三種聚氨酯涂層防護(hù)體系在飛機(jī)典型件上的性能對比研究

蔡舒陽

摘 要：以2A12-T4鋁合金板和30CrMnSiA板作為試驗件，選擇TB06-9鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆+TS96-71氟聚氨酯涂層體系作為基本涂層體系，采用37092高固體份環(huán)氧聚氨酯底漆+Eclipse單組份聚氨酯面漆和XB009單組份聚氨酯底漆+XB011單組份聚氨酯面漆作為備選涂層系統(tǒng)，進(jìn)行了不同種類及厚度配套的涂層體系性能測試和對比分析。測試結(jié)果表明，2024鋁合金+37092底漆+Eclipse面漆涂層體系的綜合性能最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：聚氨酯涂層;性能對比;測試;優(yōu)選

中圖分類號：TG174.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在沿海或內(nèi)陸濕熱地區(qū)服役的飛機(jī)，由于惡劣的濕熱環(huán)境影響，容易導(dǎo)致飛機(jī)表面涂層老化失效，進(jìn)一步引起基體結(jié)構(gòu)腐蝕，將嚴(yán)重影響飛機(jī)的安全飛行與合理維修[1-2]。因此，研發(fā)抗環(huán)境老化、品質(zhì)優(yōu)良、耐腐蝕的防護(hù)涂層，并將其推廣應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)上，是當(dāng)前飛機(jī)抗腐蝕研究的一項重要課題。

聚氨酯漆的漆膜強(qiáng)韌、光澤豐滿、附著力強(qiáng)、耐水耐磨、耐腐蝕性強(qiáng)，目前已被廣泛用于金屬的防腐。文章依據(jù)國軍標(biāo)規(guī)范，選擇了與自然暴露試驗相同的防護(hù)體系來模擬某飛機(jī)服役所在自然環(huán)境，在試驗室條件下開展聚氨酯防護(hù)涂層體系的加速腐蝕試驗。通過對比不同種類聚氨酯涂層體系的抗腐蝕性能，從中優(yōu)選出新型聚氨酯涂層防護(hù)體系。

1 試驗材料及試驗方法

1.1 試驗件

選取了符合GB 3880規(guī)定的2024鋁合金板和30CrMnSiA板作為試驗件。分別撕掉其表面的保護(hù)膠紙，首先用二甲苯洗凈、擦干;而后按HB/Z 5076-1993的規(guī)定，對2024鋁合金板進(jìn)行鉻酸陽極化處理，陽極化后在24h內(nèi)涂漆;對30CrMnSiA板進(jìn)行鍍鎘和鈍化，在24h內(nèi)涂漆。

1.2 聚氨酯涂層

根據(jù)某飛機(jī)的聚氨酯雙組份涂層和需對比的聚氨酯單組份涂層，確定了4種不同的有機(jī)涂料種類及厚度組合。

I系列，雙組份，于2024鋁合金板噴涂，涂料類型及厚度：底1層TB06-9+面1層TS96-51（80～90μm）;

GE系列，雙組份，于30CrMnSiA板噴涂，涂料類型及厚度：底1層TB06-9+面1層TS96-51（75～85μm）;

B系列，單組份，于2024鋁合金板噴涂，涂料類型及厚度：底1層37092+面1層Eclipse（75～85μm）;

P系列，單組份，于30CrMnSiA板噴涂，涂料類型及厚度：底1層XB009+面1層XB011（35～40μm）。

1.3 測試項目及方法

參照GJB385A-1996和GJB5591-2006，編制了某型飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)防腐涂層全面性能試驗要求及檢驗標(biāo)準(zhǔn)。其中，加速環(huán)境譜分紫外照射譜和周期浸潤譜兩個模塊進(jìn)行，確定了5項性能測試作為防腐涂層性能的篩選判據(jù)，分別為外觀評級、光澤度、色差、厚度、附著力。

1.4 試驗程序

文章的環(huán)境譜分紫外照射譜和周期浸潤譜兩個模塊。

1.4.1 紫外照射試驗

通過紫外老化設(shè)備模擬紫外輻射，紫外線輻射強(qiáng)度Q=（60±10）W/m2，照射溫度取T=（55±10）℃。

1.4.2 周期浸潤試驗

采用5%的NaCl溶液（少量稀硫酸調(diào)節(jié)pH值為4）模擬海洋環(huán)境下鹽霧的作用;采用溫濕環(huán)境下，表面溶液的烘烤過程模擬潮濕空氣和凝露的腐蝕作用。

四種不同的涂層試件經(jīng)過反復(fù)幾個周期的紫外照射試驗和周期浸潤試驗后，進(jìn)行外觀、光澤度、色差、厚度以及附著力等性能的測試和對比分析，試驗程序如圖1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 外觀評級

