楊紅濤，周如東

（1.航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西西安 710089；2.中海油常州涂料化工研究院有限公司，江蘇常州 213016；3.中海油常州環(huán)保涂料有限公司，江蘇常州 213012）

0 引言

為降低可視度，提高飛機(jī)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力，軍用飛機(jī)整機(jī)涂裝大多采用全啞光型涂料。然而，由于全啞光型涂料具有光澤度不穩(wěn)定的特點(diǎn)，整機(jī)涂裝時(shí)，施工黏度、漆膜厚度、干燥溫度以及稀釋劑揮發(fā)速率等均對(duì)涂料光澤度的穩(wěn)定性有較大影響，從而導(dǎo)致機(jī)身不同部位的光澤度經(jīng)常出現(xiàn)較大偏差，呈現(xiàn)顏色、色調(diào)不均勻的現(xiàn)象。噴漆操作人員需要對(duì)飛機(jī)進(jìn)行多次修正，嚴(yán)重影響整機(jī)涂裝的施工進(jìn)度［1］。

通過(guò)對(duì)軍用飛機(jī)全啞光型涂料的施工工藝展開(kāi)專項(xiàng)研究，從漆膜厚度、施工黏度以及干燥溫度等3個(gè)方面，找出影響漆膜光澤度穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，對(duì)進(jìn)一步提升整機(jī)涂裝時(shí)漆膜的光澤度穩(wěn)定性與外觀質(zhì)量，提出一些切實(shí)可行的建議與措施。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

CTA-3781 灰色高固體分聚氨酯磁漆（全啞光）、CTA-7081 聚氨酯固化劑、CTA-7478 稀釋劑，中海油常州環(huán)保涂料有限公司；2024-T3 航空鋁合金樣板（7 cm×15 cm），進(jìn)口。

1.2 主要儀器設(shè)備

單角度/多角度光澤度計(jì)（A-4430），德國(guó)BYK公司；恒溫恒濕箱（KBF240），德國(guó)Binder；漆膜測(cè)厚儀（QNix8500），德國(guó)尼克斯；T4 黏度杯（LND-1），萬(wàn)江偉達(dá)；三維測(cè)量激光顯微鏡（OLS4100），日本OLYMPUS。

1.3 試樣制備

（1）取多塊2024-T3 航空鋁合金樣板，用400目砂紙打磨，然后用除塵布擦凈，備用。

（2）取CTA-3781 灰色高固體分聚氨酯磁漆500 g、CTA-7081 聚氨酯固化劑300 g、CTA-7478 稀釋劑300 g，備用。

（3）取上述打磨好的2024-T3 航空鋁合金樣板7 塊，編號(hào)1#～7#，將漆、固化劑、稀釋劑（通用）按質(zhì)量比100∶40∶30 的比例混合均勻，調(diào)整T4 黏度為18 s，由同一施工人員按相同的手法噴涂在7塊樣板上，分別控制干膜厚度為20 μm、30 μm、40 μm、50 μm、60 μm、70 μm、80 μm，在相同的時(shí)間（72 h）及溫濕度［恒溫恒濕箱：溫度（25±1）℃，濕度60%］條件下進(jìn)行流平及干燥后，按GB/T 1743—1979 規(guī)定用單角度/多角度光澤度計(jì)測(cè)試漆膜光澤（60°）。

（4）取上述打磨好的2024-T3 航空鋁合金樣板5 塊，編號(hào)8#～12#，將漆、固化劑按質(zhì)量比100∶40 的比例混合，加入不同用量的稀釋劑，控制涂料的T4 黏度分別為16 s、18 s、20 s、22 s、24 s，由同一施工人員按相同的手法進(jìn)行噴涂，控制干膜厚度均為40 μm，在相同的時(shí)間（72 h）及溫濕度［恒溫恒濕箱：溫度（25±1）℃，濕度60%］條件下進(jìn)行流平及干燥后，按GB/T 1743—1979 規(guī)定用單角度/多角度光澤度計(jì)測(cè)試漆膜光澤（60°）。

（5）取上述打磨好的2024-T3 航空鋁合金樣板6 塊，編號(hào)13#～18#，將漆、固化劑、稀釋劑（通用）按質(zhì)量比100∶40∶30 的比例混合均勻，T4 黏度為18 s，由同一施工人員按相同的手法進(jìn)行噴涂，控制干膜厚度均為40 μm，將樣板分別在相同的時(shí)間（72 h）、濕度（60%）及不同的溫度［（10±1）℃、（15±1）℃、（20±1）℃、（25±1）℃、（30±1）℃、（35±1）℃］條件下進(jìn)行流平及干燥后，按GB/T 1743—1979 規(guī)定用單角度/多角度光澤度計(jì)測(cè)試漆膜光澤（60°）。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂料的消光機(jī)理

