報告人 : 沈健生 組 員 : 徐郁婷、何雅婷、 沈健生 指導老師 : 黃永慈 報告日期 : 2014 . 6 .11 飛機鋁合金基材之無機/有機混合塗層 報告人 : 沈健生 組 員 : 徐郁婷、何雅婷、 沈健生 指導老師 : 黃永慈 報告日期 : 2014 . 6 .11

目錄 一、前言 二、塗層系統介紹 三、溶膠-凝膠系統介紹 四、溶膠-凝膠系統測試 五、溶膠-凝膠/環氧樹脂混合塗料 六、總結

一、前言 目前已有水性的溶膠-凝膠的系統已被開發，利用官能基像是氨基、環氧樹脂、乙烯基、丙烯基團摻入溶膠-凝膠的網絡，再進一步有機聚合物樹脂相互作用，形成溶膠-凝膠塗層。 由於傳統的塗層技術有對於環境上以及人體上的危害，另外增加塗料的功能性，像是防腐蝕性以及耐久性也是一個重要的改良課題，以下我們將提供幾項溶膠-凝膠塗層系統的測試與結果報告。

二、塗層系統介紹 飛機機身鋁合金上的塗料除了具有裝飾的作用外，同時還具備了長效防鏽和耐磨的保護，塗層系統通常由一層轉化塗層、一層底漆層和一層面漆層所構成的。 面漆層 底漆層 轉化塗層 鋁合金

﹛ 1.轉化層: 處理方式 用途 : 提供底漆層的附著而形成基材。 2.底漆層: 通常使用環氧樹脂與胺或是聚醯胺固化 劑交聯，防鏽抑制劑像是鉻酸鍶，會被 加進底漆層以提高抗繡蝕的功能。 3.面漆層: 聚胺脂和環氧樹脂在航太塗層系統普遍 被用來當作面漆層。 ﹛ 陽極處理方法 : 通電 2. 化學氧化法 : 利用Cr3+或是Cr6+鹽類溶液 在鋁的表面 進行化學反應 處理方式

目前的塗層技術所面臨的問題 Cr6+有致癌性，對人體與環境都有極大的傷害，所以開發無鉻酸和環保的轉化塗層是目前一大目標。 以聚氨脂或是環氧樹脂為基底溶劑的面漆和底漆的缺點 1.壽命不到三年。 2.重漆花費大。 3.產生大量的危險廢棄物。

三、溶膠-凝膠系統介紹 1.溶膠-凝膠網絡的構成 2.溶膠-凝膠網絡與金屬表面的作用 3.溶膠-凝膠網絡與底漆或面漆的作用

1.溶膠-凝膠網絡的構成 在溶膠 - 凝膠過程裡有兩種不同的反應發生水解醇基和縮合由前一個反應而得到的羟基，通常醇化物會在酒精中解離，或是在酸性、中性、鹼性的條件下在水中水解，如式(1)所示。 (1) 水解縮合如式(2)所示，形成網絡聚合物，醇化物與多種的金屬混合亦可以形成網絡。 (2)

藉由有機基團取代醇化物前軀體可使網絡具有有機的功能，官能基的金屬-碳鍵在聚合物形成反應中不容易斷鍵，帶有許多官能基的三矽氧基矽烷是很容易獲得的。他們很容易自身反應，其他的醇化金屬會形成混合的無機/有機聚合物如(3)-(5)所示，R'是烷基鏈包括環氧樹脂、氯和乙烯基基團。 (3) (4)  (5)

2.溶膠-凝膠網絡與金屬表面的作用 金屬在空氣中覆蓋了一層氧化層在表面，其氧化層的厚度、密度改變取決於金屬基材和金屬表面是如何被處理的。

3.溶膠-凝膠網絡與底漆或面漆的作用 環氧樹脂、氨、氨基甲酸酯和其他的基團存在於底漆層塗料，這些基團容易與相同型態的官能基反應，並在表面形成溶膠 - 凝膠網絡，像是在溶膠-凝膠網絡裡的環氧樹脂基團會與氨基團反應並存在於底漆層或面漆層，成為有機膜的一部份，由於化學鍵的形成，在金屬基材和有機塗料之間形成一個平滑無分界的層，這會增加的上層的吸附以及對環境的耐久性。

