本发明属于涂料技术领域，具体地说是涉及一种水性碳纤维涂料及其制备方法和施工工艺。
背景技术：
碳纤维是由有机纤维经过一系列热处理转化而成的脆性材料。碳纤维基材是采用碳纤维或碳纤维复合材料制作而成。碳纤维基材可剪裁性好、具有良好的耐疲劳性能和抗腐蚀性能等，广泛应用于航空设备(如飞行器)、体育用品(如网球拍)、生活用品(如安全帽)等领域。
目前碳纤维基材往往采用溶剂型涂料进行表面涂覆。溶剂型涂料含有大量的挥发性有机物，对人体和环境造成的污染日趋严重，随着人们环保意识的加强和环保法规的健全，挥发性有机物(voc)的排放量受到越来越严格的限制，碳纤维基涂料的水性化是发展的必然趋势。
水性涂料以水作溶剂，节省大量资源，消除了施工时火灾危险性，降低了对大气污染。水性涂料仅采用少量低毒性醇醚类有机溶剂，改善了作业环境条件，对降低污染节省资源效果显着。
目前，由于碳纤维毛细孔较大，水性涂料在施工过程中因丰满度不够容易产生垂流及填补缝隙不足等情况，无法很好一次性补平碳纤维，密着性较差，耐候性能及外观方面不理想。
另外，传统碳纤维基材补土需以人工进行括涂，费时费力，平整度较差。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种水性碳纤维涂料，其环保节能，涂覆在碳纤维基材上具有良好的致密性和理想的外观。本发明还提供其制备方法和施工工艺。
本发明通过下述技术方案实现：
一种水性碳纤维涂料，包括水性涂料主剂和水性固化剂；
所述水性涂料主剂按质量份数比包括：羟基聚丙稀酸乳液60-75份、流平剂0.3-1份、湿润剂0.2-1份、分散剂0.5-2份、水20-30份及二丙二醇甲醚0-10份；
所述水性固化剂为水性聚异氰酸酯；
所述水性涂料主剂与水性固化剂混合的重量比为100：20-90。
优选地，所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷。
优选地，所述湿润剂为改质聚硅氧烷。
优选地，所述分散剂为高分子嵌段聚合物超分散剂。
所述水性涂料主剂的制备方法为：生产温度控制在35℃以下，湿度85％以下，将羟基聚丙稀酸乳液和水加入分散缸，然后在300-400转/分的转速下向分散缸依次加入流平剂、湿润剂和分散剂，搅拌使其分散均匀，得到水性涂料主剂。
进一步地，分散缸内最后还加入二丙二醇甲醚进行搅拌分散。
上述水性碳纤维涂料的施工工艺，包括以下步骤：
(1)首先将所述水性涂料主剂和水性固化剂按100：20-90的重量比进行混合调配，作为底漆、水性补土和面漆；
(2)将所述水性涂料主剂和水性固化剂按100：20-90的重量比进行混合调配，再加入水性涂料主剂2-5wt％的颜料，混合调配，作为色漆；
(3)上底漆：碳纤维基材喷涂底漆；
(4)补土：待底漆完全固化后，水性补土以喷涂方式进行上漆；然后以微波烘烤，再采用红外线干燥，再进行打磨；水性补土共喷涂2-3层，每层均需烘烤干燥、打磨；
(5)上色漆：由色漆喷涂而成；然后以微波烘烤，再采用红外线干燥；
(6)上面漆：由面漆喷涂而成，然后以微波烘烤，再采用红外线干燥。
优选地，步骤(4)(5)(6)中微波烘烤为：进入微波设备内，采用微波频率在300mhz-300ghz的电磁波照射5-10min。
优选地，步骤(4)(5)(6)中红外线干燥时间为5-10min。
本发明的有益效果主要体现在以下方面：
(1)碳纤维基材上依次涂覆底漆、水性补土、色漆及面漆，分层喷涂，渗透性强，有效填补碳纤维缝隙，均匀性和密着性好，耐候性和外观理想，起到良好的保护和装饰碳纤维基材的作用。
(2)底漆、补土、色漆及面漆均为水性涂层，低voc排放，环保性高。
(3)固化干燥使用微波传导方式进行固化，比传统烘烤方式缩短四至五倍时间。涂料喷涂后进入微波设备内进行由内至外穿透涂料，涂料底部水分逼出，微波透入水性涂料时，由于水性涂料损耗引起的水分温度的升高，使水性涂料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，内外加热均匀一致。后段再以红外线干燥方式将涂膜表面水分均匀挥发。
(4)水性补土以喷涂方式进行上漆，减省人力及时间，平整度好，且该补土层能牢度地附着在底漆层上，不会产生咬底的现象，有利于后续形成光泽度良好的色漆层，提高了碳纤维基材的美观度。
具体实施方式
下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种水性碳纤维涂料，包括水性涂料主剂和水性固化剂；所述水性涂料主剂与水性固化剂混合的重量比为100：25。
所述水性涂料主剂按质量份数比包括：
羟基聚丙稀酸乳液70份、流平剂0.3份、湿润剂0.5份、分散剂1.5份及水25份；
所述水性固化剂为水性聚异氰酸酯；
上述水性碳纤维涂料的制备方法为：生产温度控制在35℃以下，湿度85％以下，将羟基聚丙稀酸乳液和水加入分散缸，然后在350转/分的转速下向分散缸依次加入流平剂、湿润剂和分散剂，搅拌使其分散均匀，得到水性涂料主剂。
上述水性碳纤维涂料的施工工艺，包括以下步骤：
(1)首先将所述水性涂料主剂和水性固化剂按100：25的重量比进行混合调配，作为底漆、水性补土和面漆；
(2)将所述水性涂料主剂和水性固化剂按100：25的重量比进行混合调配，再加入水性涂料主剂3wt％的颜料，混合调配，作为色漆；
