飞机蒙皮高固体分航空涂料的涂覆

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杨南胜 ( 凌云科技集团技术处，武汉 430036)  
  
  
    摘要：简要介绍了低溶剂、低污染的高固体分航空涂料的发展概况。从高固体分涂料与常规溶剂型涂料的差异入手，分析了高固体分涂料涂膜流挂、橘皮、抽缩、缩孔等表面缺陷的成因。结合实际操作要求，从表面处理、喷涂设备、涂料调配、喷涂方式等方面总结了高固体分航空涂料操作的关键控制点。  

    关键词：飞机蒙皮；高固体分；航空涂料；涂覆  

    1 高固体分涂料应用概况及其特点  

    随着全球环保要求的日益增高，以及国际装饰涂料市场对 VOC （涂料中的有机挥发物含量）的限制，使用低溶剂低污染的涂料已成为大势所趋，特别是低溶剂的高固体分涂料发展最快、应用最广。近年来，更是扩展到航空制造和维修领域，如 Boeing 、 Airbus 等公司的飞机上广泛使用了 PPG Aerospace 、 AKZO NOBEL 等公司的高固体分航空涂料；甚至 国内部分军用飞机，也开始启用高固体分涂料。在航空维修领域使用高固体分航空涂料，是航空涂料发展的必然趋势。  

    作为从组成、施工到性能等诸多方面与常规溶剂型涂料存在明显差异的高固体分涂料，尽管其具有很优异的产品性能，但如何通过恰当的施工方式获得优异的涂膜效果，却是摆在许多初次使用者面前的共同难题。因为与常规溶剂型涂料相比，高固体分、黏度又偏高的涂料的涂装缺陷变得更加难以克 服，如抽缩、缩孔、流挂、橘皮等。通过理论分析，结合实际操作要求，针对表面处理、喷涂设备、涂料调配及喷涂方式采取了相应措施来解决上述问题。  

    2 高固体分涂料表面状态缺陷的成因  

    涂料表面状态是涂料的主要性能指标之一。涂料涂敷后能否避免缺陷产生，形成均匀、光滑的涂膜，与涂膜的良好流平性直接相关。  

    2.1 从涂料流平时间与流挂速度的关系分析流挂缺陷的产生  

    理论上，涂料的流平时间与条痕波长、黏度、流平次数成正比，与表面张力和涂层厚度成反比；涂料流挂速度与涂料密度、涂膜厚度成正比，与黏度成反比。涂料流平时间与流挂速度的相互对立，需要从涂料本身的助剂添加和涂料的合理施工中寻找平衡点。对于高固体分高黏度涂料而言，涂膜偏厚、涂料密度相对较高，容易导致流挂。实践发现，其流挂除形成与常规溶剂型涂料相类似的流坠痕迹外，复色漆还出现漆膜颜料由于比重的不同而分色的现象，其修补涂层的过程因之较常规溶剂型涂料更为复杂。  

  
  2.2 从表面张力与流平性的关系分析橘皮、抽缩、缩孔缺陷的产生  

    在影响涂膜流平性的诸多因素中，表面张力的影响是非常重要的。根据涂料的展布系数理论（展布系数用 Ws 表示），液体表层流动遵循由低表面张力区往高表面张力区扩展，从而实现表面能趋向最小化。当 Ws ＜ 0 时，则涂膜会自行收缩，产生橘皮、抽缩、缩孔等缺陷。

    橘皮是因涂膜表面溶剂的挥发，造成上下表面张力差，形成的贝纳德涡流，高黏度低表面张力的涂液下沉至旋涡的中间，低黏度高表面张力的涂液上升至旋涡的周边。高固体分涂料较常规溶剂型涂料固体分含量高、施工黏度相对较高。而一般情况下，树脂的表面张力高于溶剂的表面张力，高固体分涂料表面张力较大，所以在其成膜过程中，表面溶剂挥发后，因之产生的表面张力梯度也较常规溶剂型涂料更为明显，影响了涂膜的流平性，湿膜未能充分流动，形成类似橘皮状的痕迹。  

