龐立江,孟立輝
(石家莊理工職業(yè)學(xué)院,河北 石家莊 050228)
軍用和民用飛機(jī)在使用中會遭遇各種復(fù)雜的氣候和環(huán)境條件,如雷雨、暴雪、冰雹、酸雨、沙塵、微生物等,如何使飛機(jī)結(jié)構(gòu)和表面在各種惡劣的環(huán)境中不遭受破壞,在長時間飛行中如何創(chuàng)造一個溫馨的艙內(nèi)環(huán)境,減少機(jī)組和乘客的疲勞反應(yīng),飛機(jī)如何以光鮮亮麗的外衣展示航空運輸公司的形象,如何偽裝使敵人難以察覺和發(fā)現(xiàn),……凡此種種,都需要從飛機(jī)涂裝方面找答案,由此飛機(jī)涂裝的重要性顯而易見。
涂料是一種涂覆于物體表面干燥后成膜,并對底材具有保護(hù)、裝飾或具有某種特殊功能的一類材料。油漆是涂料的一種,以前油漆原為植物油或植物漆調(diào)和而成,油漆之名也源于此。隨著當(dāng)代科技的進(jìn)步,油漆領(lǐng)域已遠(yuǎn)非如此,利用各種性能的合成樹脂制造出更為廣泛的油漆涂料。當(dāng)今使用的諸多油漆品種既不含油也不含漆,因此學(xué)術(shù)界已將油漆正名為涂料,但有時仍沿用傳統(tǒng)的油漆一詞稱謂,這或許是對與自然和諧共生的“油漆”的環(huán)保理念的懷念。
涂料一般由成膜物質(zhì)輔助以填料、顏 料、各種溶劑以及其他輔助劑組成,注寫時通常寫明涂料型號和涂料全稱。涂料全稱一般由顏色或顏料名稱加上成膜物質(zhì)名稱,再加上基本名稱而組成。對于不含顏料的清漆涂料,其全名則是由成膜物質(zhì)名稱再加上基本名稱組成。當(dāng)涂料中含有多種成膜物質(zhì)時,選取起主要作用的一種成膜物質(zhì)命名,必要時也可選取兩種或三種成膜物質(zhì)命名。主要成膜物質(zhì)名稱在前,次要成膜物質(zhì)名稱在后。例如:白色環(huán)氧硝基磁漆。
涂料型號用于標(biāo)記并區(qū)分具體的涂料品種,位于涂料全稱之前,是一個漢語拼音字母和幾個阿拉伯?dāng)?shù)字組成。字母表示涂料(或成膜物質(zhì))類別代號(見表1),位于涂料型號的最前部。字母后緊跟的第一、二位兩個數(shù)字表示涂料基本名稱代號(見表2)。第一、二位兩個數(shù)字后加一短橫線,然后跟以第三位,或第三位與第三位以后位數(shù)字,為涂料序號,用以表示涂料品種的差別。對于04 磁漆還表示出該涂料是有光、半光或無光,其中第三位或第三位和第四位的序號為1-49 時表示有光,為60-69 時表示半光,為80-89 時表示無光,例如:S04-60 各色丙烯酸聚氨酯半光磁漆,H04-80 各色環(huán)氧硝基無光磁漆。
表1 涂料類別及代號
表2 涂料基本名稱代號(部分)
值得說明的是有些漆的型號不太標(biāo)準(zhǔn),型號序號中位數(shù)多并帶有字母,如S04-101H 各色丙烯酸聚氨酯磁漆,H06-1012H 鍶黃環(huán)氧聚酰胺底漆。還有些航空用漆型號則更不標(biāo)準(zhǔn),其型號借用了研制代號。如13-2,SF-9,H06-D 等。
航空涂料是指專用于飛機(jī)及其他飛行器涂裝的涂料。隨著航空科技的飛速進(jìn)步,加之航空器特殊的底材、特殊的使用環(huán)境和特殊的使用性能要求,航空涂料逐漸多功能化、高技術(shù)化。航空器不同部位、不同防護(hù)目的、不同目標(biāo)功能的航空涂料具有不同的性能和使用特點,有的涂料具有防腐蝕,有的涂料成膜表面具有良好的耐磨性,有的具有耐溫性,有的具有裝飾性等等,涂料種類、特性不同,其用途、作用也是五花八門,但概括起來主要有以下幾個方面。