(3)上底漆：碳纤维基材喷涂底漆；
(4)补土：待底漆完全固化后，水性补土以喷涂方式进行上漆；然后进入微波设备内，采用微波频率在300mhz-300ghz的电磁波照射8min，再采用红外线干燥8min，再进行打磨；水性补土共喷涂3层，每层均需烘烤干燥、打磨；
(5)上色漆：由色漆喷涂而成；然后进入微波设备内，采用微波频率在300mhz-300ghz的电磁波照射8min，再采用红外线干燥8min；
(6)上面漆：由面漆喷涂而成，采用微波频率在300mhz-300ghz的电磁波照射8min，再采用红外线干燥8min。
实施例2
一种水性碳纤维涂料，包括水性涂料主剂和水性固化剂；所述水性涂料主剂与水性固化剂混合的重量比为100：20。
所述水性涂料主剂按质量份数比包括：
羟基聚丙稀酸乳液65份、流平剂0.6份、湿润剂1份、分散剂0.8份、水20份及二丙二醇甲醚5份；
所述水性固化剂为水性聚异氰酸酯；
上述水性碳纤维涂料的制备方法为：生产温度控制在35℃以下，湿度85％以下，将羟基聚丙稀酸乳液和水加入分散缸，然后在300转/分的转速下向分散缸依次加入流平剂、湿润剂、分散剂和二丙二醇甲醚，搅拌使其分散均匀，得到水性涂料主剂。
分散缸内最后还加入二丙二醇甲醚进行搅拌分散。
上述水性碳纤维涂料的施工工艺，包括以下步骤：
(1)首先将所述水性涂料主剂和水性固化剂按100：20的重量比进行混合调配，作为底漆、水性补土和面漆；
(2)将所述水性涂料主剂和水性固化剂按100：20的重量比进行混合调配，再加入水性涂料主剂2wt％的颜料，混合调配，作为色漆；
(3)上底漆：碳纤维基材喷涂底漆；
(4)补土：待底漆完全固化后，水性补土以喷涂方式进行上漆；然后进入微波设备内，采用微波频率在300mhz-300ghz的电磁波照射6min，再采用红外线干燥10min，再进行打磨；水性补土共喷涂2层，每层均需烘烤干燥、打磨；
(5)上色漆：由色漆喷涂而成；然后进入微波设备内，采用微波频率在300mhz-300ghz的电磁波照射6min，再采用红外线干燥10min；
(6)上面漆：由面漆喷涂而成，采用微波频率在300mhz-300ghz的电磁波照射6min，再采用红外线干燥10min。
实施例3
一种水性碳纤维涂料，包括水性涂料主剂和水性固化剂；所述水性涂料主剂与水性固化剂混合的重量比为100：50。
所述水性涂料主剂按质量份数比包括：
羟基聚丙稀酸乳液75份、流平剂1份、湿润剂0.2份、分散剂2份、水30份及二丙二醇甲醚8份；
所述水性固化剂为水性聚异氰酸酯；
上述水性碳纤维涂料的制备方法为：生产温度控制在35℃以下，湿度85％以下，将羟基聚丙稀酸乳液和水加入分散缸，然后在400转/分的转速下向分散缸依次加入流平剂、湿润剂、分散剂和二丙二醇甲醚，搅拌使其分散均匀，得到水性涂料主剂。
上述水性碳纤维涂料的施工工艺，包括以下步骤：
(1)首先将所述水性涂料主剂和水性固化剂按100：50的重量比进行混合调配，作为底漆、水性补土和面漆；
(2)将所述水性涂料主剂和水性固化剂按100：50的重量比进行混合调配，再加入水性涂料主剂2wt％的颜料，混合调配，作为色漆；
(3)上底漆：碳纤维基材喷涂底漆；
(4)补土：待底漆完全固化后，水性补土以喷涂方式进行上漆；然后进入微波设备内，采用微波频率在300mhz-300ghz的电磁波照射10min，再采用红外线干燥5min，再进行打磨；水性补土共喷涂3层，每层均需烘烤干燥、打磨；
(5)上色漆：由色漆喷涂而成；然后进入微波设备内，采用微波频率在300mhz-300ghz的电磁波照射10min，再采用红外线干燥5min；
(6)上面漆：由面漆喷涂而成，采用微波频率在300mhz-300ghz的电磁波照射10min，再采用红外线干燥5min。
实施例1-3所述的羟基聚丙稀酸乳液由申请人与中山市博海精细化工有限公司合作发开，牌号nf9100。
实施例1-3所述水性聚异氰酸酯由德国拜耳出厂。
实施例1-3所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷，可选用流平剂byk-333。
实施例1-3所述湿润剂为改质聚硅氧烷，可选用佳谦化学5639。
实施例1-3所述分散剂为高分子嵌段聚合物超分散剂，可选用萨玛索化学dp6312。
实验：
水性碳纤维涂料voc含量测试：依照gb/t23986-2009《色漆和清漆挥发性有机化合物(voc)含量的测定气相色谱法》进行，测试采用水可稀释样品的冷进样方式。
通过检测，实施例1涂料voc含量15.5g/l、实施例2涂料voc含量16.3g/l、实施例3涂料voc含量15.6g/l；
由此可知，本发明涂料低voc排放，环保性高。
涂料漆膜性能试验
将按实施例1-3施工方法得到的碳纤维基材涂层进行漆膜性能试验。检测结果如表1所示。
表1水性碳纤维涂料漆膜性能检测结果
由表1可见，本发明水性碳纤维涂料漆膜硬度、附着力均符合行业标准要求，耐候性和外观理想，起到良好的保护和装饰碳纤维基材的作用。
尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域一个熟练的技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。