    缩孔的产生是表面张力梯度作用的结果。涂膜局部污染物或溶解不完全的球形物质作用于涂层，使涂层表面形成凹陷的孔穴。其原因主要来自于涂料内部的不溶性胶粒和涂装后涂膜被污染两方面。高固体分涂料中 VOC 含量少，固体含量高，容易分层，若调配时未充分搅拌均匀，则易产生不溶性胶粒，导致缩孔。  

    抽缩主要是由于涂膜对底材润湿不良所产生的。在高固体分涂料中，高固体分涂料较常规溶剂型涂料固体分含量高，高固体分涂料表面张力较大，所以 Ws 更易趋向负值，其对底材或底涂的润湿性能较常规溶剂型涂料更差，因之更易出现抽缩缺陷。反之，被涂布的底材或底涂过于平滑，其表面张力γ s 小，则 Ws 也更易趋向负值，涂布后涂膜发生回缩现象。  

    3 飞机蒙皮表面高固体分航空涂料的涂覆  

    通过上述分析看出，高固体分航空涂料较之常规溶剂型航空涂料，具有固体分含量高、表面张力较大、对基底的润湿能力较差、黏度较大等特点，所以其施涂过程中，如何从表面处理、喷涂设备、涂料调配、喷涂方式等方面进行合理选择，是涂膜获得好的流平性，避免或减少橘皮、抽缩、针孔等常见涂膜缺陷的关键。以下就飞机蒙皮表面涂覆高固体分航空涂料的关键控制点加以总结。

   3.1 表面处理  

    表面处理分涂装前对底材的表面处理和涂装过程中对底涂的处理两类。  

    (1) 对飞机蒙皮底材的表面处理。主要工序有：温水冲洗去除残余脱漆剂、溶剂粗清洗除污物、水砂磨或溶剂砂磨蒙皮表面、用与涂料配套的专用清洗剂精洗表面并干燥。处理过的表面应洁净、无污染，保证 30s 水膜连续不分岔，且需在 6h 以内涂上底涂，否则考虑清洗工序。表面处理过程中应特别注意飞机蒙皮脱漆后残余蜡等物质的清除，因为此类残留物无法通过目视或滤纸检查等方式发现。如果涂装前无法使用水膜连续方法检验，则必须保证脱漆后的温水冲洗、砂毡砂磨工序到位，否则将严重影响涂层附着力和涂层表观质量。  


    (2) 涂装过程中对底涂的处理。应在其干燥至可粘胶带但不超过 72h 范围内进行。可用蘸有柔性溶剂或水剂的砂毡轻磨除去干喷的粗糙，用粘尘布清洁底涂表面的灰尘微粒，然后用柔性溶剂或者酒精等活性溶剂对所有底涂面轻轻擦拭一遍。待其表面干燥、确定底涂表面没有任何的污染后，方可涂装面涂。如果底涂喷涂后超过 72h ，应当用 320-grit 砂纸轻轻地砂磨，用柔性溶剂去除灰粒，然后用软布擦干，不要让溶剂在表面干燥。此过程中的砂磨和溶剂擦拭，主要是提高面涂对底涂的浸润能力，除去底涂表面的灰粒和污染。  

    3.2 喷涂设备  

    高固体分涂料对喷涂设备的选用和操作要求严格，能否获得好的雾化效果、减少小颗粒的存在是喷涂设备的选用和操作的最终标准。  

    高固体分涂料可选用普通空气喷枪、静电空气喷枪、静电空气辅助喷枪、高压无气喷涂等多种类型喷涂设备，但以静电空气喷枪最为合适。不同类型喷枪有不同的喷嘴尺寸和压力设定。静电空气喷涂以喷枪喷嘴尺寸 1 . 2 ～ 1 . 5 m m 、喷泵压力 0 . 1 1 ～ 0.14MPa 、喷枪雾化压力 0.31 ～ 0.42 MPa 为宜。为使喷枪获得合适的空气雾化压力，应将喷泵混合罐放置于较高处来补充压力的不足，同时考虑不同软管长度对雾化压力损失的补偿要求。  

    操作时，喷枪应匀速移动，距离适中，在约 1m 的幅宽内垂直于涂装面喷涂。涂装过程中，手臂应该保持稳定以确保每一部分都喷涂了相同量的涂料。此处强调涂装前喷枪与喷泵的调试工作、试喷效果，而不是单纯用参数对操作者的操作手法加以限制。观察试喷时涂膜的实际效果是调整喷枪和操作手法的主要依据。  