飛機(jī)飛行過程經(jīng)歷了從地面起飛到高空巡航,再到地面降落一個個循環(huán)過程,期間穿過底層大氣環(huán)境中的飛沙揚塵、霧霾濕氣,高空環(huán)境的雨雪風(fēng)暴、電閃雷鳴,不可避免地受到紛雜環(huán)境的影響使機(jī)體結(jié)構(gòu)造成腐蝕,影響飛行可靠性、安全性和壽命。對軍機(jī)輕則造成返航檢修,重則貽誤戰(zhàn)機(jī)甚至造成機(jī)毀人亡,若是民航飛機(jī)也可能導(dǎo)致乘客生命財產(chǎn)損失。為避免由之導(dǎo)致的那些無謂的損傷,須采用適當(dāng)?shù)暮娇胀苛戏栏徫g,保護(hù)軍、民飛機(jī)內(nèi)外部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中所有需要保護(hù)的金屬、非金屬構(gòu)件和零件不受環(huán)境的侵蝕,延長飛機(jī)的使用壽命,這是航空涂料最主要的作用之一。根據(jù)飛機(jī)不同部位的不同使用要求,選用合適的涂料,可有效避免飛機(jī)各種材料零部件磨蝕、砂蝕、雨蝕、微動磨蝕、剝落腐蝕、微生物腐蝕、酸和堿等各種介質(zhì)腐蝕造成的破壞。
飛機(jī)容易腐蝕的部位有發(fā)動機(jī)入口和冷卻空氣通氣孔、起落架及起落架艙、蒙皮接縫和緊固件孔、排氣區(qū)、折疊凹槽、襟翼和鉸鏈凹槽、易積水區(qū)、易凝露區(qū)、蓄電池架、整體油箱、旅客機(jī)的廁所和廚房、戰(zhàn)斗機(jī)上火箭發(fā)射和機(jī)炮射擊的爆發(fā)區(qū)等,這些部位的航空涂料防腐緩蝕原理主要體現(xiàn)在:涂料將屏蔽物體表面與外界環(huán)境隔離,阻止腐蝕介質(zhì)侵蝕金屬;涂料化學(xué)組分與需防腐金屬反應(yīng),在金屬表面形成保護(hù)膜或使其鈍化,阻止外界滲透介質(zhì)腐蝕;利用涂料中的某些金屬組分比機(jī)體金屬材料電位更負(fù),在電化學(xué)腐蝕中起犧牲陽極保護(hù)機(jī)體金屬作用。
飛機(jī)涂層的裝飾按其噴涂部位不同有內(nèi)部裝飾和外部裝飾兩種。機(jī)艙內(nèi)部裝飾涂層為機(jī)艙內(nèi)部機(jī)組和乘客提供了溫馨的環(huán)境,尤其民機(jī)客艙內(nèi)部柔和的涂層色調(diào)給乘客以舒適感、色彩感,有助于緩解和消除乘客由狹小機(jī)艙空間給旅客帶來的壓抑感和長途旅行疲勞感,這對民機(jī)吸引乘客尤為重要;機(jī)體外部涂層對裝飾性要求最高的首推飛機(jī)蒙皮涂層,它好比為飛機(jī)披上了一件美觀漂亮的外衣,外觀裝飾得當(dāng)可增強(qiáng)飛機(jī)整體視覺沖擊力,有助于樹立航空公司形象,提高其商業(yè)競爭力。
一般來說,飛機(jī)涂裝裝飾要求:涂裝顏色均勻一致,外觀細(xì)膩平整、色澤平艷適度,給人以舒適美好的視覺感受。裝飾效果的好壞直接展現(xiàn)了飛機(jī)精美程度,體現(xiàn)其價值文化。裝飾性能是航空涂料兼具的性能,尤其是飛機(jī)外表面整體噴漆更是講究裝飾效果,飛機(jī)彩繪是對飛機(jī)外觀整體涂裝裝飾性表現(xiàn)的極致。
