飛行甲板防滑涂料性能鑒定指標(biāo)分析

楊哲

(91404部隊(duì)，河北 秦皇島 066000)

艦船涂料作為保護(hù)船體免受腐蝕、磨損，并具備防滑、阻燃等功能的特種涂料，廣泛應(yīng)用于艦船的各個(gè)部位。艦載機(jī)飛行甲板防滑涂料作為保障飛機(jī)起降的關(guān)鍵一環(huán)，其性能的優(yōu)劣將直接影響起降安全和航母戰(zhàn)斗力生成。航母作為延伸飛機(jī)作戰(zhàn)范圍的海上平臺(tái)，活動(dòng)范圍覆蓋全球主要海域，因此，飛行甲板防滑涂料應(yīng)能夠承受腐蝕性大氣、高溫高濕、化學(xué)介質(zhì)污染、不同程度起降沖擊等帶來的考驗(yàn)。我國(guó)航母建設(shè)尚處于起步階段，飛行甲板防滑涂料的性能測(cè)試仍在探索中?？紤]通過分析國(guó)內(nèi)外飛行甲板防滑涂料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)的問題，提出符合我國(guó)航母實(shí)際使用特點(diǎn)的性能鑒定指標(biāo)，為后續(xù)制定軍用標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

1 飛行甲板防滑涂料標(biāo)準(zhǔn)概況

1.1 美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)作為擁有航母最多的國(guó)家，飛行甲板防滑涂料體系已被世界上大多數(shù)擁有航母的國(guó)家所認(rèn)可。近幾十年來，隨著航母噸位及航母布局的變化，艦載機(jī)的更替，起降方式的改變等一系列技術(shù)革新，美國(guó)飛行甲板防滑涂料MIL標(biāo)準(zhǔn)從MIL-D-23000A(1961)更新到MIL-P-246667C(2008)，涉及涂料性能指標(biāo)多達(dá)30余項(xiàng)[1]。其中，耐沖擊性、耐磨損性、防滑性等性能指標(biāo)要求均有較大提升。在美軍標(biāo)MIL-P-246667C中，根據(jù)不同的使用場(chǎng)合、舾裝工藝、性能特點(diǎn)，將防滑涂料分為11類。每一類中又依據(jù)不同的功能區(qū)分為通用型(G)，即常規(guī)耐磨甲板涂料體系和起降型(L)，即用于航母著降區(qū)和滑行區(qū)的不磨損鋼質(zhì)纜繩的甲板涂料體系兩類[2]。起降型涂料除了被規(guī)定應(yīng)具備常規(guī)涂料的防護(hù)特性外，還被要求具有長(zhǎng)使用壽命、耐加速腐蝕性、防滑性、阻燃性等與使用環(huán)境緊密相連的典型性能。歷經(jīng)幾十年的變更和修正，美國(guó)形成了一套日趨完善的飛行甲板防滑涂料的性能指標(biāo)體系和測(cè)試方法。

1.2 我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

由于我國(guó)航母工程領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)積累較少，缺少專門基于艦載機(jī)飛行甲板防滑涂料的系統(tǒng)性研究，缺乏有針對(duì)的性能鑒定指標(biāo)。目前可借鑒的甲板涂料標(biāo)準(zhǔn)主要有HJB285—2003《艦船涂料性能規(guī)范》、GJB5066—2001《直升機(jī)甲板防滑漆規(guī)范》、GB/T9261—2008《甲板漆》、GB/T1771—2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測(cè)定》、GB/T5210—2006《涂層附著力的測(cè)定法拉開法》、GB9263—1988《防滑甲板漆防滑性的測(cè)定》、GB/T9276—1996《涂層自然氣候暴露試驗(yàn)方法》等。上述標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)通用甲板涂料的摩擦系數(shù)、附著力等基本指標(biāo)作了規(guī)定，并且多數(shù)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。相比于美軍標(biāo)準(zhǔn)，專屬性、嚴(yán)格性、實(shí)用性和系統(tǒng)性方面都存在不足。在飛行甲板防滑涂料領(lǐng)域，我國(guó)亟須制定符合自身發(fā)展要求的軍用標(biāo)準(zhǔn)。

