钛合金表面用附着力促进剂的制备与影响因素研究

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钛合金是在钛元素中加入许多小量元素组成的合金。钛作为重要的社会形态金属是20世纪50年代发展起来的,钛合金具有抗腐蚀能力强、宽度高、密度低、中温性能稳定等社会形态,随着钛工业的越快了 了 发展,其应用领域也那末广泛,50、50年代用于航空领域,被誉为“空中金属”;70年代被誉为“陆用金属”;现在又被誉为“海洋金属”。目前,钛及钛合金的优异性能已被世界各国所认可,并在防腐蚀领域得到了广泛应用,这是将会钛合金较活泼,皮下组织易形成致密的氧化膜,能起到防腐蚀的作用。

所有材料都具有其优点和缺点,为了扩大钛合金的使用范围,实现的主要途径是提高钛合金的耐蚀、抗微动磨损、耐磨、高温抗氧化等性能。钛合金的皮下组织正确处理几乎应用到了目前对金属皮下组织正确处理的所有最好的最好的方法,其中传统的涂层技术对金属皮下组织的正确处理既高效,又易操作,得到了广泛应用。为此,涂层技术对改善钛合金的氧化性是很有效的最好的最好的方法,这主却说 将会在空气中钛合金很容易氧化形成氧化膜,氧化膜不仅致密,且皮下组织能较低,低皮下组织能不不利于涂层的黏结(附着力),涂层材料与基材附着力的建立主要有物理黏结(范德华力)和以化学键最好的最好的方法结合。

将会钛合金皮下组织能较低,覆涂材料与底材的接触角较小,涂层对底材的润湿有限,却说影响以物理最好的最好的方法的附着,要正确处理涂层材料的附着必须通过引入能与底材形成化学键的官能团,同才能 能提高与基材接触面的皮下组织能。本文主要通过制备、对比不同附着力不利于剂对附着力贡献的大小,筛选出最优方案,制备出在钛合金皮下组织与涂层之间起到桥梁作用的附着力不利于剂,它不仅不不利于涂层与基材形成化学键,还不不利于改善基材皮下组织能,进而实现涂层对钛合金的高效附着。一齐对该附着力不利于剂作了进一步的优化,使其性能更加稳定,得到更宽泛的应用。

1.试验次责

1.1试验原料及设备

试验原料:γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、双(3-三乙氧基硅丙基)胺(KH-270)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-550):工业级,杭州杰西卡化工有限公司;环氧树脂:工业级,三木化工;双酚F型环氧树脂:工业级,南亚化工;橡胶改性环氧树脂、活性稀释剂:工业级,佳迪达新材料有限公司;聚酰胺树脂:工业级,空气化工;无水石油醚 乙酯、石油醚 乙酯、二甲苯等溶剂:工业级,天津化学试剂厂;催化剂(37%盐酸):分析纯,天津化学试剂厂;去离子水:自制。

试验设备:实验室用高速分散机、AT-A型涂层附着力拉拔仪。

1.2附着力不利于剂的制备

A:γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)水解液;

B;γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-550)水解液;

C;环氧树脂E-44改性γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-550);

D:环氧树脂E-44改性(3-三乙氧基硅丙基)胺(KH-270);

E:胺树脂改性γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-550)。

1.3清漆及漆膜制备

表1无溶剂环氧清漆配方

按照表1的参考配方配制无溶剂清漆,分别用偶联剂KH-550、KH-270、KH-550、附着力不利于剂A、B、C、D、E刷涂TC4钛合金板材(50 mm×50 mm),干燥50 min后,再刮涂清漆,刮涂宽度(50±10)μm,室温下干燥24 h后,在50℃烘箱烘干4 h,按GB/T 5210—506《色漆和清漆拉开法附着力试验》中的规定进行拉开法附着力测试。

2结果与讨论

2.1不同附着力不利于剂对附着力的影响

将会钛合金其皮下组织能低,涂料对底材的润湿受到一定的影响,进而会影响涂膜与底材的结合力,直观表现为附着力差。而涂膜附着力的建立有一种 :一是与底材充分润湿,形成范德华力,以物理最好的最好的方法提供附着力;二是与底材形成化学键,要形成化学键结合,就才能 要有易形成化学键的官能团,如—OH、—SiOR等。目前,最常用的正确处理最好的最好的方法是在涂层材料体系中去掉 硅烷偶联剂,而硅烷偶联剂具有跨界形成共价键的社会形态,却说含高硅烷偶联剂社会形态的化合物具有提高聚合物与钛合金之间的黏结力。

