飛機涂層：性能與顏值的擔當

Ben Hargreaves

飛機涂層，按其使用部位可分為飛機蒙皮涂層、飛機艙室涂層、飛機發(fā)動機涂層、飛機零部件涂層等;按其功能可分為隔熱涂層、防火涂層、示溫涂層等。但不管怎樣，飛機上使用的涂層的性能是受多方面限制的，性能要求非?？量蹋缒蜆O端溫度、耐腐蝕、抗強紫外線、輕量型、超長壽命等，而且色澤也要非常亮麗獨特。

鑒于航空航天領(lǐng)域產(chǎn)品的使用條件和特殊的使用需求，其所使用的漆料和涂層也必須具備足夠牢固性和持久耐用性。例如，在飛機飛行至巡航高度時，飛機外表面的蒙皮漆和涂層則需要耐得住極端溫度，并需要保證機身耐腐蝕和耐強紫外線照射。

再者，被涂覆部件通常也是在強應(yīng)力環(huán)境下工作。例如，航空發(fā)動機的表面涂層的使用溫度從發(fā)動機前端的遠低于0℃（32°F）到高低壓壓氣機的500℃（932°F），甚至到高達800℃，而且發(fā)動機還會產(chǎn)生的強烈震動。事實上，發(fā)動機這種復(fù)雜構(gòu)件內(nèi)部選擇涂層時還受到很多方面的限制，甚至要求某些涂層的耐腐蝕壽命必須長達20年之久。

涂層需與機身貼合

位于德國漢堡航空涂料公司美凱威奇公司（ Mankiewicz）認為，除了承受極端溫度變化和抗紫外線，涂層還需要具備與機身收縮舒張能力相匹配的柔韌性以及持續(xù)保持飛機自身的色澤度和色彩的能力，如美凱威奇的ALEXIT面漆、底漆和清漆就具有足夠的靈活性。該公司認為， “盡管大多數(shù)外部底漆確實具有柔韌性，但有一個主要的弱點是，其與新型復(fù)合材料（能夠輕易承受的極端運動和振動）相比，底漆的柔韌度非常有限?！币虼嗣绖P威奇公司開發(fā)了全新的底漆ALEXIT FlexPrimer 49323，以滿足當前最新航空復(fù)合材料所提出的要求。

飛機上使用的涂層通常都需具備耐腐蝕性、穩(wěn)定性和耐久性的特點，如耐航空燃油、液壓滑油等其他與飛機長期接觸的物質(zhì)的腐蝕，而且可以使用很長時間。由于航空業(yè)是相對保守的行業(yè)，安全是其行業(yè)發(fā)展的底線，所以在新產(chǎn)品仍有一些性能不確定性時，用戶是不可能用高昂風險的代價去換取部分性能優(yōu)勢的。這也是該領(lǐng)域新技術(shù)變革步伐較緩的原因所在。在涂層方面也不例外，航空公司要求在使用新型涂層前，必須進行充分的論證。

位于美國克利夫蘭的宣偉涂層公司（ Sherwin-Williams）也稱“新涂料的合格取證過程經(jīng)常需要持續(xù)數(shù)年之久”。宣偉公司成立于1866年，是美國最大的涂層業(yè)專營公司，產(chǎn)品幾乎涉及所有涂層種類。該公司擁有當前航空公司所需的所有涂層及其技術(shù)支持，為民用航空、通用航空、軍用航空等市場領(lǐng)域服務(wù)超過80年。該公司的油漆和涂層大多數(shù)應(yīng)用于飛機外機身。

機身涂層性能要求

宣偉公司表示，一款航空新涂料在進行標準化生產(chǎn)前，需要經(jīng)過長達5年左右的實驗驗證過程。而一旦通過論證并使用，外用涂料將會持續(xù)服役很多年，因為將其從現(xiàn)役飛機褪掉并重新再噴漆的費用非常高，且這一過程可能需要數(shù)周的時間，對飛機的正常運營影響很大。

在公務(wù)航空領(lǐng)域，該論證規(guī)則同樣適用，公務(wù)機擁有者也希望他們的飛機褪噴漆時間短、費用低。但當商用飛機被改裝成公務(wù)機時，就需要完成這種全面的褪噴漆操作，使飛機煥然一新。

對于鋁材質(zhì)的飛機機身，一旦被腐蝕，其維修費用將非常昂貴，而且可能會影響到飛機的安全性，因此涂層的耐腐蝕性對鋁材飛機至關(guān)重要，而且涂層還需要對機體結(jié)構(gòu)件的全壽命過程進行防護。因為許多結(jié)構(gòu)件在組裝完畢后其大部分區(qū)域的可達性較差，這就意味著涂層需要為這部分部件提供長達30年的防護。對此，美凱威奇公司在開發(fā)防腐涂層時就有所考慮，其防腐涂層是水基環(huán)保型。

