步明升，汪 威，薛玉華，阮潤(rùn)琦，張 巖，張 彪，崔少波，劉順崎，劉 超，郭年華

(海洋化工研究院有限公司，海洋涂料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071)

隨著航空工業(yè)和航空運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，以及人們對(duì)航空安全認(rèn)識(shí)的不斷深化，民用航空用化學(xué)品的適航性越來(lái)越被重視，現(xiàn)階段歐美國(guó)家都有一套完整的評(píng)價(jià)體系，主要以波音和空客的要求為主[1]。我國(guó)現(xiàn)行民航法規(guī)CCAR-53《民用航空用化學(xué)產(chǎn)品適航規(guī)定》中對(duì)飛機(jī)涂料的原材料和性能要求進(jìn)行了規(guī)定，并要求凡在我國(guó)境內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)、分裝、配制、加工等操作的民用航空器用化學(xué)產(chǎn)品，必須按規(guī)定相關(guān)進(jìn)行適航認(rèn)證。

由于飛機(jī)活動(dòng)環(huán)境條件具有一定的特殊性，主要涉及內(nèi)陸、海洋、低空、高空、風(fēng)沙、雨蝕、化學(xué)品侵襲等，其面臨的環(huán)境具有高腐蝕、高濕熱、沖擊、流體、雨蝕、溫度起伏等特點(diǎn)，這就要求蒙皮底漆具有優(yōu)良的附著力、柔韌性、抗沖擊、抗化學(xué)品性能、耐腐蝕性能等，從而滿足民用航空器用涂料的適航要求[1-4]。通常情況下，飛機(jī)蒙皮在零件狀態(tài)下已噴有一層國(guó)外各類底漆，在整機(jī)噴涂時(shí)一般需要先將該層底漆細(xì)致打磨并水洗后，在24h內(nèi)整體噴涂一道蒙皮底漆，最后按照要求噴涂面漆和清漆。目前，蒙皮涂料市場(chǎng)被歐美國(guó)家壟斷，波音和空客飛機(jī)噴漆系統(tǒng)的常用底漆有Akzo 10P20-44、PPG CA7700、Mankiewicz 113-82等，面漆主要有Akzo ECL-G-系列、PPG CA8000、Mankiewicz 411-22等[5-6]，這就要求國(guó)產(chǎn)蒙皮底漆除了要滿足我國(guó)的適航認(rèn)證要求外，還要具有很好的施工性能，并與國(guó)外常用蒙皮底漆和面漆之間具有很好的相容性。

涂層的附著力受環(huán)境因素的影響實(shí)際上是不斷變化的，常規(guī)的附著力測(cè)試方法都是測(cè)試漆膜干膜狀態(tài)下的附著力。Funke在研究涂層防腐性能時(shí)提出，除了涂層低透氧率和透水率——屏蔽性之外，濕附著力起著十分重要的作用[7]，這是因?yàn)槠崮づc介質(zhì)接觸后，其附著力會(huì)發(fā)生一系列的變化，這些變化直接關(guān)系到底漆與基材之間的腐蝕以及底漆與面漆之間的層間結(jié)合力，降低涂層的使用壽命。因此，本文主要通過(guò)干膜附著力和濕膜附著力的變化，著重從壺裝壽命、基材適用性、固化性能、底漆相容性以及面漆相容性等方面對(duì)國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆進(jìn)行了工藝適應(yīng)性研究，考察其是否滿足現(xiàn)有材料性能和施工性能要求。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料

蒙皮底漆，海洋化工研究院有限公司；10P20-44底漆，阿克蘇諾貝爾；113-82底漆，美凱威奇；CA7700底漆，PPG；面漆，阿克蘇諾貝爾；411-22面漆，美凱威奇；CA8000面漆，PPG。

1.2 主要設(shè)備

重型沖擊儀，1120，德國(guó)畢克-加特納公司；鹽霧箱，CC1000XP，英國(guó) ASCOTT 公司；圓錐彎曲試驗(yàn)儀，BGD 566，標(biāo)格達(dá)精密儀器（廣州）有限公司。