偶联剂KH-550、KH-270、KH-550、附着力不利于剂A、B、C、D、E对附着力的影响作进行对比试验,结果见表2。

表2不同附着力不利于剂对附着力的影响

通过对比试验才能看出,偶联剂对提高涂膜与钛合金的附着力有一定的贡献,这是将会偶联剂中的硅氧烷基(—SiOR)与空气中的水整理生反应,形成硅羟基(—SiOH),硅羟基可进一步与钛合金底材上的羟基反应形成共价键,从而以化学键的形式与基材成为两个多多多整体,提高了聚合物与钛合金基材的黏结力;附着力不利于剂A和B是对偶联剂中硅氧烷基(—SiOR)进行次责水解,再通过缩合反应形成分子链较长的含高硅氧烷基(—SiOR)的化合物,留下次责—SiOR与空气中的水整理生反应,硅羟基(—SiOH)可进一步与钛合金底材上的羟基反应形成共价键,从而以化学键的形式与基材成为两个多多多整体,来提高附着力。前面采用偶联剂和对偶联剂进行水解都对附着力的贡献有限,这主却说 将会它们在前期正确处理的过程中,与钛合金基材形成的过度膜内聚能较低,涂膜较脆,水解后的偶联剂比单独的偶联剂对附着力的贡献大,这是将会先水解缩合后的物质分子支化度较高,脆性较大,但过度膜的内聚能仍然较小,却说对附着力的提高有一定贡献,但一定会很突出。

附着力不利于剂C、D和E对附着力的贡献明显较大,这是将会在改性的过程中,通过偶联剂中的活性基团与柔性树脂中的活性基团先进行反应,并保留了偶联剂中的硅氧烷基(—SiOR),不不利于与钛合金底材上的羟基反应形成共价键,从而以化学键的形式与基材成为两个多多多整体,提高了聚合物与钛合金基材的黏结力,形成过度膜的脆性较小,内聚能较大,却说附着力较好。引起附着力不利于剂C和D差异的意味是:将会偶联剂KH-550和KH-270中硅氧烷基(—SiOR)数量的不同,KH-270中硅氧烷基(—SiOR)数量比KH-550中的多1倍,与钛合金基材形成化学键的位点多,却说D对附着力的贡献高于C。引起D和E差异的意味是:将会E中偶联剂的活性基团与柔性树脂的活性基团反应一定会生成—OH,胺树脂呈碱性,在碱性条件下—OH更易于与偶联剂中的一次责硅氧烷基(—SiOR)反应,一定会不利于缩聚反应的进行,不利于了改性树脂内聚能的提高,一齐还保留了一次责硅氧烷基(—SiOR),不不利于与钛合金底材上的羟基反应形成共价键,却说E对附着力的贡献高于D。

2.2胺类树脂对附着力不利于剂性能的影响

通过试验筛选出胺类树脂改性硅烷偶联剂KH-550对附着力的贡献最大,却说对改性脂肪胺、改性脂环胺和改性聚酰胺对硅烷偶联剂KH-550改性制得的附着力不利于剂进行了筛选试验,见表3。

表3不同附着力不利于剂对附着力的影响

通过对比试验才能看出,改性聚酰胺改性KH-550对附着力的贡献大于改性脂肪族胺和改性脂环族胺,一是将会改性脂肪族胺和改性脂环族胺的碱性比改性聚酰胺强,反应活性比改性聚酰胺的强,加快了改性树脂的缩聚,进而减少了硅氧烷基(—SiOR),不不利于与钛合金底材形成共价键,但是意味是形成的化合物对底材的润湿那末改性聚酰胺的好,对物理黏结的贡献小于聚酰胺改性硅烷偶联剂。