2.1.1 光澤和光澤度的定義

（2）降低了運(yùn)行成本。改造后，行車僅做檢修用，行車電耗減少了；使用洗水去洗滌帶式過(guò)濾機(jī)濾布既可節(jié)約用水，也可防止系統(tǒng)內(nèi)水量膨脹；堿液噴淋淋洗工藝按氣量130000Nm3/h、酸霧初始濃度400mg/m3、排放濃度濃度40mg/m3，年消耗NaOH （100%）300t，約為 96 萬(wàn)元。電除霧工藝按同等含酸霧廢氣條件，電除霧捕收酸霧產(chǎn)生的廢酸按全部采用石灰中和方式處理，年需消耗石灰433t，費(fèi)用約為15萬(wàn)元。綜合比較，電除霧工藝每年運(yùn)行費(fèi)用要較堿液噴淋淋洗工藝節(jié)約80萬(wàn)元。

光線投射到物體的表面會(huì)發(fā)生反射，物體表面對(duì)光線的反射能力稱為光澤。不同物體表面的光澤不一樣，衡量物體表面對(duì)光線的反射能力大小的物理量，稱為光澤度，光澤度用百分?jǐn)?shù)表示。物體表面的光澤度越高，它反射光線的能力就越強(qiáng)，亮度也就越高。光澤度的大小通過(guò)光澤計(jì)進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)光澤度的大小，涂料行業(yè)通常將涂料分為亮光型、半啞光型、全啞光型等幾種［2］，見(jiàn)表1。

表1 涂料按光澤度的分類（60°反射）Table 1 Classification of coatings according to gloss（60° reflection）

軍用飛機(jī)整機(jī)涂裝大多采用全啞光型涂料，其配套涂料的光澤度一般要求＜5%。

2.1.2 影響漆膜光澤度的因素

漆膜光澤度與漆膜表面的粗糙程度密切相關(guān)。光線照射到漆膜表面時(shí)，一部分被吸收，一部分發(fā)生反射和散射，還有一部分會(huì)發(fā)生折射［3］。漆膜表面的粗糙度越小，則被反射的光線越多，漆膜光澤度越高。相反，如果漆膜表面凹凸不平，則被散射的光線增多，導(dǎo)致漆膜光澤度降低［4］。表面粗糙度對(duì)光線的影響見(jiàn)圖1。

圖1 表面粗糙度對(duì)光線的影響Figure 1 Influence of surface roughness on light

采用三維測(cè)量激光顯微鏡觀察光澤度為91%的亮光型涂料和光澤度為4%的全啞光型涂料的漆膜表面狀態(tài)，并且，利用軟件對(duì)兩種漆膜的表面粗糙度進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果分別見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 亮光型涂料的漆膜表面狀態(tài)與粗糙度Figure 2 Film surface state and roughness of high gloss paint

圖3 全啞光型涂料的漆膜表面狀態(tài)與粗糙度Figure 3 Film surface state and roughness of flat paint

由圖2 和圖3 可知，光澤度越高，則漆膜粗糙度越小，表面越平整；光澤度越低，則漆膜的粗糙度越大，表面越凹凸不平。

目前，涂料消光主要依靠添加消光劑來(lái)完成。涂料施工后，溶劑開(kāi)始揮發(fā)，伴隨著體系黏度的增加直至完全干燥，形成堅(jiān)硬而又有彈性的漆膜。溶劑的揮發(fā)導(dǎo)致消光劑分布在整個(gè)漆膜表面，同時(shí)漆膜變薄，這種收縮產(chǎn)生微觀粗糙面，即獲得了消光涂層［5］。消光涂層的成膜過(guò)程見(jiàn)圖4。在消光涂層的成膜過(guò)程中，漆膜厚度、施工黏度以及干燥溫度等影響涂層干燥的因素均會(huì)對(duì)最終漆膜的表面光澤度產(chǎn)生影響。

圖4 消光涂層的形成過(guò)程Figure 4 Formation process of matte coating

2.2 漆膜厚度對(duì)光澤度的影響

在整機(jī)涂裝過(guò)程中，由于涂裝操作人員噴涂手法和習(xí)慣存在個(gè)體差異，往往會(huì)導(dǎo)致機(jī)身表面的漆膜厚薄不均。理論上，漆膜厚度越大，漆膜中消光劑含量越多，消光效果越好。但是，事實(shí)并非如此，這主要是由于消光劑需要遷移到漆膜表面才能實(shí)現(xiàn)消光功能，消光劑的遷移受到多方面因素的影響，其定向排列和最終位置存在不確定性。在保證涂料組分、施工黏度、干燥溫度、施工操作人員以及施工工藝一致的情況下，制備了1#～7#不同膜厚的樣板，考察漆膜厚度對(duì)其光澤度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 漆膜厚度對(duì)光澤度的影響Figure 5 Influence of film thickness on gloss