2 飛行甲板防滑涂料性能要求

2.1 防滑性要求

艦載機(jī)在甲板停放、滑動(dòng)和起降時(shí)，對(duì)甲板防滑性能，尤其是對(duì)橫向的防滑性能有著嚴(yán)格要求。一旦防滑性不夠，遇到較大風(fēng)浪時(shí)，將大概率增加飛機(jī)側(cè)滑的風(fēng)險(xiǎn)。因此，防滑性應(yīng)貫穿于飛行甲板防滑涂料的使用壽命全周期。

2.2 耐磨損性要求

飛行甲板除作為艦載機(jī)起降平臺(tái)外，還布置有多重航空保障裝備，是艦載機(jī)航空保障作業(yè)的主要場(chǎng)所，承受著輪胎碾壓、人員踩踏、阻攔索摩擦等各類磨損[3]。因此，要求飛行甲板防滑涂料必須具備很高程度的耐磨損性，不易出現(xiàn)防滑顆粒和涂料脫落現(xiàn)象，使用壽命長(zhǎng)。

2.3 耐沖擊性要求

在飛機(jī)頻繁起降過程中，給甲板帶來了巨大的沖擊力，隨著飛機(jī)噸位和起降速度的提升，沖擊力度也相應(yīng)提升。因此，飛行甲板防滑涂料必須具備可靠的耐沖擊性，不應(yīng)出現(xiàn)片狀或大顆粒狀涂料脫落的現(xiàn)象，以防止發(fā)生脫落涂料打傷飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的情況。

2.4 高溫阻燃性要求

艦載機(jī)在起降過程中發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的高溫燃?xì)鈺?huì)沖刷飛行甲板，飛行甲板防滑涂料作為甲板的保護(hù)外衣將直接與燃?xì)饣鹧孢M(jìn)行接觸。因此，要求防滑涂料必須具有高溫阻燃特性，以防止發(fā)生火災(zāi)傷亡危害，同時(shí)還要避免涂料融化、變形、脫落等問題的發(fā)生。

3 飛行甲板防滑涂料性能鑒定指標(biāo)

飛行甲板防滑涂料的性能對(duì)艦載機(jī)起降起著至關(guān)重要的作用，在研究防滑涂料性能鑒定指標(biāo)時(shí)，除了考慮與艦載機(jī)起降直接相關(guān)的指標(biāo)外，還要考慮防滑涂料自身的特性。作為性能鑒定指標(biāo)，所有指標(biāo)都應(yīng)基于實(shí)際使用環(huán)境而確定，同時(shí)指標(biāo)之間是相互聯(lián)系的，不能獨(dú)立開來進(jìn)行研究。

3.1 防滑性指標(biāo)

飛行甲板防滑涂料的防滑性測(cè)試通常以摩擦系數(shù)作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)內(nèi)只有關(guān)于直升機(jī)的甲板防滑漆規(guī)范，缺乏專門用于艦載機(jī)飛行甲板防滑涂料的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，而且標(biāo)準(zhǔn)中只對(duì)涂料初始狀態(tài)時(shí)的靜摩擦系數(shù)做了規(guī)定?？紤]到艦載機(jī)的滑行起降方式，美軍則針對(duì)性地提出了動(dòng)摩擦系數(shù)指標(biāo)[4]及測(cè)試方法。還對(duì)防滑涂料設(shè)置了初始狀態(tài)和磨損狀態(tài)下的兩種測(cè)試試驗(yàn)，并在每一種狀態(tài)下，又區(qū)分為干態(tài)、濕態(tài)和油態(tài)3種形式，見表1。

表1 防滑性指標(biāo)對(duì)比

鑒于我國(guó)飛行甲板防滑涂料尚處于摸索階段，在摩擦系數(shù)的制定上可結(jié)合自身技術(shù)水平并參考美軍要求略有下調(diào)，但應(yīng)保證兩種測(cè)試狀態(tài)下的測(cè)試和對(duì)動(dòng)摩擦系數(shù)的考核。

3.2 耐磨損性指標(biāo)

