，高强度的性能可以满足飞机在高速飞行时抵抗外界的撞击，提高了飞机整体外表面的防护性能。在温度（652），相对湿度（805）%的调温调湿箱中放置48 h，老化前后按GB/T 27922014进行180剥离，老化前后剥离强度均不小于0.700 kN/m（见表3），说明飞机在使用聚氨酯防护胶带后表面结合力不会下降，可以作为飞机外表面的防护措施，并且可以达到漆层对飞机外表面保护的效果。表1 聚氨酯胶带力学性能测试结果Tab.1 Test results of mechanical properties of polyurethane tape厚度/mm拉伸强度断裂伸长率测试值，%测试值/MPa计算值1）/（kNm-1）0.304513.58700.304714.18600.314614.38900.304513.59100.304814.48500.304613.8870 1）计算值=测试值试样厚度。2.2 聚氨酯防护胶带的黏接性能良好的黏接性能保证飞机复杂曲面下仍然可以黏接牢固，在面对高强度冲刷时不易脱落，可以在飞机外表面弥补漆层脱落带来的危险，同时可以在飞机大修过程中对飞机前缘进行修补。分别选取相同大小的3个聚氨酯防护胶带与阳极化铝合金、丙烯酸底漆TB06-9、聚氨酯磁漆TS96-71的黏接试样测试剥离强度，从表2可以看出：测试试样的剥离强度均达到指标要求（0.700 kN/m）。表2 聚氨酯胶带黏接性能测试结果Tab.2 Test results of adhesive performance of polyurethane adhesive tape序 号剥离强度/（kN m-1）与阳极化铝合金黏接与TB06-9黏接 与TS96-71黏接10.9200.7500.95021.0300.8100.98030.8900.8900.960均 值0.9400.8100.960阳极化铝合金、丙烯酸底漆以及聚氨酯磁漆是飞机上常用的表面漆层，与上述表面黏接后的剥离强度反映出该聚氨酯防护胶带可以直接贴覆于飞机外表面，与飞机基体的贴合度良好，抗冲击性、耐冷热老化、耐紫外光老化等性能符合GJB 38401999包装用塑料基压敏胶粘带规范，表3 湿热加速老化后聚氨酯防护胶带的黏接性能测试结果Tab.3 Test results of adhesive performance of polyurethane adhesive tape after accelerated aging by moisture and heat序 号剥离强度/（kNm-1）与阳极化铝合金黏接与TB06-9黏接 与TS96-71黏接10.8000.7100.85020.8900.7500.88030.7200.7900.820均 值0.8000.7500.8503 结论 a）采用低聚物与扩链剂混合形成预聚体熟化造粒后制备TPU，再加入以H12MDI/1,4-丁二醇为硬段，PTMEG，PBA为软段的填料合成了TPU粒料，通过三层共挤流延膜成型机组制备了聚氨酯薄膜，采用聚氨酯薄膜、压敏胶、隔离膜制备了聚氨酯防护胶带，该聚氨酯防护胶带的拉伸强度不小于12 kN/m，断裂延长率不小于400%，黏接性能良好。b）该聚氨酯防护胶带与阳极化铝合金、丙烯酸底漆TB06-9以及聚氨酯磁漆TS96-71黏接的剥离强度和湿热老化剥离强度均不小于0.700 kN/m，达到指标要求，说明了飞机在使用聚氨酯防护胶带后表面