飛機(jī)涂裝有多種特種作用:偽裝作用、吸波隱形作用、阻燃作用、防滑作用、抗靜電作用、耐油作用、耐磨作用、防雨作用、防冰作用、防霧作用、耐熱作用、防濕熱、防鹽霧和防霉菌作用等。偽裝涂色是一種光學(xué)隱身技術(shù),利用偽裝涂料使軍機(jī)外觀成迷彩狀,將飛機(jī)迷彩色與背景融為一體或形成明顯的反差,扭曲飛機(jī)的輪廓,敵方很難發(fā)現(xiàn)和識別,從而保存自己,消滅敵人。偽裝作用消除了飛機(jī)與背景之間的顏色或亮度差別,使色彩和光譜反射率與背景相一致,使飛機(jī)隱匿于森林、草原、沙漠等背景之中,起到保護(hù)我方有生力量的目的。如在海灣戰(zhàn)爭中,英、法等國空軍都將飛機(jī)涂成土黃色,在海上作戰(zhàn)的艦載機(jī)一般以淺灰色或淺藍(lán)色和白色為主。軍機(jī)外部吸波隱形作用主要是采用鐵氧體、金屬超細(xì)粉等吸收劑,在戰(zhàn)斗中外部涂料可吸收雷達(dá)波,使敵方雷達(dá)難以發(fā)現(xiàn)我方戰(zhàn)機(jī),我方在空中格斗時處于主動,出奇制勝,例如F-117和B-1的外表均噴涂有薄薄一層鐵氧體涂層。金屬超細(xì)粉是一種顆粒直徑小微米于0.1的金屬和合金微粒,對電磁波有較強(qiáng)的吸收能力,可減少雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的概率,有效提高偽裝和突防能力。阻燃涂料用于機(jī)艙內(nèi)部,可在發(fā)生火災(zāi)時阻止燃燒,防止座椅、地毯、窗簾等的燃燒蔓延。防滑涂料涂層用于機(jī)艙地板,使地板具有更大的摩擦系數(shù),以防止人員在艙內(nèi)行動時滑倒??轨o電涂料主要用于雷達(dá)罩、天線罩或油箱內(nèi)部,涂于非導(dǎo)體表面,以消散表面靜電,使之能傳導(dǎo)電流,排除靜電,避免電子干擾,防止雷擊或產(chǎn)生火花。耐油涂料能長期經(jīng)受油品浸蝕而不受破壞,主要用于油箱內(nèi)部和其他接觸油類部件,涂料除耐油外,須考慮其與油箱密封劑的配套性、抗微生物性、抗靜電和不污染油品等性能。在飛機(jī)飛行、特別是降落過程中,一些迎風(fēng)部位的零件,容易遭受空氣中的雜質(zhì)如砂礫、雨滴以至飛鳥的撞擊而造成磨蝕,最終影響零件的外觀、空氣動力性能或降低疲勞強(qiáng)度。航空耐磨涂料可用于壓氣機(jī)葉片,機(jī)翼、旋翼、槳翼的前緣及起落架護(hù)板等部位,防止其受到腐蝕。飛機(jī)穿越雨區(qū)時,與雨滴的相對速度可達(dá)亞音速或超音速,機(jī)翼、旋翼或槳翼前緣及機(jī)頭雷達(dá)罩等容易被雨滴沖刷而磨損或剝落,出現(xiàn)雨蝕現(xiàn)象,防雨涂料能在受到雨滴沖刷時利用其高彈性能吸收沖擊能,從而降低或消除其沖蝕作用。防冰涂料可用于飛機(jī)表面及發(fā)動機(jī)帽罩的除冰或防冰,使冰霜對涂層的附著力降低,在外力的作用下,很容易從涂層表面脫落下來,能使冰霜融化,直接防止冰霜的形成。高濕度的空氣,接觸到溫度較低的玻璃時,空氣中的水分便結(jié)成微細(xì)露珠附著其表面,玻璃亦變得模糊,影響視線,此時在玻座艙玻璃、儀表玻璃、面具玻璃等部位應(yīng)用防霧涂料,由于其具有耐水性,能防止水分結(jié)成水珠,使空氣中的水分在物體表面只能形成水膜,以保持玻璃的透明度。耐熱涂料由于能長期經(jīng)受200 攝氏度以上溫度,不變色、不開裂、不脫落,對底材有保護(hù)作用,廣泛用于飛機(jī)耐熱部位及發(fā)動機(jī)。飛機(jī)服役區(qū)域廣,包括濕熱帶、沿海地區(qū)等,此時應(yīng)用涂料,更要注意涂層能經(jīng)受住高溫濕熱、鹽霧和霉菌等作用。
