本发明涉及一种保护浮空器囊体材料的涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
浮空器囊体保护涂料是指用于浮空器囊体材料上具有保护作用的涂料，主要分为浮空器囊体阻氦涂料和浮空器囊体保护涂层。浮空器一般是指比重轻于空气的、依靠大气浮力升空的飞行器。在电子和军事民用领域，一般不将热气球划在浮空器范围内。此外，空间飞艇不一定依靠浮力。除了军用外，大型民用浮空器还可以用于交通、运输、娱乐、赈灾、影视拍摄、科学实验等等。浮空器囊体保护涂料的氦气阻隔率、耐磨性、耐老化性等特殊性能能够保证浮空器能够平稳工作、浮空器工作人员的安全以及浮空器的工作寿命，对浮空器长期完成工作任务起着重要作用。
我国自主研发的浮空器囊体材料主要由芳纶纤维组成，其具有氦气阻隔性较低、耐老化性能较差等缺点，在不涂覆防护涂层的前提下无法达到上天工作的技术要求。由中国航天科工集团自主研发的浮空器囊体材料，其氦气阻隔率较低，无法保障飞艇处于长时间正常工作状态；耐紫外老化性较差，致使浮空器使用寿命较短，当前国内现有的普通耐老化涂料其耐磨性无法与柔性的芳纶纤维基材相匹配，加之国外在该领域的技术封锁和依靠进口造成的巨额费用，急需一种能够长期使用、具备较高氦气阻隔性、耐磨性、耐老化性的新型浮空器囊体保护涂料，以尽量减少浮空器的研发成本及维护费用，并提升其运行稳定性。对于改善国产浮空器工作稳定性与延长使用寿命，具有十分重要的意义。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种主要涂覆于浮空器囊体材料表面以提升其氦气阻隔性、耐老化性及耐磨性能与浮空器囊体材料相匹配的的聚氨酯系浮空器囊体保护涂料。
本发明的技术方案是，提供一种保护浮空器囊体材料的涂料，该涂料由A组分和B组分混合制备而成，A组分与B组分的质量比为100:10～15；
其中，按重量份，A组分包括以下组成：
聚氨酯树脂：45～55份
钛白粉：10～15份
消泡剂：0～1份
分散剂：0～1份
稀释剂：25～35份
B组分为：聚酰胺固化剂。
优选地，A组分中的聚氨酯树脂为NY-35型聚氨酯树脂。
优选地，A组分中的钛白粉为金红石型2377#钛白粉。
优选地，A组分中的稀释剂为质量比为4:1的二甲苯与正丁醇的混合液。
优选地，A组分中的分散剂为带酸性基共聚物的溶液。
优选地，A组分中的消泡剂为聚硅氧烷的二异丁酮溶液。
优选地，A组分中的消泡剂为BYK-066N型消泡剂。
本发明进一步要解决的技术问题是，提供一种能够严格控制涂层厚度，进而限制浮空器囊体材料的单位面积增重且涂层结构均匀、性能较高、施工方便的涂覆工艺。为此，本发明提供上述涂料的制备方法以及其具体的应用。
本发明进一步提供所述的涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在配料罐中加入45～55份聚氨酯树脂、10～15份钛白粉，0～1份分散剂、0～1份消泡剂，搅拌，再向其中加入玻璃珠，在2500～3500r/min下分散2～4h，用滤布过滤得到白色色浆，记为A组分；
(2)将A组分与B组分按100:10～15的质量比进行混合，搅拌均匀，即得保护浮空器囊体材料的涂料。
上述制备方法更具体地包括以下步骤：(1)将45～55份聚氨酯树脂加至配料罐中，并加入10～15份钛白粉，0～1份分散剂，0～1份消泡剂，以450～550r/min的转速搅拌25～35min，再向其中加入直径为2～3mm的玻璃珠80～120g，在2500～3500r/min下高速分散2～4h，用滤布过滤得到白色色浆，记为A组分；
