王　黎，郭年華，薛玉華，阮潤(rùn)琦

(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)

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水性航空涂料應(yīng)用概述

王黎，郭年華，薛玉華，阮潤(rùn)琦

(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)

摘要：介紹了與水性航空涂料相關(guān)的美軍標(biāo)和波音標(biāo)準(zhǔn)，如MIL-P-53030D、MIL-PRF-85582E、MIL-PRF-85285E、BMS10-83等，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍和性能規(guī)定進(jìn)行了說(shuō)明。同時(shí)介紹了世界兩大航空涂料生產(chǎn)商——阿克蘇諾貝爾公司和PPG公司的水性航空涂料應(yīng)用情況，其水性產(chǎn)品種類齊全，性能優(yōu)異(優(yōu)異的附著力、耐流體性、耐腐蝕性等)，廣泛應(yīng)用于民用航空和各國(guó)的軍事裝備上。

關(guān)鍵詞：水性航空涂料，美軍標(biāo)，波音標(biāo)準(zhǔn)

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，飛機(jī)作為一種重要的交通運(yùn)輸工具，逐漸成為人們出行的首選之一；在軍事領(lǐng)域，各國(guó)對(duì)空中力量不斷加強(qiáng)促進(jìn)了軍機(jī)的發(fā)展；因此不管是民用還是軍用飛機(jī)，在近二十年來(lái)，從數(shù)量到質(zhì)量都有著突飛猛進(jìn)的發(fā)展[1-2]。涂料是航空產(chǎn)品中的一個(gè)重要組成部分，對(duì)提高飛機(jī)的金屬和非金屬基材、零部件等的耐腐蝕性有著重要的作用，不僅是飛機(jī)機(jī)體的外部裝飾材料，還是延長(zhǎng)飛機(jī)使用壽命、保證飛行安全的重要材料[3-4]。但是，在涂料制造時(shí)向大氣排放的有機(jī)溶劑量約為涂料產(chǎn)量的2%，涂料施工過程中揮發(fā)的有機(jī)溶劑量為涂料量的50%以上，涂料的生產(chǎn)和應(yīng)用中排放的有機(jī)溶劑成為大氣污染主要污染源之一。減少污染減少VOC排放，隨著全球環(huán)保的呼聲越來(lái)越高，使用低溶劑低污染的涂料已成為大勢(shì)所趨，高固體份涂料、水基涂料、無(wú)鉻鎘鉛等重金屬涂料成為環(huán)保航空涂料發(fā)展的重要方向。在航空制造和維修領(lǐng)域，如Boeing、Airbus等公司的飛機(jī)上廣泛使用了PPG Aerospace、AKZO NOBEL Aerospace等涂料公司的不含重金屬的高固體份航空涂料和水基涂料。另外，飛機(jī)的基材中包括了塑料、橡膠、碳纖維復(fù)合材料等對(duì)溶劑敏感的底材，不適合使用溶劑型涂料進(jìn)行涂覆，水基涂料成為首選。隨著水性涂料樹脂的合成理念的改進(jìn)、合成方法的多元化、合成單體的多樣化，水性涂料的性能不斷提高，在耐候性、耐介質(zhì)等方面都有了很大的提高，逐漸向溶劑型涂料性能靠攏。水性航空涂料的應(yīng)用，不僅減少了有毒有害物質(zhì)的排放，減少了VOC的排放，還促進(jìn)了航空涂料向綠色化、水性化方向發(fā)展[5-11]。

該文介紹的美軍標(biāo)和波音標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水性航空用涂料進(jìn)行規(guī)定和說(shuō)明；并就世界兩大航空涂料供應(yīng)商阿克蘇諾貝爾公司和PPG公司的水性航空涂料產(chǎn)品進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明和介紹。

1水性航空涂料標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)和歐洲在航空材料領(lǐng)域都制定了比較完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，在民用航空和軍用航空涂料方面，波音標(biāo)準(zhǔn)和美軍標(biāo)(MIL)得到了飛機(jī)制造公司和使用者的廣泛認(rèn)可。美軍標(biāo)和波音標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水基環(huán)氧涂料和水基聚氨酯涂料的組成和性能進(jìn)行了規(guī)定，表1列舉了與水性航空涂料相關(guān)的美軍標(biāo)和波音標(biāo)準(zhǔn)[12-21]，標(biāo)準(zhǔn)中的漆膜性能要求簡(jiǎn)述如下：