由圖5 可知，隨著漆膜厚度的增加，漆膜的光澤度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。主要原因有以下幾點(diǎn)：（1）漆膜濕膜厚度越大，消光劑遷移到漆膜表面的行程越大；（2）當(dāng)溶劑揮發(fā)到一定階段后，自由體積減少，其揮發(fā)速率明顯下降，消光劑的遷移受阻；（3）進(jìn)入最終干膜階段，一部分消光劑被固定在漆膜中無(wú)法充分地遷移至漆膜表面。上述原因均會(huì)降低消光效果，導(dǎo)致漆膜光澤度的上升［6］。

2.3 施工黏度對(duì)光澤度的影響

在整機(jī)涂裝過(guò)程中，涂料的施工黏度并不是一個(gè)固定值，要根據(jù)施工實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且，隨著施工的進(jìn)行，槍罐中的雙組分涂料也會(huì)因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致施工黏度的上升。一般情況下，較為合適的涂料黏度的范圍為16～24 s，不同的施工黏度對(duì)最終漆膜的光澤度也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

在涂料的組分、干膜厚度、干燥溫度、施工操作人員以及施工工藝一致的情況下，在航空鋁合金樣板表面噴涂不同施工黏度的涂料，制備8#～12#樣板，考察施工黏度對(duì)漆膜光澤度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 施工黏度對(duì)光澤度的影響Figure 6 Influence of construction viscosity on gloss

由圖6 可知，隨著涂料施工黏度的上升，漆膜的光澤度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。這主要是由于形成相同干膜厚度的漆膜，施工黏度低的涂料需要噴涂更多的道數(shù)。與施工黏度較高的涂料相比，獲得相同的干膜厚度，施工黏度低的涂料的濕膜厚度更大，消光劑遷移到漆膜表面的行程與阻力增加，能夠聚集在漆膜表面的消光劑減少，漆膜表面的光澤度就升高。同時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，施工黏度在18～22 s 范圍內(nèi)時(shí)，漆膜的光澤度相對(duì)穩(wěn)定。

2.4 干燥溫度對(duì)光澤度的影響

為保證整機(jī)涂裝廠房的溫濕度能夠滿足施工要求，冬季開(kāi)展整機(jī)涂裝工作時(shí)，通常需要對(duì)噴漆廠房進(jìn)行加溫。在冬季整機(jī)涂裝時(shí)發(fā)現(xiàn)，廠房不同高度段的溫度存在較大差異，高度越高，溫度越高，例如：機(jī)身下表面的溫度為18 ℃時(shí)，機(jī)身上表面的溫度為23 ℃，機(jī)身垂尾的溫度則高達(dá)35 ℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度的高低會(huì)影響涂料中稀釋劑的揮發(fā)以及涂料自身的干燥，從而影響最終漆膜的光澤度。

在涂料組分、干膜厚度、施工黏度、施工操作人員以及施工工藝一致的情況下，制備13#～18#樣板，并將其放置在不同的溫度條件下進(jìn)行干燥，研究干燥溫度對(duì)漆膜光澤度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖7。

由圖7 可知，隨著干燥溫度的上升，漆膜的光澤度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。這是由于隨著溫度的升高，涂料中溶劑的揮發(fā)速度加快，大量消光劑尚未遷移至漆膜表面就被阻滯或固定在漆膜中間，消光效果降低，漆膜光澤度升高［7］。

在實(shí)際整機(jī)涂裝過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，針對(duì)廠房不同高度段溫差較大的問(wèn)題，可根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)溫度，使用不同揮發(fā)速率的稀釋劑進(jìn)行解決。如現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度較高時(shí)，建議選擇揮發(fā)速率較慢的稀釋劑來(lái)延長(zhǎng)消光劑遷移至漆膜表面的時(shí)間，提升消光效率，降低漆膜光澤度；反之，則建議選擇揮發(fā)速率較快的稀釋劑。

圖7 干燥溫度對(duì)漆膜光澤度的影響Figure 7 Effect of drying temperature on gloss

3 結(jié)語(yǔ)

重點(diǎn)探討了漆膜厚度、涂料施工黏度以及干燥溫度等因素對(duì)最終漆膜光澤度的影響，得到結(jié)論如下：

（1）采用三維測(cè)量激光顯微鏡對(duì)漆膜的表面狀態(tài)進(jìn)行觀察并自動(dòng)計(jì)算粗糙度可知，光澤度越高，漆膜粗糙度越小，則表面越平整；光澤度越低，漆膜的粗糙度越大，則表面越凹凸不平。

（2）隨著漆膜厚度的增加，漆膜的光澤度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

（3）隨著涂料施工黏度的增大，漆膜的光澤度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

（4）隨著施工現(xiàn)場(chǎng)溫度的上升，漆膜的光澤度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

（5）漆膜厚度在30～50 μm，施工黏度在18～22 s時(shí)，漆膜的光澤相對(duì)穩(wěn)定，波動(dòng)較?。蝗麸w機(jī)不同部位的溫度存在較大差異時(shí)，可通過(guò)選用揮發(fā)速率適宜的稀釋劑來(lái)解決漆膜光澤度不穩(wěn)定的問(wèn)題。