艦載機(jī)頻繁起降會(huì)對(duì)飛行甲板防滑甲板涂料造成巨大的磨損，因此，需要對(duì)防滑涂料的耐磨損性進(jìn)行嚴(yán)格考核。我國(guó)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)GJB5066—2001中對(duì)直升機(jī)甲板防滑漆的磨損性進(jìn)行了規(guī)定，要求使用(500 g)/(1 000 r)的橡膠砂輪打磨，磨損質(zhì)量不大于15 mg為合格。該要求相較于GB/T9261—2008中規(guī)定提高了近85%，是目前國(guó)內(nèi)最高的標(biāo)準(zhǔn)要求。在美軍標(biāo)中，出于對(duì)阻攔索的保護(hù)考慮，采用專用的纜繩磨損儀進(jìn)行測(cè)試，并分別對(duì)涂層的質(zhì)量損失率和鋼試棒直徑進(jìn)行測(cè)量，要求涂層質(zhì)量損失率不大于10%，鋼棒直徑差異不大于0.025 mm。美軍標(biāo)中的耐磨損性更貼近于實(shí)際使用需求，不僅考慮到對(duì)飛機(jī)的保護(hù)，還兼顧到對(duì)阻攔索的保護(hù)。

我國(guó)在制定飛行甲板防滑涂料的耐磨損性指標(biāo)時(shí)，也應(yīng)考慮涂料對(duì)阻攔索造成的磨損，而非一味追求高耐磨損性。在試驗(yàn)時(shí)還應(yīng)著重關(guān)注焊接部位涂料的磨損性。由于焊接處表面不平整，且易存在焊渣或銹跡[5]，易導(dǎo)致該處涂料內(nèi)部存在氣泡，因此，需對(duì)類似部位做專門測(cè)試。

3.3 磨損部位性能指標(biāo)

開展涂料測(cè)試時(shí)，除防滑性外的大部分指標(biāo)均是基于涂料的初始狀態(tài)測(cè)試所得。出于實(shí)際使用和對(duì)涂料技術(shù)改進(jìn)的考慮，對(duì)涂料磨損部位開展性能測(cè)試具有十分重要的意義。對(duì)磨損部位的性能測(cè)試主要考慮裸露表層粉化程度和耐腐蝕性。

3.3.1 粉化程度

通常樹脂是飛行甲板防滑涂料的主要組成成分，這類有機(jī)材料在大氣環(huán)境下均有降解的傾向，在強(qiáng)紫外線、高溫高濕環(huán)境下，降解作用更為明顯。在降解作用下，防滑涂料中的基料會(huì)被分解成易揮發(fā)的物質(zhì)或水溶性的物質(zhì)，進(jìn)而致使表層涂料的基料減少，造成涂膜收縮且厚度下降，當(dāng)表層基料減少到一定程度時(shí)，便開始出現(xiàn)粉化作用。遭受磨損的部位因失去表層防護(hù)，防滑涂料內(nèi)層的降解和粉化加速。為了保障飛機(jī)起降安全，磨損處防滑涂料的粉化程度應(yīng)作為一項(xiàng)性能鑒定指標(biāo)。

目前美軍標(biāo)和國(guó)軍標(biāo)均無關(guān)于磨損后涂料粉化程度的標(biāo)準(zhǔn)。GB/T9261—2008只是在耐候性中對(duì)未磨損漆提到了粉化要求，GB14826—93也僅僅是關(guān)于色漆粉化程度的評(píng)定方法。該項(xiàng)指標(biāo)需要在科研試驗(yàn)階段進(jìn)行數(shù)據(jù)積累，并充分考慮影響艦載機(jī)安全起降的顆粒數(shù)量等級(jí)和體積邊界，進(jìn)而制定出量化的性能鑒定指標(biāo)。

3.3.2 耐腐蝕性

飛行甲板防滑涂料施工時(shí)，通常會(huì)涂布多道漆層，以達(dá)到要求的性能和厚度。遭受磨損的部位，尤其是露出鋼板的部位，不同漆間的層隙和涂料與鋼板間的縫隙容易受到鹽霧、霉菌和油污等介質(zhì)的侵蝕[6]。美軍認(rèn)為飛行甲板防滑涂料需要根據(jù)使用環(huán)境、海洋大氣、海水、艦載機(jī)燃油、甲板清潔劑和防凍防霧液進(jìn)行涂料二次沖擊后的耐腐蝕性試驗(yàn)。美軍還根據(jù)不同的涂料類別按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)制定了耐鹽霧性、耐光及水的人工加速老化性和耐化學(xué)物質(zhì)溶液性的相關(guān)試驗(yàn)，以對(duì)防滑涂料的耐腐蝕性做出最終評(píng)定，見表2。

我國(guó)的GJB5066—2001和GB/T9261—2008只是對(duì)直升機(jī)甲板漆和通用甲板漆的初態(tài)耐鹽霧性、耐鹽水性、耐柴油性和耐人工氣候老化性等指標(biāo)提出了要求，其要求不僅低于美軍標(biāo)準(zhǔn)，而且不適用于飛行甲板防滑涂料。應(yīng)充分借鑒美軍的測(cè)試方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)制定這部分性能鑒定指標(biāo)。