美軍標(biāo)MIL-P-53030D，2011年12月修訂，D版，該水基環(huán)氧底漆性能包括鹽霧1000h，循環(huán)腐蝕40周期，室溫耐水7天，耐液壓油7天，60°光澤≤35，漆膜指觸干≤45min，漆膜表面硬干≤2h，漆膜干透≤24h，漆膜完全固化≤7天，高溫耐流體性、耐候性等；

MIL-DTL-64159B，2011年1月修訂，B版，該水性聚氨酯涂料具備紅外反射功能，對(duì)漆膜在噴涂后的常溫和加溫固化(82℃、116℃)性能做了要求，對(duì)漆膜耐水、耐酸、耐化學(xué)試劑、耐液壓油、耐候性等進(jìn)行了規(guī)定；

MIL-PRF-85582E，2012年10月修訂，E版，該類型水性環(huán)氧底漆具有優(yōu)異的耐腐蝕性(鹽霧2000h，絲狀腐蝕1000h)，良好的耐水(49℃±3℃、4d)、耐溶劑、耐流體性等，對(duì)Type Ⅱ型涂料規(guī)定了對(duì)紅外反射的要求；

MIL-PRF-85285E，2012年1月修訂，E版，該標(biāo)準(zhǔn)包括水基和溶劑型聚氨酯涂料，其中Ⅲ型W類為兩組分水性聚氨酯涂料；該標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的水基和溶劑型涂料的漆膜性能中，對(duì)如下性能做了分別表述：沖擊柔韌性(GE沖擊，室溫)，要求typeⅠ、Ⅲ、Ⅳ為40%，typeⅡ?yàn)?%；低溫柔韌性(-51℃±3℃)，要求typeⅠ、Ⅲ、Ⅳ，高光和半光在1.0 inch(25.4mm)彎曲，無(wú)光彎曲為2.0 inch(50.8mm)；耐候性，氙燈老化，type Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為500h，type Ⅳ為3000h。其他漆膜性能如附著力、耐流體性、耐濕熱、耐熱、耐溶劑、膠帶沾污性等都做了相同表述。

從以上美軍標(biāo)可以看出，對(duì)水性涂料的性能要求和溶劑型涂料性能相當(dāng)，特別是耐腐蝕性和耐流體性方面的要求和溶劑型蒙皮涂料性能一致，在VOC、漆膜干性等方面來(lái)說(shuō)，水性涂料甚至優(yōu)于溶劑型涂料；嚴(yán)格的性能指標(biāo)要求，這類涂料既能滿足飛機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的防護(hù)需求，也有部分用于飛機(jī)外部防護(hù)。

BMS10-55和BMS10-83為飛機(jī)內(nèi)艙裝飾用水基涂料，主要規(guī)定了涂料在基材(鋁合金、塑料、聚碳酸酯等復(fù)合材料)上的干濕附著力、耐沾污性、干性等漆膜性能，沒有如美軍標(biāo)一樣對(duì)涂層系統(tǒng)的耐候、耐蝕、耐流體等性能進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定。

表1　相關(guān)水性航空涂料的美軍標(biāo)和波音標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表1

2水性航空涂料應(yīng)用情況

目前世界上航空涂料生產(chǎn)商有阿克蘇諾貝爾公司、PPG公司、Sherwin Williams、Henkel、Tempo、Hentzen、Huntsman等知名企業(yè)。在水性航空涂料方面，阿克蘇諾貝爾公司和PPG公司的產(chǎn)品種類豐富，應(yīng)用最為廣泛[22-32]，某些產(chǎn)品的研發(fā)應(yīng)用對(duì)水性航空涂料的發(fā)展有導(dǎo)向性作用，如Deft?系列產(chǎn)品44GN011/44GN054/44GN057/44GN060 將聚酰胺與顏填料等制備成A組分，將純環(huán)氧樹脂作為B組分，避免了由于顏填料、助劑的酸堿性和碾磨等因素造成的環(huán)氧樹脂乳液不穩(wěn)定；另外AerocronTM2100/2200電泳漆首次應(yīng)用在航空產(chǎn)品的涂裝，減少了噴涂涂裝帶來(lái)了污染、浪費(fèi)及對(duì)人員健康危害等。以下對(duì)阿克蘇諾貝爾公司和PPG公司的水性航空涂料產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀作了介紹。