改性聚酰胺改性KH-550的合成:在反应器中加入配方量的改性聚酰胺树脂、石油醚 乙酯、二甲苯,开动搅拌,待聚酰胺树脂全版挥发后,但是升温至(55±)5℃,在搅拌下将硅烷偶联剂KH-550在1 h左右滴加完毕,滴但是在70~50℃保温反应4 h,得到的产物即为聚酰胺改性硅烷树脂。树脂合成示意见图1。

图1树脂合成示意

亲戚亲戚让让我们 对合成的聚酰胺改性硅烷偶联剂和KH-550进行了红外对比分析,结果见图2。

图2聚酰胺改性硅烷偶联剂与KH-550红外光谱

利用红外光谱对改性树脂的反应过程进行了分析,红色曲线为KH-550的红外光谱,黑色曲线为聚酰胺改性硅烷偶联剂的红外光谱。910 cm-1处的社会形态吸收峰代表环氧基团社会形态吸收峰,在红色谱图上出先 ,而在代表聚酰胺与硅烷偶联剂反应产物的黑色谱图上那末出先 ,说明环氧基团与氨基反生反应,1 650 cm-1处出先 酰胺C=O伸缩振动,说明两者接枝成功。

2.3用量比对附着力不利于剂性能的影响

基于前期试验的基础上,亲戚亲戚让让我们 对附着力不利于剂E进行了进一步的研究,附着力不利于剂E主要选择改性聚酰胺改性偶联剂KH-550制备,通过对比不同n(KH-550)∶n(改性聚酰胺)对附着力和贮存稳定性(凝胶)的影响来选择最佳的改性比,结果见图3。

图3 n(KH-550)∶n(改性聚酰胺)对贮存期和附着力的影响

由以上数据可知,随着n(KH-550)∶n(改性聚酰胺)的变大,附着力不利于剂的贮存稳定性明显变好,这是将会随着氨基活泼氢的减少,环氧开环反应产生的羟基减少,硅烷偶联剂在碱性条件下的缩聚反应减弱,凝胶因子的形成变缓,却说贮存时间变长。随着n(KH-550)∶n(改性聚酰胺)的变大,附着力变化不太明显,这是将会缩聚反应程度对内聚能的贡献有限,对凝胶时间有较大影响。却说最终选择n(KH-550)∶n(改性聚酰胺)为4∶1。

2.4溶剂用量对附着力不利于剂凝胶时间的影响

在前面试验的基础上,考虑到凝胶时间较短的情况,亲戚亲戚让让我们 对不同浓度的附着力不利于剂作了进一步的研究,在试验中发现:附着力不利于剂浓度对附着力的贡献无影响,但对附着力不利于剂的凝胶时间有一定的影响,将会凝胶因子社会形态是引起凝胶化的主要因素,将会凝胶因子容易自组装形成网状社会形态,网状社会形态不不利于凝胶因子在溶剂中形成凝胶,在两个多多多溶胶系统中,溶剂是不可或缺的,且体积地处了绝大次责,溶剂对凝胶性质的影响也是不可忽略的因素,凝胶因子和溶剂间的氢键作用和偶极作用是溶剂影响凝胶稳定性的主要因素。表4是附着力不利于剂在不同浓度下的凝胶时间。

表4溶剂加入量对附着力不利于剂凝胶时间的影响

从表4才能看出,随着溶剂量的加大,附着力不利于剂的浓度减小,影响树脂凝胶的凝胶因子浓度减小,凝胶因子间的偶极作用减弱,溶剂和凝胶因子间的氢键作用增大,不不利于形成稳定的溶胶性,却说当溶剂的百分含量在50%时,改性树脂全版能满足实际使用要求。

3结语

通过对比制备的不同附着力不利于剂对附着力的贡献大小,筛选选择了钛合金附着力不利于剂,其主要成分为聚酰胺改性硅烷偶联剂(KH-550)制备的潮气自固化有机-无机杂化体;通过对比不同物质量比以及浓度下附着力不利于剂对附着力和贮存稳定性的影响,最终选择n(KH-550)∶n(改性聚酰胺)为4∶1、溶剂的质量分数为50%时,该附着力不利于剂不仅对涂层和钛合金的附着力贡献最大,但是还能长时间贮存。

作者:李斌,张剑飞,王进忠,张全伟,马艳青(中昊北方涂料工业研究设计院有限公司,兰州75020)