四、溶膠-凝膠系統測試 1.水性溶膠-凝膠系統 2.溶膠-凝膠/環氧樹脂混合系統 3.溶膠-凝膠薄塗層作為金屬表面應用 4.耐腐蝕性 5.耐磨性

1.水性溶膠-凝膠系統 系統一 系統二 系統三 系統四

2.溶膠-凝膠/環氧樹脂混合系統

3.溶膠-凝膠薄塗層作為金屬表面應用 溶膠 - 凝膠薄塗層於鋁合金表面的上有一個潛在的應用，就是代替鉻酸鹽轉化塗層。這樣的塗層要求：（1）對金屬和底漆層提供良好的附著性。 （2）提供比鉻酸鹽更好的防鏽保護。

在本研究中，我們以氧化鋁-矽酸鹽溶膠-凝膠溶液，替代鉻酸鹽轉化塗層做了一些評估。 但此溶膠 - 凝膠溶液是不適合作為飛機的塗料，因為它們在需要在室溫下固化，所以所有測試都必須在室溫下通過才算數。

我們準備了幾項具有不同官能基的矽烷和系統2的矽酸鋁溶膠-凝膠溶液進行測試，表3列出了試驗結果。 表三 矽烷 PH值 附著力性能 胺基矽烷 10.5 不好 二胺基矽烷 環氧醚矽烷 6 普通 環氧矽烷 好 乙烯基矽烷 5 丙烯基矽烷

4.耐腐蝕性 抑製劑的溶解度決定抑製劑的效果。 1.草酸鈰和釩酸鹽是僅微溶於水。 2.乙酸鈰易溶於水 3.鈣，硼酸和偏釩酸鉀是中度可溶的。

5.耐磨性 高固體含量系統4，顯示出良好的耐磨性和耐腐蝕性。塗層厚度為約10um。在130℃下2小時的熱固化後的塗層具有優異的耐磨損性。 此溶膠-凝膠塗層也具有顯著防腐蝕保護。

五、溶膠-凝膠/環氧樹脂混合塗料 上述結果表明，施加到清洗和脫氧的鋁合金表面溶膠 - 凝膠系統可顯著提高底漆的附著力到金屬表面上。因此，正在開發的飛機塗層程序包括溶膠 - 凝膠塗層，底漆和面漆塗層。 混合塗料比傳統有機聚合塗料好的優點如下： 目前水性環氧樹脂（有機聚合物）往往在3年內就 會退化且性能降低。無機網絡可抵抗因時間變長而造成的退化，所以具有顯著且完整的無機網絡與環氧聚合物的混合塗料，可以在紫外線環境持續更長的時間。

提高塗層的機械強度(如耐磨損性) 無機鹽抗腐蝕劑和填料的結合。 可能開發出真正結合轉化層、底漆層，面漆層的單步塗佈功能。混合的塗層表面光滑，並顯示出防水性。該塗層也比常規的底漆塗層厚（2毫米或更厚），可以使各種顏料也許併入到系統中，而不會犧牲該塗層的性能。

各種非鉻酸鹽抗腐蝕劑已被添加到該混合系統，只有不溶於水或微溶於水的腐蝕抑製劑表現出防腐蝕保護性能。 含有磷酸鋅不溶於水的金屬鹽混合物在鹽霧測試箱裡耐腐蝕的時間長。水溶性抗腐蝕劑，偏釩酸鉀不耐腐蝕的。明顯的偏釩酸銨的高溶解性限制了其存在於塗層中的時間。 從起泡的現象可看出，當底漆層被應用在薄溶膠 - 凝膠上，混合塗層變的非常不明顯。這表示混合塗層再泡形成之前具有足夠的多孔性可緩解壓力。

六、總結 高固體含量有優良的機械強度，良好的附著力和耐腐蝕性。 官能基的疏水性和親水性是產品壽命的重點 混合塗層可增強的機械強度，如硬度和耐磨性。當在升高的溫度下固化，大多的混合塗層經研究可通過濕附著力測試。然而當在室溫下固化時，大多數的混合塗層的仍是不耐水性的。

未來期望 產業／應用AZ 的無機聚矽氮烷適用於不同產業，包括： 平面顯示器 觸控面板 LED OLED 太陽能 汽車烤漆 浴室／廚房產品 建材

概要AZ 的無機聚矽氮烷功能塗料可在低溫固化條件下形成無機 SiO/SiN 層，且不同於 CVD 或濺鍍製程，可輕易地塗佈在各種基板／表面上。 不同於溶膠-凝膠化學法 良好的可見光穿透度 膜質致密且具高硬度 適用於各種塗佈方法 良好的基板附著力 特點與效益 可在較低的固化溫度或室溫下形成堅硬的高密度玻璃膜 化學性質穩定，具備優良的老化穩定性 可透過塗佈方式輕易形成無機 Si 層，並符合環保需求 詳細資訊 NAX120極低溫固化型NL120A低溫固化型NN120高溫固化型

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