本发明涉及一种航空涂料，具体涉及一种用于飞行器涂装的纳米粒子改性聚氨酯树脂基航空涂料。
背景技术：
相对于传统飞行器所用的金属结构材料，纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳及优异的可设计性等优点，因而在现代飞行器的机身结构上纤维增强树脂基复合材料的用量激增，目前已经问世了多型主要使用玻璃纤维增强环氧树脂（Glass Fiber reinforce Epoxy Polymer, GFEP）以及碳纤维增强环氧树脂（Carbon Fiber reinforce Epoxy Polymer, CFEP）复合材料作为机身结构的飞行器。在此类飞行器当中，蓬勃发展的轻型飞机及无人机占有很大的比例，典型机型包括美国西锐SR20、奥地利钻石DA40、中国大鹏CW-20等。由于纤维增强树脂基复合材料的基体树脂属于高分子材料，与金属机身结构相比，GFEP和CFEP机身结构的耐紫外线老化能力较低。与此同时，各种飞行器必须在露天环境中长期使用，如果不对机身结构进行涂装保护或者所用涂装保护的涂料耐紫外老化的性能不佳，容易引起GFEP和CFEP机身结构飞行器的结构材料发生老化和性能衰退，严重时甚至会造成机身结构损坏，对相关的航空运行安全造成了潜在威胁。
航空涂料是由基料、颜料、填料、溶剂和助剂等组成的黏稠悬浮液。将航空涂料涂布在飞行器表面形成一层坚韧的涂膜，对飞行器起到装饰和综合防护的作用。传统的微米至亚微米级粒径的金红石型和锐钛矿型钛白粉是航空涂料中的一种常用颜料，它不仅使航空涂料具有一定的遮盖力，赋于涂膜美观和装饰的作用，还能增强涂膜的机械强度和附着力，防止裂纹，并且能增加涂膜厚度，防止水分等的穿透。然而，当将耐紫外线老化能力更佳的纳米钛白粉等纳米粒子添加到航空涂料中用作填料时，由于纳米粒子的粒径小、表面积大、表面能大，很容易团聚，加上纳米粒子常常表现出亲水疏油性，具有很强的极性，在有机物中很难分散均匀，而且与树脂基体结合力低，易造成缺陷使得涂膜的性能降低。要使纳米级的无机粉体在航空涂料有机体系中充分发挥作用，必须让粉体在有机介质中充分分散。为了达到这个目的，往往需要改变无机粉体的表面状态，使其表面的亲水性转变为疏水性（亲油性），此时纳米粒子的吸附、润湿、分散等一系列性质都会发生显著改变，从而使经纳米粒子改性的航空涂料的流变性及体系的稳定性大大改善，同时无机物/有机物的结合界面微观结构获得改善，从而使其涂膜的力学性质和物理功能都得到显著的增强。基于这一原理，采用改变了表面状态的纳米钛白粉等纳米粒子来改性航空涂料的树脂基体，可以提高航空涂料的综合性能特别是其耐紫外线老化的耐候性能，长时间保持航空涂料涂膜的光泽，显著推迟航空涂料涂膜的老化，延长漆膜寿命。
技术实现要素：
为了弥补现有航空涂料在纤维增强树脂基飞行器机身结构耐紫外老化能力方面的不足，提高航空涂料的综合性能，本发明提供一种新型的航空涂料，该航空涂料不仅耐紫外老化能力良好，并且具有较高的环境友好性以及增强涂膜强度等综合性能。
本发明为制备出具有良好耐紫外老化能力的航空涂料所采用的技术方案是：经过硅烷表面处理的纳米粒子与聚氨酯树脂基体按照一定的工艺流程进行配比和制备。
上述用于飞行器涂装的的纳米粒子改性聚氨酯树脂基航空涂料，全部纳米粒子的含量为涂料物料总质量的0.10%~60.00%
上述用于飞行器涂装的的纳米粒子改性聚氨酯树脂基航空涂料，所用的纳米粒子为经过硅烷表面处理的纯度为50.00%~99.99%的金红石型或锐钛矿型纳米钛白粉（即TiO2纳米粉），以及经过硅烷表面处理的纯度为50.00%~99.99%的二氧化硅纳米粉（即SiO2纳米粉）。
