水性航空涂料應(yīng)用概述

王　黎，郭年華，薛玉華，阮潤琦

(海洋化工研究院有限公司 海洋涂料國家重點實驗室，山東青島 266071)

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水性航空涂料應(yīng)用概述

王黎，郭年華，薛玉華，阮潤琦

(海洋化工研究院有限公司 海洋涂料國家重點實驗室，山東青島 266071)

摘要：介紹了與水性航空涂料相關(guān)的美軍標和波音標準，如MIL-P-53030D、MIL-PRF-85582E、MIL-PRF-85285E、BMS10-83等，對標準適用范圍和性能規(guī)定進行了說明。同時介紹了世界兩大航空涂料生產(chǎn)商——阿克蘇諾貝爾公司和PPG公司的水性航空涂料應(yīng)用情況，其水性產(chǎn)品種類齊全，性能優(yōu)異(優(yōu)異的附著力、耐流體性、耐腐蝕性等)，廣泛應(yīng)用于民用航空和各國的軍事裝備上。

關(guān)鍵詞：水性航空涂料，美軍標，波音標準

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展，飛機作為一種重要的交通運輸工具，逐漸成為人們出行的首選之一；在軍事領(lǐng)域，各國對空中力量不斷加強促進了軍機的發(fā)展；因此不管是民用還是軍用飛機，在近二十年來，從數(shù)量到質(zhì)量都有著突飛猛進的發(fā)展[1-2]。涂料是航空產(chǎn)品中的一個重要組成部分，對提高飛機的金屬和非金屬基材、零部件等的耐腐蝕性有著重要的作用，不僅是飛機機體的外部裝飾材料，還是延長飛機使用壽命、保證飛行安全的重要材料[3-4]。但是，在涂料制造時向大氣排放的有機溶劑量約為涂料產(chǎn)量的2%，涂料施工過程中揮發(fā)的有機溶劑量為涂料量的50%以上，涂料的生產(chǎn)和應(yīng)用中排放的有機溶劑成為大氣污染主要污染源之一。減少污染減少VOC排放，隨著全球環(huán)保的呼聲越來越高，使用低溶劑低污染的涂料已成為大勢所趨，高固體份涂料、水基涂料、無鉻鎘鉛等重金屬涂料成為環(huán)保航空涂料發(fā)展的重要方向。在航空制造和維修領(lǐng)域，如Boeing、Airbus等公司的飛機上廣泛使用了PPG Aerospace、AKZO NOBEL Aerospace等涂料公司的不含重金屬的高固體份航空涂料和水基涂料。另外，飛機的基材中包括了塑料、橡膠、碳纖維復(fù)合材料等對溶劑敏感的底材，不適合使用溶劑型涂料進行涂覆，水基涂料成為首選。隨著水性涂料樹脂的合成理念的改進、合成方法的多元化、合成單體的多樣化，水性涂料的性能不斷提高，在耐候性、耐介質(zhì)等方面都有了很大的提高，逐漸向溶劑型涂料性能靠攏。水性航空涂料的應(yīng)用，不僅減少了有毒有害物質(zhì)的排放，減少了VOC的排放，還促進了航空涂料向綠色化、水性化方向發(fā)展[5-11]。

該文介紹的美軍標和波音標準，對水性航空用涂料進行規(guī)定和說明；并就世界兩大航空涂料供應(yīng)商阿克蘇諾貝爾公司和PPG公司的水性航空涂料產(chǎn)品進行了詳細的說明和介紹。

1水性航空涂料標準

美國和歐洲在航空材料領(lǐng)域都制定了比較完善的標準體系，在民用航空和軍用航空涂料方面，波音標準和美軍標(MIL)得到了飛機制造公司和使用者的廣泛認可。美軍標和波音標準對水基環(huán)氧涂料和水基聚氨酯涂料的組成和性能進行了規(guī)定，表1列舉了與水性航空涂料相關(guān)的美軍標和波音標準[12-21]，標準中的漆膜性能要求簡述如下：

美軍標MIL-P-53030D，2011年12月修訂，D版，該水基環(huán)氧底漆性能包括鹽霧1000h，循環(huán)腐蝕40周期，室溫耐水7天，耐液壓油7天，60°光澤≤35，漆膜指觸干≤45min，漆膜表面硬干≤2h，漆膜干透≤24h，漆膜完全固化≤7天，高溫耐流體性、耐候性等；

MIL-DTL-64159B，2011年1月修訂，B版，該水性聚氨酯涂料具備紅外反射功能，對漆膜在噴涂后的常溫和加溫固化(82℃、116℃)性能做了要求，對漆膜耐水、耐酸、耐化學(xué)試劑、耐液壓油、耐候性等進行了規(guī)定；