1.3 主要性能測(cè)試方法

1.3.1 附著力測(cè)試

本實(shí)驗(yàn)選用干膜附著力和濕膜附著力兩種方法一起表征漆膜附著力，附著力的測(cè)試方法按照GB/T 9286-2021或ISO 2409：2020進(jìn)行，網(wǎng)格圖形每個(gè)方向的切割道數(shù)應(yīng)為6，劃線間距為1mm，劃線及膠帶粘貼方式如圖1所示，一般要求干膜附著力和濕膜附著力不大于等級(jí)2，具體測(cè)試方法如下。

圖2 漆膜沖擊性能Fig.2 The impact resistance of paint film

圖3 漆膜柔韌性Fig.3 The flexibility of paint film

（1）干膜附著力（D）

將試板按照試驗(yàn)要求進(jìn)行噴涂并固化，然后按照GB/T 9286-2021或ISO 2409：2020劃線并評(píng)級(jí)。

（2）濕膜附著力（W）

試板按照試驗(yàn)要求進(jìn)行噴涂并固化后，將試板在蒸餾水中浸泡7d，按照GB/T 9286-2021或ISO 2409：2020劃線并評(píng)級(jí)。

1.3.2 沖擊性能

試板在室溫固化7d后，使用Gandner 160 in·lb的重型沖擊測(cè)試儀，對(duì)試板涂漆面至少進(jìn)行40in·lb的正沖擊和反沖擊，然后將膠帶牢固地向下壓在試板沖擊點(diǎn)處，并以與樣板相垂直的方向快速扯去膠帶，檢查漆膜是否發(fā)生剝落。

1.3.3 柔韌性

試板在室溫固化7d后，按ASTM D522的要求將儀器的操作桿置于水平位置，將試板放入芯軸和拉桿之間，樣板涂漆面朝向拉桿。使樣板的一個(gè)短邊與芯軸的細(xì)端相接觸，夾住試板。均勻平穩(wěn)地拉動(dòng)拉桿使其在1s左右的時(shí)間內(nèi)折彎。檢查漆層是否有裂紋、剝落和其他損傷，并在距錐形軸端頭（直徑3.175mm）至少12.7mm區(qū)域測(cè)試膠帶附著力，無(wú)附著力失效。

1.3.4 鹽霧性能

試板按照試驗(yàn)要求進(jìn)行噴涂并固化后，在試板上刻兩條對(duì)角線，劃痕寬度應(yīng)為0.79～1.59 mm；然后按ASTM B117要求，將試板置于5%的鹽霧中，試板與垂直面成6°±1°，涂漆面朝上；鹽霧1500h后，檢查漆膜表面是否有氣泡和腐蝕現(xiàn)象。

2 結(jié)果與討論

2.1 壺裝壽命研究

一般情況下，涂料的壺裝壽命測(cè)試條件為：溫度23±2 ℃，相對(duì)濕度50%±2%；蒙皮涂料的最佳施工條件為：溫度20～30 ℃，相對(duì)濕度40%～60%。但是，實(shí)際施工過(guò)程中，溫濕度波動(dòng)較大，溫度最高可達(dá)35℃，濕度可達(dá)75%，因此，開展蒙皮底漆在不同溫度、不同濕度條件下的壺裝壽命研究，可以為現(xiàn)場(chǎng)施工提供很好的理論基礎(chǔ)。本試驗(yàn)基材為經(jīng)阿洛丁1200S化學(xué)氧化處理的7075-T6包鋁，試驗(yàn)步驟為：將新鮮混合的蒙皮底漆分別在23±2 ℃、50%±2%濕度（記為1#）和35±2 ℃、75%±2%濕度（記為2#）兩種條件下放置4h后進(jìn)行空氣噴涂，試片在室溫下干燥7d后進(jìn)行附著力、抗沖擊以及鹽霧性能測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 壺裝壽命后不同溫濕度條件下測(cè)試結(jié)果Table 1 The results under different temperature and humidity conditions after pot life