上述用于飞行器涂装的的纳米粒子改性聚氨酯树脂基航空涂料，其制备方法包括以下步骤：（1）将纳米粒子用KH550/KH560/KH570硅烷进行表面处理的步骤；（2）用经过硅烷表面处理的纳米粒子与聚氨酯树脂混合制备改性航空涂料的步骤。
上述用于飞行器涂装的的纳米粒子改性聚氨酯树脂基航空涂料，在步骤（1）中，在一定转速搅拌下向一定量的石油醚中加入KH550/KH560/KH570硅烷。通过一定转速的分散机搅拌均匀，并用超声波分散使硅烷分散于石油醚中形成均匀的液相体系，将一定量的纳米粒子粉体添加并分散于该液相体系中形成悬浮溶液。超声分散5分钟，间隔时间2分钟后再超声分散10分钟。设定温度90℃对液相体系进行恒温加热，同时搅拌，直至液体完全挥发，然后将物料在真空干燥设备中以60℃干燥1.5小时后得到蓬松粉体，即为经过硅烷表面处理的纳米粒子。
上述用于飞行器涂装的的纳米粒子改性聚氨酯树脂基航空涂料，在步骤（2）中，将一定量的经过硅烷表面处理的纳米粒子粉体和助剂加入聚氨酯树脂中，通过一定转速的分散机搅拌均匀，超声分散10~60分钟，砂磨30分钟，以400目过滤网滤出漆料，而后将物料置于真空消泡罐中，并在一定真空度下实施10~45分钟的真空消泡，最后采用专用容器灌装贮存。
本发明的有益效果是：
在光波波长10~400纳米的测试范围内具有耐紫外线老化性能好的优点，能够满足飞机、无人机、探空火箭等飞行器对涂料的耐紫外线老化性能要求。
通过测试水接触角表征涂膜在可见光暴露环境下的露天亲水（耐沾污）性能，与未纳米改性的聚氨酯航空涂料相比，纳米改性涂料的亲水（耐沾污）性能有了明显的改善。
在航空涂料的制备过程中避免使用高挥发性助剂，确保改性涂料能够满足RoHS及适航性等方面的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1 纳米粒子改性聚氨酯树脂基航空涂料喷涂保护的SR20飞机机身壁板样品
SR20飞机机身壁板由玻璃纤维增强树脂基复合材料制成，在进行涂装前，使用直角弯头和3英寸直径的120#砂轮的气动打磨机对壁板样品板表面打磨5分钟，并用吸尘器对打磨区域进行清理。制备金红石型钛白粉纳米粒子含量为涂料物料总质量20.00%的纳米粒子改性航空涂料，将改性涂料、配套的固化剂、配套的稀释剂按照2:1:1的体积比进行混合，通过分散机在1500~2000转/分钟转速下使各种原料混合均匀。待混合涂料静置1~15分钟之后使用1.2毫米口径上壶式喷枪在45PSI的压力下将其均匀喷涂在经过打磨的试样板表面，自然干燥48小时之后，此时干燥涂膜的厚度约为80微米。
按照GB/T16422.2-1999 氙灯光源曝露试验标准，采用氙灯气候试验机对涂装后的SR20飞机机身壁板样品（样品1）进行人工气候加速老化试验，以亚微米级金红石型钛白粉粒子含量为涂料物料总质量20.00%的航空涂料涂装的R20飞机机身壁板（样品2）作为测试对比样品。按照国标GB/T8424.1~3-2001 分时段对样品的颜色值进行测试。比较经过氙灯气候400小时加速老化前后的颜色变化情况，样品1的色差值为1.26，样品2的色差值为10.15，样品1的色差值为样品2色差值的12.40%左右。
实施例2 纳米粒子改性聚氨酯树脂基航空涂料刷涂保护的CW-20无人机机身壁板样品