(2)将A组分与B组分按100:10～15的质量比进行混合，以100～200r/min的转速搅拌15～30min，即得保护浮空器囊体材料的涂料。
进一步地，将上述制备方法获得的涂料利用6μm涂布线棒涂覆至浮空器囊体基材上，待涂料固化干燥，即得浮空器囊体材料保护涂层。
特别强调的是，本发明使用的涂布线棒规格为6μm，若涂膜厚度高于6μm，会导致涂膜厚度过大，引起基材单位面积增重超重。
本发明的保护浮空器囊体材料的涂料及其制备方法具有如下有益效果：
(1)本发明所述的浮空器囊体材料保护涂料能够在室温下固化成膜，24h内完成实干，其干燥方式由于传统聚氨酯弹性体需要加热烘干的干燥方式，可以适应于不同形态、尺寸的基材；
(2)本发明所述的浮空器囊体材料保护涂料在室温下固化成膜后，漆膜外观均一、稳定，几乎无表面缺陷，光泽度较好，漆膜能够实现常温快速固化，固化后附着力较好，耐磨性优异；
(3)本发明以特殊的聚氨酯(NY-35型聚氨酯树脂)为基体，加以适量的钛白粉以提升涂料的遮盖力，制备的浮空器囊体材料保护涂料能与浮空器囊体基材柔韧性相匹配，大幅度提升其氦气阻隔性，涂覆该保护涂料的基材在经受搓揉试验后，其氦气阻隔性虽有所下降，但仍符合技术要求。
因此，本方法制备的浮空器囊体材料保护涂料能够在常温下快速固化干燥，涂膜具有优良的氦气阻隔性以及良好的耐磨性、耐老化性，满足浮空器囊体材料的保护要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例和对比例中所使用的各种化学试剂生产厂家如下，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
NY-35型聚氨酯树脂购自烟台华大化学集团有限公司；钛白粉购自上海蒙美化工有限公司；消泡剂(BYK-066N)购自德国BYK公司；分散剂(TEGO-628)购自德国赢创公司；固化剂购自烟台华大化学集团有限公司；稀释剂即溶剂为二甲苯:正丁醇＝4:1(质量比)的混合液；二甲苯购自凯信化学试剂有限公司公司，正丁醇购自国药集团化学试剂有限公司。
实施例1
以烟台华大化学集团有限公司的NY-35型聚氨酯树脂进行浮空器囊体材料保护涂料的制备，以6μm涂布线棒将其涂覆至20×20mm的囊体基材上，进行性能测试。
浮空器囊体材料保护涂料：
由A组分、B组分混合制备而成，其中，B组分的质量含量为A组分的12.5％，各组分具体如下：
A组分：聚氨酯树脂：50份；
钛白粉：12份；
消泡剂：1份；
分散剂：1份；
溶剂：30份；
B组分：固化剂。
浮空器囊体材料保护涂料的制备方法：
(1)将50份聚氨酯树脂加至配料罐中，并向其加入12份钛白粉，1份分散剂，1份消泡剂，30份溶剂以500r/min的转速搅拌30min；
(2)再向其中加入直径为3mm的玻璃珠100g，在2500～3500r/min下高速分散3h，用滤布过滤得到白色色浆记为A组分；
(3)将A组分与B组分按100:12的质量比进行混合，以200r/min的转速搅拌20min，即得浮空器囊体材料保护涂料；
将浮空器囊体材料保护涂料用6μm的涂布线棒涂覆至20×20芳纶纤维基材上，室温下固化成膜，同时测定漆膜干燥时间，待漆膜固化干燥完全后进行漆膜的一系列性能测试和研究，具体结果如表1所示。
表1实施例1所得浮空器囊体材料保护涂料综合性能测试结果
由表1可知，固化干燥后，漆膜外观均一、稳定，几乎无表面缺陷；漆膜能够实现常温快速固化，表干时间≤2h，实干时间≤24h；附着力为1级，接近0级；漆膜厚度为0.33～0.38mm，单位面积增重13.5g/m2，远低于既定要求；对其漏氦率进行测试，未经搓揉时为584ml/m2，搓揉100次后为729ml/m2，漏氦率远低于既定技术要求。