3.4 耐沖擊性指標(biāo)

飛行甲板防滑涂料不僅要承受飛機(jī)降落時(shí)輪胎帶來的沖擊更要承受尾鉤的沖擊，為了保證防滑涂料能夠達(dá)到規(guī)定的使用壽命和起降次數(shù)，需要對(duì)防滑涂料的耐沖擊性做出相應(yīng)規(guī)定和考核。在我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和美軍標(biāo)中都有關(guān)于耐沖擊性的測(cè)試方法，均是采取重錘下落方式來模擬沖擊，但方法和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)均有所區(qū)別，見表3。

表2 耐腐蝕性指標(biāo)對(duì)比

表3 耐沖擊性指標(biāo)對(duì)比

美軍標(biāo)中除了耐沖擊性的評(píng)判指標(biāo)外，還有龜裂等級(jí)和裂紋等級(jí)要求。這2項(xiàng)指標(biāo)是用于短期內(nèi)檢測(cè)飛行甲板防滑涂料的使用壽命而設(shè)計(jì)，當(dāng)防滑涂料破壞程度大超出2項(xiàng)指標(biāo)的要求時(shí)，即為使用壽命不合格。雖然這2項(xiàng)指標(biāo)是為考核防滑涂料壽命而制定的，但也可作為耐沖擊性的附加指標(biāo)。相較而言，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的耐沖擊指標(biāo)過于簡(jiǎn)單化和理想化，無量化的評(píng)判要求脫離了實(shí)際情況，且不適用于防滑涂料的測(cè)試。在制定專用的耐沖擊性指標(biāo)時(shí)，應(yīng)參考美軍標(biāo)的評(píng)判思路，將指標(biāo)量化和充分化。

3.5 高溫阻燃性指標(biāo)

艦載機(jī)在起降時(shí)，高溫尾流會(huì)對(duì)飛行甲板帶來破壞，飛行甲板防滑涂料需要在保護(hù)甲板的同時(shí)，還兼顧使用壽命。因此，需要具備高溫阻燃的性能。目前，我國(guó)甲板漆的標(biāo)準(zhǔn)都是通用型，沒有高溫阻燃性指標(biāo)要求。美軍則專門制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法，采用了可模擬艦載機(jī)高溫尾流的特殊裝置，通過調(diào)節(jié)燃?xì)夂涂諝獾牧髁?，以?shí)現(xiàn)對(duì)火焰的控制并實(shí)現(xiàn)各種尾流狀態(tài)下涂料的阻燃效果，其規(guī)定涂料的被燃燒長(zhǎng)度小于254 mm為合格。美軍十分重視該指標(biāo)和涂料的高溫阻燃性關(guān)系裝備的使用安全和人員安全，我國(guó)也應(yīng)盡快制定這部分的性能鑒定指標(biāo)和測(cè)試方法。

3.6 安全性指標(biāo)

飛行甲板防滑涂料作為一種特種材料，其自身安全性影響著人員健康和裝備使用。因此，安全性指標(biāo)也應(yīng)作為性能考核的一項(xiàng)。①對(duì)裝備使用的影響，過多的防滑顆粒及大塊脫落的防滑涂料都會(huì)對(duì)艦載機(jī)飛行帶來不良后果，防滑顆粒過硬還會(huì)過度磨損阻攔索，進(jìn)而影響艦載機(jī)著艦安全，該部分可結(jié)合前文相關(guān)指標(biāo)考核；②對(duì)人員健康的安全性，飛行甲板是艦員工作和生活的重要平臺(tái)，涂料作為多種化學(xué)物質(zhì)和金屬物質(zhì)的混合物，對(duì)人體健康的傷害性應(yīng)作為安全性考核的一項(xiàng)內(nèi)容；③對(duì)自然環(huán)境的影響，也是現(xiàn)代涂料的發(fā)展方向，更加注重人與自然的關(guān)系。目前，我國(guó)甲板漆標(biāo)準(zhǔn)中沒有具體的無毒、生態(tài)要求，美軍的也只制定了環(huán)保方面的內(nèi)容。安全性作為防滑涂料中不可忽視的一項(xiàng)，應(yīng)納入到性能鑒定指標(biāo)中。