飛機(jī)涂料除了具有以上作用外,有的還具有光滑平整、封閉作用、隔離作用、示溫作用、輻射散熱等作用。涂料外用涂層可以使飛機(jī)外表面光滑平整,具有減少阻力、改善飛機(jī)空氣動力性能等良好作用,如某機(jī)型機(jī)翼將油蒙蒙皮布涂Q63-1 硝基涂布漆,在干燥過程中產(chǎn)生收縮,能使蒙皮布拉緊,提高蒙布強(qiáng)度約三分之一,且形成一定彈性,蒙布受沖擊后一般不會產(chǎn)生殘余變形,同時使蒙布不透氣和水并使蒙布光滑,減小飛行阻力。封閉涂料主要用于鑄鎂合金、復(fù)合材料以及噴鋁層等表面,以封閉其中的針眼、氣孔、或其他微細(xì)缺陷,增加防護(hù)能力并可改進(jìn)底材強(qiáng)度,使用時不能單獨作為防護(hù)層,注意和其它底漆、磁漆配套使用,以提高整個涂層系統(tǒng)的防護(hù)性能。隔離涂料是一種不粘涂料,主要用于飛機(jī)的口蓋部位,保證口蓋的密封性,同時又便于口蓋開啟。示溫涂料涂層是因受熱而發(fā)生顏色變化以指示溫度的涂料,可用于發(fā)動機(jī)內(nèi)部和飛機(jī)表面的測溫。涂料輻射散熱作用,可降低高性能軍用飛機(jī)的表面溫度。
涂料按成膜物質(zhì)的特性可分為有機(jī)涂料和無機(jī)涂料兩大類,飛機(jī)涂裝大多用有機(jī)涂料。有機(jī)涂料俗稱油漆,主要以成膜物質(zhì)(天然樹脂、人造樹脂、合成樹脂)為基料,輔以顏料、填料、助劑以及分散物質(zhì)等組成。有機(jī)涂層按用途分為清漆、底漆、磁漆、膩子、耐熱漆、標(biāo)志漆、示溫漆和美術(shù)漆等;按在飛機(jī)上的不同使用部位主要分為飛機(jī)外部涂料、內(nèi)部涂料、整體油箱內(nèi)部涂料、非金屬保護(hù)涂料、客艙裝飾性涂料以及其他耐介質(zhì)涂料等;按主要成膜物質(zhì)分為聚氨酯涂料、環(huán)氧涂料、丙烯酸涂料、有機(jī)硅涂料、酚醛涂料、醇酸涂料、硝基涂料、過氯乙烯涂料、瀝青涂料等十幾類。目前國外航空底漆多為環(huán)氧涂料,也有采用聚氨酯涂料的;航空磁漆多為聚氨酯涂料。常見的航空涂料組成及特性見表3。
表3 常見的航空涂料組成及特性
采用涂料涂裝是航空產(chǎn)品重要的防護(hù)措施,對軍機(jī)和民機(jī)都是不可缺少的良好的保護(hù)性功能材料。選擇飛機(jī)涂裝涂層時,首先要分析飛機(jī)零部件材料特性、使用的環(huán)境條件、運行條件要求,在此基礎(chǔ)上確定涂層所需具備的防護(hù)性能要求、裝飾要求、特種功能要求和其他要求,根據(jù)這些要求,綜合考慮涂層物理機(jī)械性能、涂層與基體的附著力、耐候性、抗老化性能、底層和面層的配套性以及施工工藝等因素,確定所需要合適性能的涂料或涂料組合。