囊体材料的氦气阻隔率之所以得到提高，是因为涂覆了此保护涂料后，囊体材料上的孔隙得到填补，进而材料的漏氦率下降；经受了100次搓揉后，囊体材料的漏氦率上升，是因为在搓揉的过程中，囊体材料保护涂层结构发生破坏，囊体材料表面褶皱增加，层间孔隙增多，进而材料缺陷增多，对氦气的阻隔性下降，但由于涂覆的涂料柔韧性较好，在经受100次搓揉后，仍能保持与基材相匹配的柔韧性，故涂层结构被破坏的程度较小，仍对氦气保持良好的阻隔性。据了解，没有涂覆该保护涂料的基材在经受100次搓揉后，其漏氦率将由常态的1000ml/m2上升至2000～3000ml/m2。
实施例2
同样地，以烟台华大化学集团有限公司的NY-35型聚氨酯树脂进行浮空器囊体材料保护涂料的制备，以6μm涂布线棒将其涂覆至20×20mm的囊体基材上，进行性能测试。
浮空器囊体材料保护涂料：
由A组分、B组分混合制备而成，其中，B组分的质量含量为A组分的12.5％，各组分具体如下：
A组分：聚氨酯树脂：50份；
钛白粉：20份；
消泡剂：1份；
分散剂：1份；
溶剂：30份；
B组分：固化剂；
浮空器囊体材料保护涂料的制备方法：
(1)将50份聚氨酯树脂加至配料罐中，并向其加入20份钛白粉，1份分散剂，1份消泡剂，30份溶剂以500r/min的转速搅拌30min；
(2)再向其中加入直径为3mm的玻璃珠100g，在3000r/min下高速分散3h，用滤布过滤得到白色色浆记为A组分；
(3)将A组分与B组分按100:12的质量比进行混合，以200r/min的转速搅拌20min，即得浮空器囊体材料保护涂料；
将浮空器囊体材料保护涂料用6μm的涂布线棒涂覆至20×20芳纶纤维基材上，室温下固化成膜，同时测定漆膜干燥时间，待漆膜固化干燥完全后进行漆膜的一系列性能测试和研究，具体结果如表2所示。
表2实施例2所得浮空器囊体材料保护涂料综合性能测试结果
由表2可知，固化干燥后，漆膜外观均一、稳定，几乎无表面缺陷；漆膜能够实现常温快速固化，表干时间≤2h，实干时间≤24h；附着力为1级，接近0级；漆膜厚度为0.35～0.38mm，单位面积增重21.6g/m2，满足既定技术要求；对其漏氦率进行测试，未经搓揉时为575ml/m2，搓揉100次后为784ml/m2，漏氦率远低于既定技术要求。
对比例1
以浙江华峰集团有限公司研制的JF-A-WV1008B型聚氨酯树脂进行浮空器囊体材料保护涂料的制备，以6μm涂布线棒将其涂覆至20×20mm的囊体基材上，进行性能测试。
浮空器囊体材料保护涂料：
由A组分、B组分混合制备而成，其中，B组分的质量含量为A组分的12.5％，各组分具体如下：
A组分：聚氨酯树脂：50份；
钛白粉：12份；
消泡剂：1份；
分散剂：1份；
溶剂：30份；
B组分：固化剂；
浮空器囊体材料保护涂料的制备方法：
(1)将50份浙江华峰集团有限公司研制的JF-A-WV1008B型聚氨酯树脂加至配料罐中，并向其加入12份钛白粉，1份分散剂，1份消泡剂，以500r/min的转速搅拌30min；
(2)再向其中加入直径为3mm的玻璃珠100g，在3000r/min下高速分散3h，用滤布过滤得到白色色浆记为A组分；
(3)将A组分与B组分按100:12的质量比进行混合，以200r/min的转速搅拌20min，即得浮空器囊体材料保护涂料；
将浮空器囊体材料保护涂料用6μm的涂布线棒涂覆至20×20芳纶纤维基材上，室温下固化成膜，同时测定漆膜干燥时间，待漆膜固化干燥完全后进行漆膜的一系列性能测试和研究，具体结果如表2所示。
表3对比例1所得浮空器囊体材料保护涂料综合性能测试结果
