用于粘合性粘结的底漆组合物及使用其的方法技术

技术编号:33768265 阅读:31 留言:0更新日期:2022-06-12 14:19
本文披露了一种基于溶剂的粘结底漆组合物,该组合物包含一种或多种有机溶剂、一种或多种环氧树脂、一种或多种固化剂、硅烷化合物和少量的纳米尺寸、亚微米或微米尺寸的核

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于粘合性粘结的底漆组合物及使用其的方法
[0001]在复合结构的制造中,特别是在航空航天和汽车工业中,常规的是利用结构粘合剂将制造的金属结构粘结到金属或复合被粘物上或将树脂浸渍的纤维增强材料的一个或多个预浸料层片层压到制造的金属结构上。粘结典型地需要在结构被接合之后固化结构粘合剂。一般来说,为了确保最大水平的粘合强度,在即将粘结之前小心翼翼地清除一个或多个金属表面上的污垢、泥垢、油脂和金属氧化产物。遗憾的是,由于清洁和粘结操作经常会间隔较长的非活动时间,所以这种程序通常不能在大多数时候使用。在此期间,金属表面可能会水解,从而降低粘结的粘合强度。克服该困难的解决方案是在粘合性粘结之前向经清洁的一个或多个金属表面上施加底漆。此种底漆通常被称为粘结底漆。
[0002]在制造需要将金属结构粘结至另一个表面的航天航空结构中,挑战是在金属表面上提供底漆,该底漆可以维持满足粘结强度和长期防腐蚀需求的总体平衡的粘结性能。当通过使用喷嘴喷涂将底漆层施加到大的金属部分(例如生产车间具有大于1.5m尺寸(宽度和/或长度)的航空器的铝合金部分)的表面上时,底漆层的目标厚度典型地是0.2密耳(或5.1μm)。由于单个喷嘴一次可以覆盖的表面积有限并且喷嘴与金属表面之间的距离变化,已经发现底漆层的厚度在经喷涂的大的表面积上是不均匀的。非常经常地,底漆层的部分或区段具有薄至0.1密耳(2.5μm)或厚至0.3密耳(7.6μm)或更大的厚度。粘结技术的技术人员众所周知的是,粘结底漆在粘结强度,特别是剥离强度方面示出独特的厚度敏感性。已经发现,当底漆厚度超过约0.25密耳(6.4μm)时,现在市场上多数粘结底漆产品倾向于示出剥离强度的显著下降。特别是,对于厚度大于0.25密耳(6.4μm)的底漆层,低温(如

67
°
F(

55℃))下的剥离强度下降得甚至更显著。航空航天应用典型地需要在此类低温下的剥离强度测量。因此,在没有不利地影响整体性能(如搭接剪切强度和处理特性)的情况下,生产示出低温剥离试验的厚度容限的粘结底漆是一个巨大的挑战。本文上下文中的术语“厚度容限”是指承受厚度变化的能力。在底漆配制品化学方面,改进的底漆厚度容限需要固化的底漆层的聚合物网络的进一步增韧功效。此外,添加到底漆组合物中以提高此种增韧功效的任何增韧材料应该与底漆化学相容或者应该与底漆化学协同作用,而不会不利地影响底漆的整体性能。仍然需要一种用于使用底漆配制品粘结金属结构的方法,该底漆配制品可以在低温(特别是低于0℃,例如,

55℃)下就剥离强度方面提供高韧性并且可以以0.3密耳(7.6μm)或更大的底漆厚度施加。
附图说明
[0003]图1和2示出了使用具有0.2密耳厚度的底漆膜在测试试样上进行的浮辊剥离试验的失效模式。
[0004]图3和4示出了使用具有0.3密耳底漆厚度的底漆膜在测试试样上进行的浮辊剥离试验的失效模式。
[0005]图5和6示出了使用具有0.3密耳厚度的底漆膜在测试试样上进行的浮辊剥离试验的失效模式。
具体实施方式
[0006]本文披露了一种基于溶剂的粘结底漆组合物,该组合物用于在将金属表面经可固化粘合剂粘结至第二基材之前施加在第一基材的金属表面上。
[0007]粘结底漆组合物是具有基于该组合物的总重量从5wt%至30wt%固体含量的基于溶剂的分散体,其中固体含量意指底漆组合物中不包括液体溶剂的所有组分,并且该组合物包含:一种或多种环氧树脂、一种或多种固化剂、硅烷化合物、少量的核

壳橡胶(CSR)以及有机溶剂的混合物。CSR颗粒可以是纳米尺寸(低于100nm)、亚微米尺寸(100nm至1000nm)或微米尺寸(1微米至100微米)。优选地,CSR颗粒是具有约100nm或更小的粒度的纳米尺寸颗粒。基于组合物的总重量,CSR颗粒的量小于2wt%(重量百分比)、优选在0.2wt%至0.8wt%的范围内。
[0008]根据一个实施例,基于溶剂的底漆组合物是含有以下项的分散体:
[0009](i)5