MIL-PRF-85582E，2012年10月修訂，E版，該類型水性環(huán)氧底漆具有優(yōu)異的耐腐蝕性(鹽霧2000h，絲狀腐蝕1000h)，良好的耐水(49℃±3℃、4d)、耐溶劑、耐流體性等，對Type Ⅱ型涂料規(guī)定了對紅外反射的要求；

MIL-PRF-85285E，2012年1月修訂，E版，該標準包括水基和溶劑型聚氨酯涂料，其中Ⅲ型W類為兩組分水性聚氨酯涂料；該標準所規(guī)定的水基和溶劑型涂料的漆膜性能中，對如下性能做了分別表述：沖擊柔韌性(GE沖擊，室溫)，要求typeⅠ、Ⅲ、Ⅳ為40%，typeⅡ為5%；低溫柔韌性(-51℃±3℃)，要求typeⅠ、Ⅲ、Ⅳ，高光和半光在1.0 inch(25.4mm)彎曲，無光彎曲為2.0 inch(50.8mm)；耐候性，氙燈老化，type Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為500h，type Ⅳ為3000h。其他漆膜性能如附著力、耐流體性、耐濕熱、耐熱、耐溶劑、膠帶沾污性等都做了相同表述。

從以上美軍標可以看出，對水性涂料的性能要求和溶劑型涂料性能相當(dāng)，特別是耐腐蝕性和耐流體性方面的要求和溶劑型蒙皮涂料性能一致，在VOC、漆膜干性等方面來說，水性涂料甚至優(yōu)于溶劑型涂料；嚴格的性能指標要求，這類涂料既能滿足飛機內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的防護需求，也有部分用于飛機外部防護。

BMS10-55和BMS10-83為飛機內(nèi)艙裝飾用水基涂料，主要規(guī)定了涂料在基材(鋁合金、塑料、聚碳酸酯等復(fù)合材料)上的干濕附著力、耐沾污性、干性等漆膜性能，沒有如美軍標一樣對涂層系統(tǒng)的耐候、耐蝕、耐流體等性能進行嚴格規(guī)定。

表1　相關(guān)水性航空涂料的美軍標和波音標準

續(xù)表1

2水性航空涂料應(yīng)用情況

目前世界上航空涂料生產(chǎn)商有阿克蘇諾貝爾公司、PPG公司、Sherwin Williams、Henkel、Tempo、Hentzen、Huntsman等知名企業(yè)。在水性航空涂料方面，阿克蘇諾貝爾公司和PPG公司的產(chǎn)品種類豐富，應(yīng)用最為廣泛[22-32]，某些產(chǎn)品的研發(fā)應(yīng)用對水性航空涂料的發(fā)展有導(dǎo)向性作用，如Deft?系列產(chǎn)品44GN011/44GN054/44GN057/44GN060 將聚酰胺與顏填料等制備成A組分，將純環(huán)氧樹脂作為B組分，避免了由于顏填料、助劑的酸堿性和碾磨等因素造成的環(huán)氧樹脂乳液不穩(wěn)定；另外AerocronTM2100/2200電泳漆首次應(yīng)用在航空產(chǎn)品的涂裝，減少了噴涂涂裝帶來了污染、浪費及對人員健康危害等。以下對阿克蘇諾貝爾公司和PPG公司的水性航空涂料產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀作了介紹。

阿克蘇諾貝爾航空涂料公司是一家創(chuàng)新型的涂料供應(yīng)商，其在航空涂料領(lǐng)域為全球的商業(yè)通用航空、空軍、陸軍提高專業(yè)服務(wù)，已為超過70%的生產(chǎn)商提供了上百種專用涂料，其品牌系列如表2所示[33]。其中，Aerowave?系列產(chǎn)品是用于飛機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的水基涂料系列產(chǎn)品，具有優(yōu)異的耐化學(xué)性、

耐腐蝕性、柔韌性等，能夠為結(jié)構(gòu)件提供長達30年的防護，其產(chǎn)品介紹如表3所示[34]。阿克蘇諾貝爾水基航空涂料產(chǎn)品和應(yīng)用情況如表4所示[33-47]。從表4可以看出，阿克蘇諾貝爾航空公司的水性涂料產(chǎn)品品種齊全、性能優(yōu)異，不僅為全球最大的飛機制造公司波音和空客公司提供產(chǎn)品，還大量供給各國的軍工行業(yè)，如美國、英國、意大利等。

