蔡舒陽(yáng)

摘 要：以2A12-T4鋁合金板和30CrMnSiA板作為試驗(yàn)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(cè)試和對(duì)比分析。測(cè)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(duì)比;測(cè)試;優(yōu)選

中圖分類號(hào)：TG174.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在沿?；騼?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(xiàng)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(guó)軍標(biāo)規(guī)范，選擇了與自然暴露試驗(yàn)相同的防護(hù)體系來(lái)模擬某飛機(jī)服役所在自然環(huán)境，在試驗(yàn)室條件下開展聚氨酯防護(hù)涂層體系的加速腐蝕試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)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(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)件

選取了符合GB 3880規(guī)定的2024鋁合金板和30CrMnSiA板作為試驗(yàn)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(duì)2024鋁合金板進(jìn)行鉻酸陽(yáng)極化處理，陽(yáng)極化后在24h內(nèi)涂漆;對(duì)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(duì)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(cè)試項(xiàng)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(yàn)要求及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。其中，加速環(huán)境譜分紫外照射譜和周期浸潤(rùn)譜兩個(gè)模塊進(jìn)行，確定了5項(xiàng)性能測(cè)試作為防腐涂層性能的篩選判據(jù)，分別為外觀評(píng)級(jí)、光澤度、色差、厚度、附著力。

1.4 試驗(yàn)程序

文章的環(huán)境譜分紫外照射譜和周期浸潤(rùn)譜兩個(gè)模塊。

1.4.1 紫外照射試驗(yàn)

通過(guò)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(rùn)試驗(yàn)

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(guò)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(guò)反復(fù)幾個(gè)周期的紫外照射試驗(yàn)和周期浸潤(rùn)試驗(yàn)后，進(jìn)行外觀、光澤度、色差、厚度以及附著力等性能的測(cè)試和對(duì)比分析，試驗(yàn)程序如圖1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 外觀評(píng)級(jí)

外觀評(píng)級(jí)，即通過(guò)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(zhǎng)，涂層發(fā)生失光、褪色，局部出現(xiàn)少量鼓包或銹點(diǎn)，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(guò)程中出現(xiàn)的單項(xiàng)破壞等級(jí)評(píng)定漆膜老化的綜合等級(jí)，一般可分為0、1、2、3、4、5共六個(gè)等級(jí)，分別代表漆膜耐老化性能的優(yōu)、良、中、可、差、劣。

四個(gè)周期加速試驗(yàn)后，涂層試樣的外觀檢測(cè)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(wú)開裂、粉化等現(xiàn)象，外觀評(píng)級(jí)0級(jí);

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(guò)1.5mm，試件邊緣脫漆、剝落，未影響劃痕區(qū)，無(wú)開裂、粉化等現(xiàn)象，外觀評(píng)級(jí)1級(jí);

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

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(píng)級(jí)2級(jí);

經(jīng)過(guò)四個(gè)周期的實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)，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(duì)涂層試樣正反兩面分別進(jìn)行60°漆膜鏡面光澤檢測(cè)，并按式（1）計(jì)算了60°失光率，其中光澤值是3件平行樣的統(tǒng)計(jì)平均值。

式中，A0—試驗(yàn)前光澤測(cè)定值;Ai—試驗(yàn)后光澤測(cè)定值。

通過(guò)計(jì)算失光率均值，可獲得每個(gè)檢測(cè)周期對(duì)應(yīng)的平均失光率。四個(gè)周期加速試驗(yàn)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(píng)級(jí)為0級(jí);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(píng)級(jí)為1級(jí);P系列試樣的表面失光率50%以上，失光評(píng)級(jí)為4級(jí)。

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(duì)涂層試樣進(jìn)行漆膜顏色測(cè)量，并計(jì)算獲得了色差值，其中，色差值是3件平行樣的統(tǒng)計(jì)平均值。四個(gè)周期加速試驗(yàn)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(píng)級(jí)為1級(jí);B系列試樣的表面發(fā)生了輕微變色，變色等級(jí)為2級(jí);P系列試樣表面變色嚴(yán)重，變色評(píng)級(jí)為3級(jí)。

綜上，經(jīng)過(guò)四個(gè)周期加速腐蝕試驗(yàn)，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(duì)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(huì)導(dǎo)致漆膜失去保護(hù)能力，造成涂層失效。四個(gè)周期加速試驗(yàn)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(guò)四個(gè)周期的加速腐蝕試驗(yàn)，P系列試樣的附著力最好，無(wú)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(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)四個(gè)周期加速腐蝕試驗(yàn)后各試樣性能對(duì)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)

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