15wt%的包含一种或多种环氧树脂的环氧组分;
[0010](ii)每100份环氧组分10

20份固化组分,该固化组分包含一种或多种固化剂和任选地一种或多种催化剂;
[0011](iii)0.1至2wt%有机硅烷;
[0012](iv)0.2

0.8wt%CSR颗粒;以及
[0013](v)两种或更多种有机溶剂的混合物,以提供5wt%至30wt%的固体。
[0014]如上披露的wt%是基于组合物的总重量。
[0015]任选地,底漆组合物含有最高达3wt%的至少一种铬酸盐或非铬酸盐腐蚀抑制剂,和/或最高达0.3wt%的呈微粒形式的无机填料和/或颜料/染料。术语“最高达”意指大于零(0)。
[0016]溶剂混合物包含挥发性有机溶剂,如甲基醚酮(MEK)、二丙酮醇(DAA)、四氢呋喃(THF)、异丙醇、丙酮、乙二醇、二甲苯、甲苯和乙酸乙酯。本文中的溶剂不包括水。不添加水以形成如上披露的固体含量。在一个实施例中,溶剂混合物包含与至少一种选自以下项的溶剂组合的MEK:二丙酮醇(DAA)、丙酮、异丙醇、四氢呋喃(THF)、乙二醇、二甲苯、甲苯和乙酸乙酯。在优选的实施例中,溶剂混合物包含甲基醚酮(MEK)和二丙酮醇(DAA)。优选地,MEK与DAA的重量比是从60:40至95:05、优选70:30至90:10。在另一个实施例中,溶剂混合物由MEK、DAA和THF构成,其中MEK的量是基于该混合物的总重量大于50wt%。
[0017]选择溶剂以便在添加任何腐蚀抑制剂之前产生无分离相的均匀溶液。CSR颗粒在整个该均匀溶液中均匀分散。“均匀溶液”意指多种物质在单相中的均匀混合物,其中溶剂或溶剂混合物以最大量存在。上述的组分(i)

(v)形成单相。均匀溶液可以保持这种单相稳定性持续非常长的时间段,例如大于1年。基于溶剂的底漆组合物在室温(23℃

25℃)下具有至少180天的长的保存期限并且在4℃

8℃或更低的冷藏温度下具有更长的保存期限,其中CSR颗粒不会沉降至容器的底部或团聚。此类CSR颗粒沉降或团聚将不利地影响底漆膜品质和粘结性能。已经发现,在不存在腐蚀抑制剂颗粒的情况下,具有均匀分散的CSR颗粒的均匀溶液可以在室温下不受干扰地保持这种状态超过1年,而没有CSR颗粒的大量沉降或团聚。
[0018]一般而言,用于在粘合性粘结之前处理金属表面的表面处理包括:
[0019]将本文披露的基于溶剂的底漆组合物施加在金属表面上以形成具有连续表面的
可固化底漆膜。
[0020]一般而言,本披露的底漆组合物被结合到粘结方法中,该方法包括:
[0021](a)将基于溶剂的底漆组合物施加在第一基材的金属表面上以形成可固化底漆膜;
[0022](b)将该第一基材与其上本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在粘合性粘结之前处理金属表面的表面处理,该表面处理包括:将底漆组合物施加在金属表面上以形成具有连续表面的可固化底漆膜,该底漆组合物包含:(i)一种或多种环氧树脂;(ii)至少一种含胺的固化剂;(iii)具有至少一个可水解基团的硅烷化合物;(iv)核

壳橡胶(CSR)颗粒;以及(v)有机溶剂的混合物,其中该底漆组合物具有5%

30%的固体含量,并且基于该组合物的总重量,CSR颗粒的量小于2wt.%(重量百分比)、优选地在0.2wt.%至0.8wt.%的范围内,其中在该底漆组合物中不添加水,并且其中该底漆组合物中的组分(i)

(v)形成均匀溶液。2.如权利要求1所述的表面处理,其中,该至少一种含胺的固化剂选自:芳族二胺、双氰胺(DICY)和酰肼。3.如权利要求1或2所述的表面处理,其中,该至少一种含胺的固化剂是2,2


‑4‑
(4

氨基苯氧基)苯基丙烷(BAPP),并且该底漆组合物进一步包含作为催化剂的双脲。4.如前述权利要求中任一项所述的表面处理,其中,该溶剂的混合物包含与至少一种选自以下项的溶剂组合的甲基醚酮(MEK):二丙酮醇(DAA)、丙酮、异丙醇、四氢呋喃(THF)、乙二醇、二甲苯、甲苯和乙酸乙酯。5.如权利要求4所述的表面处理,其中,该溶剂是甲基醚酮(MEK)和二丙酮醇(DAA)的混合物。6.如权利要求5所述的表面处理,其中,MEK与DAA的重量比是从60:40至95:05、优选70:30至90:10。7.如前述权利要求中任一项所述的表面处理,其中,这些CSR颗粒具有在10nm

3000nm、优选10nm至500nm范围内的粒度。8.如前述权利要求中任一项所述的表面处理,其中,该底漆组合物是通过喷涂或刷涂施加。9.如前述权利要求中任一项所述的表面处理,其中,该底漆组合物进一步包含抑制腐蚀的化合物。10.如前述权利要求中任一项所述的表面处理,其中,该金属表面是选自铝和铝合金、钢、钛和钛合金的金属基材的表面。11.如前述权利要求中任一项所述的表面处理,其中,在施加该底漆组合物之前,对该金属表面进行阳极氧化或溶胶

凝胶方法以形成金属氧化物涂层。12.一种粘结方法,该方法包括:根据如权利要求1所述的表面处理在第一基材的金属表面上形成可固化底漆膜;将该第一基材与其上的该底漆膜粘合性地接合至第二基材,其中将可固化的聚合物粘合剂布置在该底漆膜与该第二基材之间;以及固化该粘合剂以形成粘结的结构。13.一种基于溶剂的底漆组合物,该组合物包含:
(i)5

15wt.%的包含一种或多种环氧树脂的环氧组分;(ii)每100份环氧组分10

20份固化组分,该固化组分包含至少一种含胺的固...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵毅强D
申请(专利权)人:塞特工业公司
类型:发明
国别省市:

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