表2　阿克蘇諾貝爾航空涂料品牌

表3　Aerowave?系列產(chǎn)品說明

續(xù)表3

表4　阿克蘇諾貝爾水性航空涂料產(chǎn)品

續(xù)表4

PPG航空公司產(chǎn)品包括涂料、密封劑、機體透明件、窗戶等，提供給全球的飛機制造商和航空公司，包括商業(yè)通用航空領(lǐng)域和軍用航空。其涂料產(chǎn)品有上千個種類，還有行業(yè)內(nèi)最大的工業(yè)涂料生產(chǎn)線。PPG航空公司在2013年收購了Deft公司，具有能夠為戰(zhàn)斗機、教練機、運輸機、直升機提供底漆和面漆的全套工業(yè)生產(chǎn)線。其涂料性能優(yōu)異，滿足國際應(yīng)用標準，已成為軍用航空涂料領(lǐng)域產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用的領(lǐng)導(dǎo)者。PPG公司的水性航空涂料包括DeSoto?、AerocronTM、Eco-primeTM和Deft?水性產(chǎn)品系列，其中AerocronTM陰離子電泳漆，無鉻等其他重金屬，全程自動化，提高了生產(chǎn)效率，有效降低污染損耗，特別是對表面復(fù)雜的基材，可有效涂裝和控制漆膜厚度[48-53]，該型產(chǎn)品為全球首發(fā)并應(yīng)用。

表5　PPG公司水性航空涂料產(chǎn)品

從表4、表5可以看出，目前開發(fā)應(yīng)用的水性航空涂料主要有兩種：水性環(huán)氧和水性聚氨酯，水性環(huán)氧以底漆為主，對各種基材(鋁合金、塑料、各種復(fù)合基材等)都有良好的附著力，耐化學(xué)介質(zhì)和溶劑油、耐腐蝕等性能優(yōu)異；水性環(huán)氧底漆和水性聚氨酯面漆配套涂層系統(tǒng)多用于飛機內(nèi)艙和內(nèi)部結(jié)構(gòu)件、及地面支持設(shè)備的涂裝；當(dāng)用于飛機外部時，水性環(huán)氧底漆或水性聚氨酯面漆會與溶劑型涂料配套使用。阿克蘇諾貝爾公司和PPG公司的水性航空涂料產(chǎn)品品種、種類齊全(包括環(huán)氧、聚氨酯類型的底、面漆、膩子，可剝離涂料，電泳漆等)，適用性強，滿足各國用戶標準和使用要求，已經(jīng)廣泛用于民用航空和各國的軍事裝備上。

3結(jié)語

航空涂料標準中除了被廣泛認可的美軍標和波音標準外，還有飛機生產(chǎn)制造商在企業(yè)內(nèi)部通用的企業(yè)標準、世界各國制定的軍用標準、行業(yè)標準等，這些標準在一定范圍內(nèi)執(zhí)行，一般不對外公開。美軍標和波音標準系統(tǒng)完善，內(nèi)容詳盡，并且根據(jù)實際應(yīng)用不斷更新，已成為標準制定的領(lǐng)航者[54-55]。

隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，開發(fā)和使用低毒、無毒、對環(huán)境和資源影響和消耗小的涂料產(chǎn)品是未來涂料發(fā)展趨勢，水性涂料是環(huán)保涂料發(fā)展的重要方向。近年來，隨著涂料樹脂的不斷更新，水性環(huán)氧底漆和聚氨酯面漆的性能有了很大提高，不斷向溶劑型涂料靠攏，其航空涂料產(chǎn)品不僅應(yīng)用在飛機內(nèi)部和相關(guān)支持設(shè)備上，有一部分還使用在外部結(jié)構(gòu)上[14-15]。

國內(nèi)的航空涂料在近十余年得到了長足的進步，產(chǎn)品種類日趨齊全、完善，但與國外品牌相比，在齊備規(guī)范的產(chǎn)品體系、產(chǎn)品實用案例、服務(wù)體系、服務(wù)意識等方面還有很大不足，在水性航空涂料方面的研發(fā)和應(yīng)用更是起步階段，中國航空涂料人任重而道遠[1，3-11]。

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Overview of Water-based Aerospace Coatings

WANG Li，GUO Nian-hua，XUE Yu-hua，RUAN Run-qi

(Marine Chemical Research Institute Co. Ltd.，State Key Laboratory

of Marine Coatings，Qing Dao 266071，Shandong，China)

Abstract：This article summarized the international standards and application of water-borne aerospace coatings. In this paper，United States military standard and Boeing standard have been introduced，including its scope and physical properties of film，which are related to water-based aerospace coatings，for example the standards of MIL-P-53030D，MIL-PRF-85582E，MIL-PRF-85285E and BMS10-83. And，it’s illustrated water-borne products of Akzo Nobel aerospace coatings and PPG aerospace，which are leading manufacturer of coatings，with multiple types and excellent performances，widely used in commercial and general aviation and military defense equipment.

Key words：water-based aerospace coatings，united states military standard，boeing standard

中圖分類號：TQ 630