不論防腐蝕涂料、裝飾粉料還是功能涂料都很少單獨使用,一般由幾種涂料配套,組成復(fù)合結(jié)構(gòu)層即涂層防護(hù)系統(tǒng),以獲得最佳效果。常見的涂料復(fù)層體系結(jié)構(gòu)有:底漆-面漆配套、封閉漆-底漆-面漆配套、底漆-二道底漆-面漆配套等。底漆直接涂覆在結(jié)構(gòu)表面,主要起防腐、增加涂層結(jié)合力和增加面漆的豐滿度等作用。底漆可以單獨使用,但多數(shù)情況下,底漆是與面漆配套使用。面漆一般作為涂裝的最終涂層,多為各種性能獨特的磁漆,它們或是防腐性突出,或是裝飾效果好,或是具備某種特殊功能,以滿足各種使用要求。底漆面漆配套適當(dāng),可獲得質(zhì)高價廉的涂層體系。例如對于飛機(jī)外表的鋁合金件可涂H06-2、H06-25 環(huán)氧鋅黃底漆或H06-1012H鍶黃環(huán)氧底漆,然后再涂兩遍S04-49 或S04-101H 或S04-60 丙烯酸聚氨酯磁漆;對于飛機(jī)外表鋼鐵件可涂H06-2 鐵紅底漆,然后再涂兩遍S04-49 或S04-101H 或S04-60 丙烯酸聚氨酯磁漆;對于飛機(jī)內(nèi)部的各系統(tǒng)及可見的鋁合金結(jié)構(gòu)件可涂H06-2 鋅黃環(huán)氧底漆,然后再涂H04-2環(huán)氧硝基磁漆;而內(nèi)部鋼鐵件可涂H06-2 鐵紅環(huán)氧底漆,然后再涂H04-2 環(huán)氧硝基磁漆;不可見的結(jié)構(gòu)件,鋁合金件涂H06-2 環(huán)氧鋅黃底漆,鋼鐵件涂H06-2 鐵紅環(huán)氧底漆。
另外,選擇油漆時還要考慮漆膜微觀結(jié)構(gòu)、柔韌性、干燥類型等因素。漆膜微觀結(jié)構(gòu)有兩種鏈狀線性結(jié)構(gòu)(如Q63-1,B01-3,G04-9)和網(wǎng)狀三度空間結(jié)構(gòu)(如H06-2,S04-101H)。一般來說,網(wǎng)狀三度空間結(jié)構(gòu)的漆膜的性能優(yōu)于鏈狀線性結(jié)構(gòu)的漆膜。醇酸磁漆柔韌性突出,綜合性能尚可。導(dǎo)管彎曲成型時漆層不會開裂脫落,可用于自彎導(dǎo)管涂漆。油漆干燥類型有兩種,第一種類型:漆膜中溶劑(稀料)揮發(fā)掉,漆膜即干,這類漆干燥迅速,如B01-3,G04-9,H04-2;第二種類型:漆膜中溶劑(稀料)揮發(fā)后,漆膜中還要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)結(jié)束,漆膜才干,如C04-2,S04-49,H06-2。
(1)飛機(jī)由許多系統(tǒng)組成,為了區(qū)分不同系統(tǒng)零部件尤其是管路,往往不同系統(tǒng)涂裝成不同的顏色。我國自己設(shè)計的飛機(jī)各系統(tǒng)的油漆顏色大多沿襲前蘇聯(lián)的規(guī)則,前蘇聯(lián)飛機(jī)油漆顏色規(guī)則如下:
表4 前蘇聯(lián)飛機(jī)油漆顏色規(guī)則
(2)為提高涂漆的附著力、增強(qiáng)防腐功能,涂漆前應(yīng)注意進(jìn)行預(yù)處理,如鋁合金件清洗后化學(xué)氧化或陽極氧化;黑色金屬噴砂后發(fā)藍(lán)或磷化。氧化或磷化膜層不僅提高了金屬的防腐性能,而且膜層多孔,與油漆層有良好的結(jié)合力,是油漆層的良好底層。