商用飛機一般每運營5～7年會重新噴涂外機身一次。除此之外，運營商之間的并購或者其他商業(yè)改動后，也會要求飛機完成重新噴漆?？傊?，運營商對于飛機外觀的要求和防護同樣重要，尤其是在當前航空公司市場競爭如此激烈的環(huán)境下，飛機的外觀美感對乘客的選擇以及航空公司的經(jīng)濟效益影響很大。因此需要涂料制造商在產(chǎn)品美感和防腐等性能之間找到平衡。例如，在中東地區(qū)和澳大利亞等地區(qū)運營的飛機，機身面漆往往褪色太快，無法在7年內(nèi)保證其色彩與適航性，因此航空公司不得不提前重新噴漆，否則將會影響到其品牌聲譽和安全性。

艙內(nèi)涂層性能要求

飛機客艙內(nèi)使用涂層的區(qū)域主要包括金屬托盤、行李箱、側(cè)壁、衛(wèi)生間和廚房等表面。宣偉公司認為，飛機內(nèi)部結(jié)構(gòu)表面處理所使用的涂層更為微妙，其對光澤度要求較低，因為低的光澤度或者啞光表面更容易使人鎮(zhèn)靜，同時航空公司希望客艙能給乘客一種家一樣的舒適感覺，所以涂層一般為中性色。相反，客艙內(nèi)用涂料對某些性能，如抗污性、耐磨性以及阻燃性等性能的要求特別嚴格。

以阻燃性為例，這意味著涂層產(chǎn)品必須進行大量的熱測試和煙霧測試，以確保涂層不易燃或助燃?；诖吮尘?，艙內(nèi)涂層的適航要求與其他客艙材料如座椅材料或安全帶等毫無區(qū)別。FAA規(guī)定涂料必須滿足嚴格的阻燃性要求，作為飛機結(jié)構(gòu)件，油箱用涂料也必須滿足最嚴苛的阻燃標準。

鑒于飛機制造商對涂層苛刻的要求，美凱威奇公司研發(fā)部門與波音、空客保持著緊密的聯(lián)系，甚至部分新產(chǎn)品都是保密的。美凱威奇公司表示，其關(guān)于新型航空涂料的研發(fā)資源很多，包括從標準底漆和顏填料到面漆的一整套設(shè)計系統(tǒng)和方案，例如其半透明涂料能使塑料具有磨砂玻璃的質(zhì)感效果，涂料產(chǎn)品體系包括各種柔軟、舒適質(zhì)感以及金屬質(zhì)感等漆面，且大部分都為環(huán)保型的水基涂料。

在售的客艙內(nèi)飾涂料遠不止米黃色或灰色，例如宣偉公司新出的一款艙內(nèi)涂料就可顯示出獨特的珍珠白或云母白色澤，該款涂料可運用于商務(wù)艙以突出客艙尊貴性。此外，宣偉公司還提供仿麂皮紋路效果的涂層，具有類似皮革的質(zhì)感，相比非常昂貴的真皮內(nèi)飾，該涂料不失為一種經(jīng)濟而又不失品位感的選擇。

涂裝工藝也很重要

在航空維修或重新噴涂過程中，環(huán)保是非常重要的一個問題。首先，原涂層需要小心剝離，褪下的舊漆層必須妥善保管;其次，涂料施工過程中溶劑會直接排放到大氣中，也必須加強管理。因此，涂料制造商都在竭盡全力開發(fā)高效環(huán)保的產(chǎn)品。

再者，涂料制造商還在關(guān)注加快涂料干燥固化的創(chuàng)新研究，因為它直接影響飛機的周轉(zhuǎn)時間和運營。例如，美凱威奇公司研發(fā)的一種用于機身涂裝的、被稱為“瘋狂噴涂”的涂層工藝技術(shù)，能使涂層產(chǎn)品具有更短的干燥時間和更長的耐久性。在該工藝工程中，使用量最少的涂料先用，用量最大的顏料最后用，而且允許同時噴涂多種具有色差的涂料。

另外，在確保涂層所需滿足的性能前提下，使用涂料還需要關(guān)注其用量，以降低飛機重量。因為每千克的減重都能幫助航空公司降低成本且有利于環(huán)保，因此輕量型涂料的研發(fā)也同樣重要。

PPG工業(yè)公司認為，涂層產(chǎn)品本身并不是減輕飛機涂層重量的唯一手段，涂層的施工工藝也很重要，需要涂層制造商與飛機制造商密切溝通，共同努力優(yōu)化產(chǎn)品和應(yīng)用技術(shù)。對此，PPG工業(yè)公司還為客戶提供各類定制化培訓，以及PPG航空涂料學院的完整課程。

宣偉公司也表示認同，認為“重量的確是飛機涂層研發(fā)中需要關(guān)注的大問題”。該公司認為，減輕飛機重量的方法只有一種，那就是減少飛機上涂層的體積。盡管這并不容易實現(xiàn)，而且有些顏色非常難以隱藏。例如，需要4～5個涂層完全遮蓋黃色陰影的情況并不少見。但宣偉公司的墨粉系統(tǒng)有著優(yōu)異的不透明度，可以實現(xiàn)全彩色隱藏和較低的成膜效果，而且該系統(tǒng)不需要3層涂料才可獲得顏色，而是使用1～2種涂層即可，不僅可以減輕飛機重量，而且節(jié)省了大量的噴漆時間，可使噴漆成本更低，周轉(zhuǎn)更快。

（楊文鋒、李紹龍，編譯自AW&ST）