由表3可知，固化干燥后，漆膜外观均一、稳定，几乎无表面缺陷；漆膜能够实现常温快速固化，表干时间≤2h，实干时间≤24h；附着力为1级；漆膜厚度为0.35～0.38mm，单位面积增重20.8g/m2，满足既定技术要求；对其漏氦率进行测试，未经搓揉时为712ml/m2，漏氦率能够满足既定要求；搓揉100次后为1160ml/m2，漏氦率不能满足既定技术要求。
对比例2
以广州大盈化工的DU-3060型聚氨酯树脂进行浮空器囊体材料保护涂料的制备，以6μm涂布线棒将其涂覆至20×20mm的囊体基材上，进行性能测试。
浮空器囊体材料保护涂料：
由A组分、B组分混合制备而成，其中，B组分的质量含量为A组分的12.5％，各组分具体如下：
A组分：聚氨酯树脂：50份；
钛白粉：12份；
消泡剂：1份；
分散剂：1份；
溶剂：30份；
B组分：固化剂；
浮空器囊体材料保护涂料的制备方法：
(1)将50份广州大盈化工的DU-3060型聚氨酯加至配料罐中，并向其加入12份钛白粉，1份分散剂，1份消泡剂，30份溶剂以500r/min的转速搅拌30min；
(2)再向其中加入直径为3mm的玻璃珠100g，在3000r/min下高速分散3h，用滤布过滤得到白色色浆记为A组分；
(3)将A组分与B组分按100:12的质量比进行混合，以200r/min的转速搅拌20min，即得浮空器囊体材料保护涂料；
将浮空器囊体材料保护涂料用6μm的涂布线棒涂覆至20×20芳纶纤维基材上，室温下固化成膜，同时测定漆膜干燥时间，待漆膜固化干燥完全后进行漆膜的一系列性能测试和研究，具体结果如表4所示。
表4对比例2所得浮空器囊体材料保护涂料综合性能测试结果
由表4可知，固化干燥后，漆膜外观均一、稳定，几乎无表面缺陷；漆膜能够实现常温快速固化，表干时间≤2h，实干时间≤24h；附着力为1级；漆膜厚度为0.39～0.42mm，单位面积增重20.8g/m2，满足既定技术要求；对其漏氦率进行测试，未经搓揉时为712ml/m2，漏氦率能够满足既定要求；搓揉100次后为1160ml/m2，漏氦率不能满足既定技术要求。
对比例3
以浙江华峰化工的JF-B-60型聚氨酯树脂进行浮空器囊体材料保护涂料的制备，以6μm涂布线棒将其涂覆至20×20mm的囊体基材上，进行性能测试。
浮空器囊体材料保护涂料：
由A组分、B组分混合制备而成，其中，B组分的质量含量为A组分的12.5％，各组分具体如下：
A组分：聚氨酯树脂：50份；
钛白粉：12份；
消泡剂：1份；
分散剂：1份；
溶剂：30份；
B组分：固化剂；
浮空器囊体材料保护涂料的制备方法：
(1)将50份浙江华峰化工的JF-B-60型聚氨酯加至配料罐中，并向其加入12份钛白粉，1份分散剂，1份消泡剂，30份溶剂以500r/min的转速搅拌30min；
(2)再向其中加入直径为3mm的玻璃珠100g，在3000r/min下高速分散3h，用滤布过滤得到白色色浆记为A组分；
(3)将A组分与B组分按100:12的质量比进行混合，以200r/min的转速搅拌20min，即得浮空器囊体材料保护涂料；
将浮空器囊体材料保护涂料用6μm的涂布线棒涂覆至20×20芳纶纤维基材上，室温下固化成膜，同时测定漆膜干燥时间，待漆膜固化干燥完全后进行漆膜的一系列性能测试和研究，具体结果如表5所示。
表5对比例3所得浮空器囊体材料保护涂料综合性能测试结果
由表5可知，固化干燥后，漆膜外观均一、稳定，几乎无表面缺陷；漆膜能够实现常温快速固化，表干时间≤2h，实干时间≤24h；附着力为1级；漆膜厚度为0.35～0.38mm，单位面积增重23.2g/m2，满足既定技术要求；对其漏氦率进行测试，未经搓揉时为840ml/m2，漏氦率能够满足既定要求；搓揉100次后为1226ml/m2，漏氦率不能满足既定技术要求。