航太無機 /有機的塗層基材班級：化材三甲組員：東英諭組員：葉朝翔老師：黃永慈

1

目錄 飛行器的塗層 如何改善其現況 溶膠 - 凝膠的研究 結論

2

飛行器的塗層 一 . 頂層 (topcoat layer) 聚氨酯 環氧樹脂

3

二 . 促進接著塗層 (primer layer) 環氧樹脂與胺或聚醯胺交聯 侵蝕抑制劑 - 提高侵蝕抵抗

三 . 保護塗層 (conversion layer) 導電電流陽極處理 帶有鋁三價和六價的鉻酸鹽溶液

如何改善其現況

4

鉻酸鹽 - 致癌物

環保非鉻酸鹽

抑制劑的結合

耐久性

低價格

溶膠 -凝膠的研究

5

1.水解作用 M(OR)z+H2O → M(OR)z-1M-O-M(OR)z-1+H2O

2M(OR)z-1(OH) → (OR)z-1M-O-(OR)z-1+H2O

Formation of sol-gel network

6

2.無機縮合 R’Si(OR)3+H2O → R’Si(OR)2(OH)+R(OH) Al(OR)3+H2O →OH-Al(OR)2+ROH

~~~R’Si(OR)2(OH) +HOAl(OR)2~~~ → ~~~~R’Si(OR)2-O-Al(OR)2~~~~

7

Interaction of sol-gel network with metal surfaces 鋁氧化層的表面羥基與溶膠 - 凝膠進行縮合反應。

2M(OR)z-1(OH) → (OR)z-1M-O-M(OR)z-1+H2O

8

Interaction of sol-gel network with the primer or topcoat

環氧樹脂可形成溶膠 - 凝膠網狀的一部份。 金屬基板與有機塗層之間呈現平滑。

9

System 1(Al2O3 colloidal solution)

System 2(Aminosilane-based aluminasilicate sol-gel solution)

組成 氧化鋁奈米粒子與表面羥基群

氧化鋁 - 矽酸鹽網狀及奈米粒子與氨丙基官能基

固含量 ~5% 2~4%

pH 值 2~3 ~10.5

黏度 -6 1

顯現 透明至乳白色 透明

10

Water-based sol-gel systems

System 3(Epoxysilane-based alumina/silicate sol-gel solution)

System 4(Epoxy and amino-mixed silane-based silica sol-gel solution)

組成 氧化鋁 - 矽酸鹽網狀及奈米粒子與環氧丙官能基

矽酸鹽網狀及二氧化矽與兩者官能基群

固含量 ~17% ~45%

pH 值 ~5 ~6

黏度 <25 <50

顯現 透明至乳白色 透明至微濁

11

Water-based sol-gel systems

Corrosion inhibitors 醋酸鈰 草酸鈰 硼酸鈣 偏釩酸鉀 釩酸鈰

12

目的 :

清洗及脫氧鋁合金基板

Hybrid inorganic/organic coatings

內容：溶膠 - 凝膠與水性樹脂官能基。 用途：顏料、增量劑、塗佈液。

13

提供良好的接著面 抗腐蝕性佳 性能相似鉻酸鹽

Sol-gel thin coating as metal surface treatment

14

得知室溫下，交聯塗層不耐水。 接著試驗結果。 化學計量不均衡。

矽烷 pH 值 附著性能氨基矽烷 10.5 差二氨基矽烷 10.5 差環氧 - 醚 - 矽烷 6 一般環氧矽烷 6 佳乙烯基矽烷 5 佳丙烯基矽烷 5 佳

15

Table 接著試驗結果

非鉻酸鹽腐蝕抑制劑在含有乙烯基的薄溶膠 - 凝膠有很大的不同溶解度。 溶解度，會影響抑制劑的效用。

1.Corrosion resistance

16

鋁合金(含偏釩酸鉀 )

無損傷

17

鋁合金 腐蝕一週後

一週後

鹽水噴霧室

高固含量 (~45%)環氧胺矽烷的溶膠 -凝膠。具有良好的耐磨、耐腐蝕性。產生均勻的塗層。對醇類有抵抗力。

2.Abrasion resistance

18

19

Fig. Abrasion and corrosion testing of System 4 coating. Sol–gel coating on lower half of panel. (A) after 200 revolutions of Taber Abraser. (B) After 336 h salt spray exposure.

資料來源： Inorganic/organic hybrid coatings for aircraft aluminum alloy substrates, Progress in Organic Coatings 41 (2001) 226–232

溶膠 -凝膠系統清洗與脫氧鋁合金表面。提高對金屬表面的接著。

Sol-gel/epoxy resin hybrid coatings

20

混合塗層的優點無機網狀塗層，具有持久的生命週期且能抵抗紫外光照射。增加塗層的機械強度。能促使無機鹽與填料充分的結合。表面呈現光滑、防水性且厚度相對提高。

21

Sol-gel ：風化穩定性、結構強度Epoxy resin ：伸縮性、室溫交聯

室溫下交聯 80OC 下交聯

添加不溶 / 微溶於水的抑制劑( 非鉻酸鹽 ) ，可提高抗腐蝕作用 。

Sol-gel/epoxy resin

22

高固含量的溶膠 - 凝膠有良好的機械強度、接著及耐腐蝕性能。 在高溫下，氨基與環氧基樹脂有強烈的交互作用。 環氧基或乙烯基為基礎的溶膠 - 凝膠，在室溫下交聯可形成耐水性塗層。 溶膠 - 凝膠 / 環氧基樹脂混合塗層，增加機械強度。

Summary

23

未來研究的挑戰關鍵提高性能解決室溫交聯