阿克蘇諾貝爾航空涂料公司是一家創(chuàng)新型的涂料供應(yīng)商，其在航空涂料領(lǐng)域?yàn)槿虻纳虡I(yè)通用航空、空軍、陸軍提高專業(yè)服務(wù)，已為超過70%的生產(chǎn)商提供了上百種專用涂料，其品牌系列如表2所示[33]。其中，Aerowave?系列產(chǎn)品是用于飛機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的水基涂料系列產(chǎn)品，具有優(yōu)異的耐化學(xué)性、

耐腐蝕性、柔韌性等，能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)件提供長(zhǎng)達(dá)30年的防護(hù)，其產(chǎn)品介紹如表3所示[34]。阿克蘇諾貝爾水基航空涂料產(chǎn)品和應(yīng)用情況如表4所示[33-47]。從表4可以看出，阿克蘇諾貝爾航空公司的水性涂料產(chǎn)品品種齊全、性能優(yōu)異，不僅為全球最大的飛機(jī)制造公司波音和空客公司提供產(chǎn)品，還大量供給各國(guó)的軍工行業(yè)，如美國(guó)、英國(guó)、意大利等。

表2　阿克蘇諾貝爾航空涂料品牌

表3　Aerowave?系列產(chǎn)品說(shuō)明

續(xù)表3

表4　阿克蘇諾貝爾水性航空涂料產(chǎn)品

續(xù)表4

PPG航空公司產(chǎn)品包括涂料、密封劑、機(jī)體透明件、窗戶等，提供給全球的飛機(jī)制造商和航空公司，包括商業(yè)通用航空領(lǐng)域和軍用航空。其涂料產(chǎn)品有上千個(gè)種類，還有行業(yè)內(nèi)最大的工業(yè)涂料生產(chǎn)線。PPG航空公司在2013年收購(gòu)了Deft公司，具有能夠?yàn)閼?zhàn)斗機(jī)、教練機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、直升機(jī)提供底漆和面漆的全套工業(yè)生產(chǎn)線。其涂料性能優(yōu)異，滿足國(guó)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，已成為軍用航空涂料領(lǐng)域產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用的領(lǐng)導(dǎo)者。PPG公司的水性航空涂料包括DeSoto?、AerocronTM、Eco-primeTM和Deft?水性產(chǎn)品系列，其中AerocronTM陰離子電泳漆，無(wú)鉻等其他重金屬，全程自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率，有效降低污染損耗，特別是對(duì)表面復(fù)雜的基材，可有效涂裝和控制漆膜厚度[48-53]，該型產(chǎn)品為全球首發(fā)并應(yīng)用。

表5　PPG公司水性航空涂料產(chǎn)品

從表4、表5可以看出，目前開發(fā)應(yīng)用的水性航空涂料主要有兩種：水性環(huán)氧和水性聚氨酯，水性環(huán)氧以底漆為主，對(duì)各種基材(鋁合金、塑料、各種復(fù)合基材等)都有良好的附著力，耐化學(xué)介質(zhì)和溶劑油、耐腐蝕等性能優(yōu)異；水性環(huán)氧底漆和水性聚氨酯面漆配套涂層系統(tǒng)多用于飛機(jī)內(nèi)艙和內(nèi)部結(jié)構(gòu)件、及地面支持設(shè)備的涂裝；當(dāng)用于飛機(jī)外部時(shí)，水性環(huán)氧底漆或水性聚氨酯面漆會(huì)與溶劑型涂料配套使用。阿克蘇諾貝爾公司和PPG公司的水性航空涂料產(chǎn)品品種、種類齊全(包括環(huán)氧、聚氨酯類型的底、面漆、膩?zhàn)樱蓜冸x涂料，電泳漆等)，適用性強(qiáng)，滿足各國(guó)用戶標(biāo)準(zhǔn)和使用要求，已經(jīng)廣泛用于民用航空和各國(guó)的軍事裝備上。

3結(jié)語(yǔ)

航空涂料標(biāo)準(zhǔn)中除了被廣泛認(rèn)可的美軍標(biāo)和波音標(biāo)準(zhǔn)外，還有飛機(jī)生產(chǎn)制造商在企業(yè)內(nèi)部通用的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、世界各國(guó)制定的軍用標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，這些標(biāo)準(zhǔn)在一定范圍內(nèi)執(zhí)行，一般不對(duì)外公開。美軍標(biāo)和波音標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)完善，內(nèi)容詳盡，并且根據(jù)實(shí)際應(yīng)用不斷更新，已成為標(biāo)準(zhǔn)制定的領(lǐng)航者[54-55]。

隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，開發(fā)和使用低毒、無(wú)毒、對(duì)環(huán)境和資源影響和消耗小的涂料產(chǎn)品是未來(lái)涂料發(fā)展趨勢(shì)，水性涂料是環(huán)保涂料發(fā)展的重要方向。近年來(lái)，隨著涂料樹脂的不斷更新，水性環(huán)氧底漆和聚氨酯面漆的性能有了很大提高，不斷向溶劑型涂料靠攏，其航空涂料產(chǎn)品不僅應(yīng)用在飛機(jī)內(nèi)部和相關(guān)支持設(shè)備上，有一部分還使用在外部結(jié)構(gòu)上[14-15]。

國(guó)內(nèi)的航空涂料在近十余年得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，產(chǎn)品種類日趨齊全、完善，但與國(guó)外品牌相比，在齊備規(guī)范的產(chǎn)品體系、產(chǎn)品實(shí)用案例、服務(wù)體系、服務(wù)意識(shí)等方面還有很大不足，在水性航空涂料方面的研發(fā)和應(yīng)用更是起步階段，中國(guó)航空涂料人任重而道遠(yuǎn)[1，3-11]。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊康，陳保華，孫哲，等.我國(guó)航空涂料技術(shù)進(jìn)展分析[J].涂料工業(yè)，2011，41(11)：70-74.

[2] 趙金榜.航空涂料及其今后發(fā)展[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2011，14(5)：26-30.

[3] 趙芯，于新華，蘇正良，等.民用航空器用蒙皮涂料的驗(yàn)證技術(shù)及適航要求[J].涂料工業(yè)，2014，44(8)：69-74.

[4] 趙芯，謝飛，張帆，等.淺析現(xiàn)代民用航空飛機(jī)蒙皮防腐蝕體系[J].全面腐蝕控制，2014，28(1)：22-24，54.

[5] 楊康，孫哲，馮俊忠，等.航空、航天涂料“十一五”技術(shù)進(jìn)展?fàn)顩r淺析[C]∥第十四屆全國(guó)涂料涂裝技術(shù)信息交流會(huì)暨交通用涂料涂裝技術(shù)研討會(huì).西安：[出版者不詳]，2011(5)：1-6.

[6] 劉福春，韓恩厚，柯偉.高性能水性航空防護(hù)涂料及其制備方法：中國(guó)，102533076A[P].2012-17-04.

[7] 于清章，韓行勇，邱再明，等.一種納米航空涂料及其制備方法和使用方法：中國(guó)，103013253A[P].2013-04-03.

[8] 阿克蘇諾貝爾推出新一代水性漆[J].表面工程資訊，2013，70(3)：16.

[9] PPG實(shí)現(xiàn)航空電泳底漆商業(yè)化生產(chǎn)[J].涂裝技術(shù)與文摘，2012，33(1)：2.

[10] 王黎，劉志，薛玉華，等.飛機(jī)涂料的發(fā)展近況[J].涂料工業(yè)，2012，42(12)：68-71.

[11] 文璟，王黎，郭年華.航空涂料標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].合成材料老化與應(yīng)用，2014，43(5)：52-57.

[12] MIL-DTL-53030D，PRIMER COATING，EPOXY，WATER BASED，LEAD AND CHROMATE FREE[S]. USA，American Military Standard，2011.

[13] MIL-DTL-64159B，CAMOUFLAGE COATING，WATER DISPERSIBLE ALIPHATIC POLYURETHANE，CHEMICAL AGENT RESISTANT[S]. USA，American Military Standard，2011.

[14] MIL-PRF-85285E，COATING：POLYURETHANE，AIRCRAFT AND SUPPORT EQUIPMENT[S]. USA，American Military Standard，2012.

[15] MIL-PRF-85582E，PRIMER COATINGS：EPOXY，WATERBORNE[S].USA，American Military Standard，2012.

[16] BMS10-83N，INTERIOR DECORATIVE URETHANE PAINT SYSTEM[S]. USA，Boeing Material Specification，2015.

[17] BMS10-55F，INTERIOR DECORATIVE WATER EMULSION PAINTS[S]. USA，Boeing Material Specification，2009.

[18] BMS numbers with description[OL].http：∥www.mtpinc-exporter.com/misc/boeing.htm.

[19] Waterborne Coating Tips[OL]. http：∥www.boeingsuppliers.com/environmental/waterborne. html.

[20] Product Standards Data System，BMS-specrev[Z]. USA：Boeing，2015-05-04.

[21] Specifications on Aerospheres[OL]. http：∥www.aerospheres.com/catalog/categories/22.