蒙皮底漆的主要性能是與基材產(chǎn)生良好的附著力、柔韌性、抗沖擊并具備良好的防腐蝕性能，底漆與基材的附著力是涂層系統(tǒng)獲得其他一切性能的必要條件[8]。經(jīng)過(guò)測(cè)試，國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆在兩種溫濕度條件下放置4h后，僅僅在噴涂粘度上有少許差別，漆膜的主要性能穩(wěn)定，未發(fā)生任何變化，具體如圖1～圖4所示。其中，漆膜的干膜附著力和濕膜附著力均達(dá)到0級(jí)，未出現(xiàn)任何附著失效的現(xiàn)象；使用加氏重型沖擊試驗(yàn)儀對(duì)漆膜進(jìn)行正沖和反沖試驗(yàn)，漆膜可承受60in·lb的力，未發(fā)生任何掉漆現(xiàn)象；使用圓錐彎曲試驗(yàn)儀，漆膜均未出現(xiàn)裂紋和附著力損失；同時(shí)，該底漆經(jīng)1500h中性鹽霧后，漆膜未見起泡，距劃痕3.85mm外無(wú)腐蝕和附著力損失。綜上所述，國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆在高溫高濕條件下（溫度35℃、濕度75%）經(jīng)過(guò)4h壺裝壽命后再噴涂，產(chǎn)品的性能與常溫（溫度23℃、濕度50%）穩(wěn)定一致，可以很好地適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)不同溫濕度下的壺裝壽命要求。

圖4 漆膜附著力Fig. 4 The adhesion of paint film

2.2 基材適用性研究

基材的種類及處理方式直接影響蒙皮底漆在基材上的附著力，因此有必要考察蒙皮底漆在不同基材以及基材處理方式上的適用性?，F(xiàn)代民用飛機(jī)蒙皮材料絕大部分采用2024-T3和7075-T6有包覆層鋁合金[1]，而飛機(jī)蒙皮表面處理技術(shù)中，常見的基材處理方式主要有：阿洛丁1200S化學(xué)氧化、硼硫酸陽(yáng)極化、硫酸陽(yáng)極化、鉻酸陽(yáng)極化、溶膠凝膠等[9-11]。因此，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：將2024-T3包鋁、7075-T6包鋁兩種基材分別使用不同的處理方法，再噴涂國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆，室溫干燥7d后，進(jìn)行干膜附著力和濕膜附著力的測(cè)試，以驗(yàn)證該底漆在不同基材上的適用性，具體基材處理方式及測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 不同基材上的附著力Table 2 The adhesion on different substrates

從表2中可以看出，不管是2024-T3包鋁基材還是7075-T6包鋁基材，分別使用阿洛丁1200S化學(xué)氧化、硫酸陽(yáng)極化、硼硫酸陽(yáng)極化、鉻酸陽(yáng)極化、溶膠凝膠等5種基材處理方式進(jìn)行處理后，再施工國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆，漆膜的干膜附著力和濕膜附著力均為0級(jí)，未發(fā)生任何起泡、脫落等不良現(xiàn)象，表現(xiàn)出很好的基材適用性，具有良好的應(yīng)用前景。

2.3 固化性能研究

涂料不同溫度下的固化性能，直接影響到現(xiàn)場(chǎng)施工工藝以及工人的工作效率和工作質(zhì)量。一般情況下，蒙皮涂料施工過(guò)程中，除了最后一道清漆之外，每道漆膜都要打磨，以保證漆膜之間有足夠的結(jié)合力。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)在10、23、35 ℃三種溫度下考察蒙皮底漆固化性能，主要包括不同溫度條件下試板的表干時(shí)間、可打磨時(shí)間、可膠帶遮蔽時(shí)間，試驗(yàn)的基材仍然為經(jīng)阿洛丁1200S化學(xué)氧化處理的7075-T6包鋁。具體測(cè)試方法如下。

表干時(shí)間：漆膜干燥一定時(shí)間后，將棉花從25cm左右的高度墜落到涂層表面，用嘴輕吹，記下棉花可吹走的最早時(shí)間，即為表干時(shí)間。

可打磨時(shí)間：漆膜干燥一定時(shí)間后，用240目細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，觀察漆膜表面是否干爽并呈現(xiàn)粉末狀，若不是，則每隔1h繼續(xù)打磨，直至打磨呈現(xiàn)粉末狀的時(shí)間。

可膠帶遮蔽時(shí)間：噴涂底漆干燥2h后，將250號(hào)3M膠帶緊緊貼在漆膜表面，每隔1h粘貼一次，膠帶停留16～24 h后再撕掉，漆膜表面沒有掉漆或污染現(xiàn)象的最短時(shí)間。