(3)涂裝時應(yīng)注意根據(jù)材料防護(hù)要求和使用環(huán)境正確選擇涂漆種類,涂錯了漆不僅達(dá)不到防護(hù)要求反而會適得其反,如對鋼鐵有極好防銹性能的紅丹防銹漆,若涂到鋁板上,反而會引起后者腐蝕;對鋼鐵起防銹作用的鐵紅底漆,涂到鋁板上對鋁也會引起腐蝕;鎂合金零件在涂面漆前,要涂兩遍鋅黃底漆,而且要在第二遍底漆中加3%鋁粉(為提高保護(hù)性),如把這種第二遍底漆用作第一遍反而會引起鎂合金腐蝕,(原因是鋁粉電位比鎂合金高,發(fā)生了電化學(xué)腐蝕);受高溫作用的零件如涂上了過氯乙烯磁漆,過氯乙烯磁漆會在高溫下裂解,放出氯化氫,后者會強(qiáng)烈腐蝕金屬;Q63-1 硝基涂布漆涂刷木桌,將會使桌面翹曲(由于Q63-1 在干燥時強(qiáng)力收縮),等等。
(4)飛機(jī)涂裝設(shè)計應(yīng)注意運用“多層異類”原則?!岸鄬赢愵悺痹瓌t是指在總厚度相同情況下,多遍涂比一遍涂獲得的漆膜質(zhì)量更高。由于不存在性能萬能的油漆,為得到多種性能的最佳漆層,實踐中往往采用“多層異類”原則,即采用多層漆多遍涂,每層漆采用不同漆種,從而最大限度地發(fā)揮每類漆的最突出性能。例如過氯乙烯漆耐化學(xué)性能和耐侯性都不錯,但附著力較差;環(huán)氧漆類附著力高,但耐侯性較差;所以某些飛機(jī)的面漆就采用環(huán)氧漆(H06-2)作底漆,過氧乙烯(G04-9)作面漆,為了使這兩種漆很好親和,在它們之間還加了一層能承上啟下的醇酸漆(C06-1)作中間層。
(5)H06-2 鋅黃底漆和H06-2 鐵紅底漆的區(qū)別。兩者的成膜物一樣,但顏料不同,前者是鉻酸鋅,后者是氧化鐵;前者是化學(xué)防銹底漆,既可用于有色金屬,也可用于黑色金屬;后者是物理防銹底漆只能用于黑色金屬,若用于有色金屬可能會產(chǎn)生腐蝕。
(6)H06-25 鋅黃環(huán)氧底漆和H06-2 鋅黃環(huán)氧底漆的區(qū)別。前者是雙組份,保護(hù)性能優(yōu)于后者,但施工較復(fù)雜,價位也較高;后者是單組份,性能能滿足一般要求,施工簡單價格便宜。
(7)H06-25 鋅黃環(huán)氧底漆和H06-1012H 鍶黃環(huán)氧底漆的區(qū)別。兩者都是雙組份,前者中的防銹顏料是鋅黃(鉻酸鋅),后者中的防銹顏料是鍶黃(鉻酸鍶),兩者防銹性能相當(dāng),后者中的鍶黃價高,耐高溫性比前者中的鋅黃好,后者適用高速飛機(jī)鋁蒙皮的保護(hù)。
(8)S04-49 丙烯酸聚氨酯磁漆與S04-101H 丙烯酸聚氨酯磁漆的區(qū)別。兩者為同類漆,差別好比兩種含毛量不同的滌毛衣料。S04-49的性能略次于S04-101H,但價格較低。
世界各國、尤其是航空發(fā)達(dá)國家的航空技術(shù)突飛猛進(jìn),其軍用民用飛機(jī)涂裝防護(hù)技術(shù)也隨之飛速發(fā)展。為助推我國航空事業(yè)的發(fā)展,應(yīng)下大力進(jìn)行飛機(jī)涂裝防護(hù)、增強(qiáng)飛機(jī)防護(hù)可靠性、延長飛機(jī)使用壽命諸方面的研究,對民機(jī)還要一改涂裝相對簡單、乏味的傳統(tǒng)形象,換之以富有時代感的涂裝款式。涂裝好比飛機(jī)艷麗的衣飾,不僅保護(hù)飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu),更是展現(xiàn)飛機(jī)“個性”魅力的好方式。飛機(jī)涂裝事業(yè)大有可為!
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石家莊理工職業(yè)學(xué)院學(xué)術(shù)研究2013年3期