CW-20无人机机身壁板由玻璃纤维增强树脂基复合材料制成，在进行涂装前，使用直角弯头和3英寸直径的120#砂轮的气动打磨机对壁板样品板表面打磨5分钟，并用吸尘器对打磨区域进行清理。制备锐钛矿型钛白粉纳米粒子含量为涂料物料总质量4.00%的纳米粒子改性航空涂料，将改性涂料、配套的固化剂、配套的稀释剂按照2:1:1的体积比进行混合，通过分散机在1500~2000转/分钟转速下使各种原料混合均匀。待混合涂料静置1~15分钟之后使用毛刷将其均匀刷涂在经过打磨的试样板表面，自然干燥48小时之后，此时干燥涂膜的厚度约为120微米。
按照GB/T16422.2-1999 氙灯光源曝露试验标准，采用氙灯气候试验机对涂装后的CW-20无人机机身壁板样品（样品3）进行人工气候加速老化试验，以亚微米级金红石型钛白粉粒子含量为涂料物料总质量20.00%的航空涂料涂装的CW-20无人机机身壁板样品（样品4）作为测试对比样品。比较经过氙灯气候200小时加速老化前后的水滴接触角变化情况，样品3的水滴接触角为9°，样品4的水滴接触角为85°，样品3的水滴接触角远小于样品4的水滴接触角，呈现出良好的亲水（耐沾污）性。
实施例3 纳米粒子改性聚氨酯树脂基航空涂料涂覆保护的B737-300飞机机身壁板样品
B737-300飞机机身壁板由2014硬铝合金材料制成，在进行涂装前，使用干净抹布或海绵蘸清洁的水擦洗铝合金壁板去除表面杂质，并用干燥的抹布擦干表面。使用3M的 SCOTCH-BRITE PAD抛光布蘸去离子水按波音BAC5748规范清洁壁板表面，连续清洁4遍，且每遍清洁事均使用新的抛光布。然后使用干净抹布或海绵蘸清洁的水擦洗表面至少两次，最后用干燥的抹布擦干表面。表面清洁后，应光亮无杂质。在进行后续操作前，表面至少需要干燥15分钟。将0.40克阿洛丁1000粉溶解在1.00加仑蒸馏水中形成溶液，使用尼龙刷子将阿洛丁溶液均匀涂覆在已经清洁的壁板表面，保持表面湿润3~5分钟，并用干净抹布或纤维素海绵擦去多余的溶液。制备二氧化硅纳米粒子含量为涂料物料总质量4.00%的纳米粒子改性航空涂料，将改性涂料、配套的固化剂、配套的稀释剂按照2:1:0.8的体积比进行混合，通过分散机在1500~2000转/分钟转速下使各种原料混合均匀。待混合涂料静置1~15分钟之后使用100微米型涂布器将其均匀涂覆在经过10小时自然干燥的涂抹了阿罗丁溶液的铝合金壁板样品表面，自然干燥48小时之后，此时干燥涂膜的厚度约为90微米。
按照GB24409-2009 涂料中有害物质限量试验标准检测涂料中挥发性有机化合物（VOC）的含量，按照欧盟RoHS的规定检测涂膜中铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚6项有害物质的含量。按照GB/T 6739-86涂膜硬度铅笔测定法测试涂膜的铅笔硬度，按照GB/T1731-79涂膜柔韧性测定方法测试涂膜的柔韧性。检测结果表明，涂料VOC含量不大于120克/升，RoHS检测项目符合标准。涂膜的铅笔硬度为5H，涂膜的柔韧性为1 毫米，满足ASTM D 2197标准。
上述实施例只是为了说明本发明创造所做的举例，而非对本发明创造具体实施方式的限定。对于本发明所涉及相关行业的技术人员还可在上述说明的基础上做出其它不同形式的变化或者变动。本发明所涉及的实施例无需也无法对所有的实施方式一一列举。凡在本发明的精神和原则之内所引申出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。