[22] High Performance Materials for the Aerospace Industry[Z].USA：Huntsman Corporation，2011.

[23] Specifications & Approvals[OL]. http：∥www.3chem.com/products/specifications-approvals/.

[24] Comprehensive Product Supply[OL]. http：∥www.johnsonsupplyco.com/index.php/product-partners.

[25] COATINGS[OL]. http：∥www.specialtyadhesives.com/#!coatings/c2wn.

[26] Aerospace Paints and Coatings[OL]. http：∥www.dynamationresearch.com/aerospace-chemicals/paints-coatings.html.

[27] Military & Aerospace Coatings[OL]. http：∥www.creativecoatingsco.com/.

[28] AkzoNobel Aerospace Coatings[OL]. http：∥www.anac.com/products.

[29] Coatings，Pretreatments，Paint Removers，Cleaners[OL]. http：∥www.ppgaerospace.com/Products/Coatings-Removers-Cleaners.aspx.

[30] Products[OL]. http：∥www.swaerospace.com/products/.

[31] Specifications[OL]. http：∥www.tempo-aerospace.com/Tempo-Specs.html.

[32] Aero Supplies Product Catalogue[OL]. http：∥www.aerosuppliesinc.com/.

[33] Qualified Product List[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2010.

[34] Aerowave? Series[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2009.

[35] Intergard? 10.000 Series[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2009.

[36] 10PW20-4 Water Peducible Epoxy Primer[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2009.

[37] Aerowave? Primer 222P01[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2009.

[38] Aerowave? 2001[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2011.

[39] Aerowave 2002[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2015.

[40] Aerowave 2003[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2015.

[41] Aerowave? 3003[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2011.

[42] Intergard? 10212[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2013.

[43] Aerowave? 5001[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2013.

[44] Intergard? 10222[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2010.

[45] Intergard? 10206[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2013.

[46] Aerodex? WB Interior Cabin Coating[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2011.

[47] Intergard? 10102[Z]. Netherlands：AkzoNobel Aerospace Coatings，2010.

[48] Commercial and General Aviation Coatings Guide[Z]. USA：PPG Aerospace，PRC-DeSoTo.

[49] Global Military Coatings Guide[Z]. USA：PPG Aerospace，PRC-DeSoTo.

[50] Commercial/Civil Aviation DEFT? COMMERCIAL PRODUCTS[OL]. http：∥www.ppgaerospace.com/getdoc/a76885a8-8b0e-4ed3-a158-8a1d4318a25b/Deft-Commercial-Products.aspx.

[51] Military Primers[OL]. http：∥www.ppgaerospace.com/getdoc/8e335391-4105-45ed-9a7d-a95d485cf859/Primers.aspx.

[52] Military Topcoats[OL]. http：∥www.ppgaerospace.com/getdoc/fa077f5c-aba6-4109-89e1-2877ea2bc75f/Topcoats.aspx.

[53] Military DEFT? MILITARY PRODUCTS[OL]. http：∥www.ppgaerospace.com/getdoc/578a71ff-f283-4089-8248-051cd2f185ab/Deft-Military-Products.aspx.

[54] 晏立宇，王文月，楊洪濤. 大型飛機(jī)用涂料概述[C]∥第三屆特種涂料暨防火涂料研討會(huì).成都：[出版者不詳]，2010(4)：144-146.

[55] 劉久戰(zhàn)，蔡安，張曉靜等.中國(guó)民用飛機(jī)航空材料和材料標(biāo)準(zhǔn)體系研究探討[J].航空制造技術(shù)，2012，12：68-71，76.

Overview of Water-based Aerospace Coatings

WANG Li，GUO Nian-hua，XUE Yu-hua，RUAN Run-qi

(Marine Chemical Research Institute Co. Ltd.，State Key Laboratory

of Marine Coatings，Qing Dao 266071，Shandong，China)

Abstract：This article summarized the international standards and application of water-borne aerospace coatings. In this paper，United States military standard and Boeing standard have been introduced，including its scope and physical properties of film，which are related to water-based aerospace coatings，for example the standards of MIL-P-53030D，MIL-PRF-85582E，MIL-PRF-85285E and BMS10-83. And，it’s illustrated water-borne products of Akzo Nobel aerospace coatings and PPG aerospace，which are leading manufacturer of coatings，with multiple types and excellent performances，widely used in commercial and general aviation and military defense equipment.

Key words：water-based aerospace coatings，united states military standard，boeing standard

中圖分類號(hào)：TQ 630