外觀評級，即通過肉眼可見描述涂層體系表面均勻、光滑程度。隨著加速腐蝕周期的延長，涂層發(fā)生失光、褪色，局部出現(xiàn)少量鼓包或銹點，劃痕處出現(xiàn)銹蝕，伴有腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生。按照加速腐蝕過程中出現(xiàn)的單項破壞等級評定漆膜老化的綜合等級，一般可分為0、1、2、3、4、5共六個等級，分別代表漆膜耐老化性能的優(yōu)、良、中、可、差、劣。

四個周期加速試驗后，涂層試樣的外觀檢測結(jié)果為：

I系列：劃痕處有灰白色腐蝕產(chǎn)物，有較小鼓泡，無開裂、粉化等現(xiàn)象，外觀評級0級;

GE系列：劃痕處全銹，劃痕邊緣有少量起泡，鼓泡最大直徑不超過1.5mm，試件邊緣脫漆、剝落，未影響劃痕區(qū)，無開裂、粉化等現(xiàn)象，外觀評級1級;

B系列：漆膜略發(fā)黃，劃痕處變暗，無明顯腐蝕產(chǎn)物，無起泡、開裂等現(xiàn)象，外觀評級0級;

P系列：表面失光嚴(yán)重，輕微粉化，試布擦拭有少量細(xì)小顆粒，劃痕全銹，有灰白色腐蝕產(chǎn)物，外觀評級2級;

經(jīng)過四個周期的實驗室加速腐蝕試驗，各體系涂層均有不同程度的褪色、失光，并有少量氣泡，在涂層劃痕區(qū)產(chǎn)生相應(yīng)腐蝕產(chǎn)物。

2.2 光澤度

光澤度指用數(shù)字表示的物體表面接近鏡面的程度。文章采用光澤度儀器對涂層試樣正反兩面分別進(jìn)行60°漆膜鏡面光澤檢測，并按式（1）計算了60°失光率，其中光澤值是3件平行樣的統(tǒng)計平均值。

式中，A0—試驗前光澤測定值;Ai—試驗后光澤測定值。

通過計算失光率均值，可獲得每個檢測周期對應(yīng)的平均失光率。四個周期加速試驗后，涂層試樣表面涂層體系失光率變化曲線如圖2所示。

圖2 試樣表面涂層失光率變化曲線

由圖2可以看出，I系列試樣的表面失光率約為3%，失光評級為0級;B系列試樣和GE系列試樣涂層的表面失光率在15%以下，失光評級為1級;P系列試樣的表面失光率50%以上，失光評級為4級。

綜上，I系列試樣的表面光澤失光最小，B系列試樣和GE系列試樣次之，P系列試樣的表面失光率最嚴(yán)重。

2.3 色差

色差即顏色差異。文章采用色差儀對涂層試樣進(jìn)行漆膜顏色測量，并計算獲得了色差值，其中，色差值是3件平行樣的統(tǒng)計平均值。四個周期加速試驗后，涂層試樣表面涂層體系色差變化曲線如圖3所示。

圖3 試樣表面涂層色差變化曲線

如圖3所示，I系列和GE系列試樣的表面發(fā)生了很輕微的變色，色差評級為1級;B系列試樣的表面發(fā)生了輕微變色，變色等級為2級;P系列試樣表面變色嚴(yán)重，變色評級為3級。

綜上，經(jīng)過四個周期加速腐蝕試驗，I系列和GE系列試樣的表面變色最小，B系列試樣次之，P系列試樣的表面變色最嚴(yán)重。

2.4 涂層厚度

由涂層厚度的變化可知加速腐蝕對涂層體系造成的厚度上的破壞情況。各周期厚度變化可能是由于局部腐蝕產(chǎn)物造成的，涂層厚度下降會導(dǎo)致漆膜失去保護(hù)能力，造成涂層失效。四個周期加速試驗后，涂層試樣的厚度變化曲線如圖4所示。

圖4 試樣表面涂層厚度變化曲線

由圖4可以看出，只有P系列試件涂層由于粉化嚴(yán)重，其厚度有少量減少。其他試件的涂層厚度變化不明顯。

2.5 涂層附著力

涂層附著力是表征漆膜與被涂物表面結(jié)合牢固程度的重要指標(biāo)，主要是由漆膜中聚合物的極性基團(tuán)與被涂物表面的極性基相互作用形成的。經(jīng)過四個周期的加速腐蝕試驗，P系列試樣的附著力最好，無剝離現(xiàn)象;I系列試樣次之，B系列和GE系列試樣附著力最差。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對四個周期加速腐蝕試驗后各試樣性能對比，B系列試樣涂層體系的綜合性能最好，即：2024鋁合金+37092底漆+Eclipse面漆涂層體系單組份聚氨酯漆涂層較薄、綜合性能較好，可推薦應(yīng)用于某型飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)防腐。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉福春.納米復(fù)合涂料的研究進(jìn)展[J].材料護(hù)，2001，2（2）：1.

[2] 劉斌，李瑛，林海潮，等.防護(hù)涂層失效行為研究進(jìn)展[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2001，9（5）：305.