   3.3 涂料调配  

    高固体分涂料一般由基料、固化剂、稀释剂三组分按照一定比例调配而成。由于稀释剂中加入了催干剂，所以其功用除调整涂装黏度外，还能调整涂膜干燥速度和干燥时间。同一基料可对应选择同一系列的不同稀释剂，故调配前稀释剂的选择是关键控制点之一。混合前，应根据温湿度环境条件，考虑喷涂一定面积所用涂料的量，以及所需喷涂的时间，选择合适的配套稀释剂。该稀释剂应能提供必需的湿边时间、再次喷涂时间、干至可贴胶带时间和罐装寿命，从而获得最佳的外观涂装效果，同时不造成涂料的浪费。  

    涂料开桶前，必须震荡或搅拌物料 10 ～ 15min 直至罐底无任何固体沉降，非金属性的金属漆则需要更长时间的再分散。在这一点上，高固体分涂料较常规溶剂型涂料要严格得多。从未震荡或搅拌的基料状态可以看到，由于其固体含量的增高，内部分层现象尤为严重，要想混合均匀，减少或避免小胶粒的存在，就 施工与应用 必须充分搅拌，同时延长搅拌时间，混合熟化后过滤。涂料调配量和调配黏度的控制是高固体分涂料调配的第三个关键控制点。黏度过低容易引起流挂，黏度过高又容易引起橘皮，必须选择合适的黏度范围。而由于高固体分涂料罐装寿命相对较短，所以混合好后应尽可能快地用掉，刚混合好的物料有最好的外观效果。高固体分涂料在有效期末期，黏度会有明显上升，喷涂后湿边时间很短，因之会产生大量橘皮。一般情况下，应根据涂料的有效覆盖率，分别调配各道涂层所需的涂料用量。新搅拌涂料的流动性比放置久的涂料要优良得多，尽量不要把新旧涂料混合。  

    3.4 喷涂方式  

    高固体分涂料最佳的喷涂方式是底涂一道、面涂两道、底面涂分开涂装、面涂的不同遍数间“湿碰湿”喷涂。“湿碰湿”喷涂，除可有效缩短涂漆时间外，最重要的是能减少环境中沙尘等对湿膜的污染，为获得好的流平性创造条件。底涂喷涂时要求底材干燥、洁净、无污染、无灰尘；面涂喷涂时要求底涂平整、平滑、无粗糙、无颗粒，这是高固体分涂料涂装时对底材或底涂的最重要要求。  

    在面涂的两遍“湿碰湿”喷涂中，第 1 遍喷涂是相当重要的。该遍漆应该尽可能喷得平滑，湿的状态下 50 μ m 的涂料厚度是最理想的。如果第 1 遍喷得太薄或太粗糙，则不能为后续涂层提供光滑、平整、连续的面，严重影响后续涂层的流平性，难以避免橘皮、缩孔等缺陷的产生。第 2 遍漆应在第 1 遍涂料开始黏稠但不粘手的状态下喷涂。如果两遍漆相隔时间太久，涂膜过于固化，则会影响涂膜的流平性，增加橘皮的产生；如果两遍漆相隔时间太短，在第 1 遍漆尚未发黏时喷涂第 2 遍漆，则两遍漆过厚的涂膜易产生流挂。  

    4 结 语  

    作为代表航空涂料发展趋势的高固体分涂料，虽然与常规溶剂型涂料在本质上存在一定差别，但从理论上讲，其涂膜表面状态缺陷的成因却是相同的。只是由于高固体分高黏度涂料表面张力较大，对基底的润湿能力较差，所以其橘皮、气泡、针孔、流挂等涂膜表面状态缺陷变得更加难以克服。因此实际操作中，结合高固体分涂料的特点和涂膜缺陷的成因，从表面处理、喷涂设备、涂料调配、喷涂方式等方面有针对性地采取措施以避免涂膜表面状态缺陷的产生，对飞机蒙皮表面涂覆高固体分涂料具有非常实际的指导意义。

漆王_老魏

说半天没有配方啊

漆王_老魏

没有配方

fs3357

半天没有配方