從表3中可以看出，國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆在10～35 ℃下，隨著固化溫度的升高，漆膜的表干時(shí)間、可打磨時(shí)間、可膠帶遮蔽時(shí)間均得到了一定的提升，表干時(shí)間從2h提高至40min，可打磨性時(shí)間從16h提高到8h，可膠帶遮蔽時(shí)間從5h提高到2h。施工現(xiàn)場(chǎng)一般要求蒙皮底漆的表干時(shí)間不高于2h，可打磨時(shí)間不高于18h，可膠帶遮蔽時(shí)間不高于8h，因此，國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆在10～35 ℃下表現(xiàn)出來(lái)的固化性能，可以很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求。

表3 不同溫度條件下的固化性能Table 3 The curing properties under different temperature conditions

2.4 與國(guó)外常用蒙皮底漆、面漆的相容性研究

涂料的相容性是指各個(gè)涂層之間的適應(yīng)性，如何充分利用涂料體系的整體協(xié)同作用，對(duì)涂裝來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。對(duì)涂料相容性的判定，是涂裝體系配套設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上才能最大限度地發(fā)揮涂膜性能。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆與Akzo、PPG、Mankiewicz等廠商生產(chǎn)的常見蒙皮底漆和面漆的相容性，試驗(yàn)基材仍為經(jīng)阿洛丁1200S化學(xué)氧化處理的7075-T6包鋁，試板室溫干燥7d后進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)漆膜的干膜附著力和濕膜附著力的評(píng)級(jí)來(lái)判斷該底漆與國(guó)外蒙皮底漆、面漆之間的相容性。由于施工工藝的不同，底漆相容性試驗(yàn)僅測(cè)試完全固化再打磨后的漆膜相容性，面漆相容性還補(bǔ)充了國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆與國(guó)外面漆不同噴涂間隔的相容性試驗(yàn)，具體試片制作過(guò)程及測(cè)試結(jié)果分別見表4和表5。

表4 與不同底漆的相容性Table 4 The compatibility with different primers

表5 與不同面漆的相容性Table 5 The compatibility with different topcoats

從表4和表5（10組～12組）中可以看出，三種國(guó)外底漆在自干7d后，經(jīng)細(xì)致打磨再噴涂國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆，漆膜的附著力均為0級(jí)；同樣，國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆在自干7d后，經(jīng)細(xì)致打磨再噴3種國(guó)外面漆，漆膜的附著力也均為0級(jí)，這說(shuō)明國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆與上述國(guó)外底漆和面漆，經(jīng)打磨后的層間結(jié)合力未發(fā)生損失，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求，具有很好的相容性。

同時(shí)，從表5（1組～9組）中可以發(fā)現(xiàn)：噴涂間隔為24h時(shí)，國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆與三種國(guó)外的附著力均為0級(jí)；噴涂間隔為48h時(shí)，與411-22的干膜附著力和濕膜附著力均降為1級(jí)，其余附著力均為0級(jí)；噴涂間隔為72h時(shí)，除了與ECL-G-1622面漆的干附著力之外，國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆與三種國(guó)外的附著力出現(xiàn)了不同程度的損失，其中411-22面漆的濕膜附著力只有2級(jí)。盡管以上結(jié)果均不大于指標(biāo)要求的2級(jí)，但是為了最大限度地發(fā)揮國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆與國(guó)外面漆的結(jié)合力，建議將國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆與411-22面漆的最大噴涂間隔時(shí)間定為24h，與ECL-G-1622面漆、CA8000面漆的最大噴涂間隔時(shí)間定為48h，這樣可以在一定程度上延長(zhǎng)涂層的使用壽命。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，國(guó)產(chǎn)飛機(jī)蒙皮底漆在壺裝壽命、基材適用性、固化性能、底漆相容性和面漆相容性等方面測(cè)試性能穩(wěn)定，該涂料對(duì)施工環(huán)境具有很好的適應(yīng)性，能夠滿足現(xiàn)有民機(jī)材料施工要求，試驗(yàn)結(jié)果可以為實(shí)際應(yīng)用提供施工技術(shù)指導(dǎo)，具有重要的工程實(shí)踐意義。