飞机涂料的发展近况
王黎，刘志，薛玉华，步明升，汪威，郭年华( 海洋化工研究院，山东青岛266071)

由于飞机在飞行和保障方面所处的特殊环境，因此其对涂层在某些性能上有特殊要求，如要求具有优异的防腐蚀性、耐油性( 特种液压油) 、耐候性、耐冻融循环性、耐磨性、耐雨蚀性、耐温性、耐冲击性等［1］。而飞机不同部位所使用的涂料功能性要求也不同，如飞机舱内涂料不但要求具有良好的装饰性，还要求具有良好的阻燃性和耐污性等。因此，根据涂料的使用部位和防护效果不同，飞机涂料的种类可分为: 飞机蒙皮涂料、舱内装饰涂料、隔热降噪阻尼涂料、高温部位耐温涂料、抗静电涂料、阻燃涂料、耐油涂料、防火涂料、耐磨防滑涂料等。本文介绍了国内外飞机涂料近10 年的发展应用情况及近5 年的产品新动向。

1 国内飞机涂料的发展现状
我国自20 世纪50 年代开始发展自己的航空涂料，经过半个多世纪的发展和几代人的努力，技术已日趋成熟［2］。近年来，国内生产航空涂料的企业依据国外相关的材料标准，不断提升自主研发和创新的能力，使我国航空涂料得到了长足的进步和发展，基本能够满足国内各型飞机的需求。我国的飞机蒙皮漆经历了由硝基/醇酸涂料到热塑性丙烯酸树脂涂料，再进一步到常温固化聚氨酯涂料等几个阶段的发展; 在2000 年左右，随着国外氟碳树脂的发展和应用，氟树脂超强的耐候性、抗腐蚀性、抗氧化性、耐高低温、耐磨等性能也引起了国内科研人员的注意，并通过引入氟树脂改性飞机蒙皮漆，开始了我国氟碳飞机涂料的研制和应用［3］。蔡国强等［4］研制出氟改性羟基丙烯酸树脂，并以HDI 三聚体为固化剂，制备了双组分聚氨酯丙烯酸飞机面漆，具有很好的耐候性、耐腐蚀性、抗氧化性、耐高低温性能，在昌河飞机工业公司经过6 年的应用，性能良好。张海信等［5］将合成的丙烯酸树脂与氟树脂共混，研制出固含量为( 50 ± 2) % 的浅灰色氟碳飞
机蒙皮涂料，其耐水、耐盐雾、耐湿热、耐人工老化等各项性能指标均达到国外高档飞机蒙皮涂料技术指标，并通过了飞行实验检测，已在飞机制造厂及修理厂得到了广泛应用。上海涂料有限公司技术中心依据美国波音( 麦道) 公司飞机蒙皮涂料相应技术规范开发研制出STL7470 飞机蒙皮涂料，包括STL7470 － 1 环氧底漆和STL7470 － 2 聚氨酯面漆，均具有优异的耐候性、耐冲击性和柔韧性等，并通过了全面性能测试和多架飞机的实机涂装［6］。郑会廉等［7］开发了新一代系列飞机蒙皮涂料STL7770，包括由中等分子量的环氧树脂与柔韧的聚酰胺固化剂相搭配制备的STL7770 － 1 防腐蚀底漆，由特制的羟基聚酯树脂与作为交联剂的HDI 缩二脲以及HDI 三聚体相搭配制备的STL7770 － 2 保护性磁漆。该系列飞机蒙皮涂料与飞机的表面材料( 如铝合金、铬/钢合金以及复合材料等) 具有很好的附着性，且对表面无腐蚀性。晏莉［8 － 9］以特制的高羟值聚酯树脂和异氰酸酯固化剂为基料，通过选择适当的颜料、催化剂以及各组分的配比，研制出高固含量航空飞机蒙皮涂料，符合波音公司材料规范BMS10 － 72 的要求，可用于大中型民用航空客机表面的装饰和保护。
近年来，国内已研制出聚氨酯改性环氧底漆－ 聚酯聚氨酯面漆－ 氟改性有机硅罩光清漆无铬涂层配套体系，可用作飞机蒙皮涂层，具有抗污能力强、防腐耐油效果好、耐候性优等特点，以及良好的高低温交变柔韧性和可脱除性，满足波音材料规范的技术要求。目前，关于飞机舱内装饰涂料的研究较少。在实际应用中一般选用水性涂料，因为水性涂层具有低毒、低污染、耐沾污、阻燃、装饰性好、对有机玻璃和塑料等溶剂敏感型制件无不良影响等特点。我国自主研发的水性丙烯酸改性聚氨酯体系应用于飞机内舱涂层系统，其柔韧性好，在各种塑料基材和铝合金上的附着力优异，耐盐雾可达2 000 h，且阻燃、耐水、耐油、耐污效果好。另外，应用于飞机其他部位的涂料和功能性涂料的研制也在不断向前推进。金闯等［10 － 11］以脂肪族聚氨酯或芳香族聚氨酯为主粘结剂，以多元胺或4，4－ 二苯基甲烷二异氰酸酯为交联剂，研制出具有隔热、隔音、阻燃、防潮、耐冲击、高强度的亚光涂料用于飞机机壳内壁，其涂膜与机壳内壁的绝缘薄膜有优良的粘合性和相容性。刘成楼等［12］以三元聚合物互穿网络乳液为基料，配合以绢云母、硅铝基空心微珠、聚磷酸铵、氯化石蜡等为填料，研制了一种可用于飞机内壁壳体的水性阻尼涂料，其涂膜具有极佳的减振降噪、隔热吸音及阻燃等性能，且VOC 含量低。杨德等［13］ 以环氧改性有机硅树脂( HW － 73 树脂) 为基料，配以耐高温、耐油、阻燃、隔热的颜填料和N － 11 自催化型固化剂，制成GT 系列民用飞机发动机专用防腐涂料，具有常温固化、长期耐高温、耐油、隔热防火等性能，已大量用于我国部分型号的民用飞机发动机上，达到了设计要求的使用寿命和性能。李清材等［14］以双酚A 型环氧树脂为主要成膜物质，丁醇醚化脲醛树脂为固化剂，制备了飞机发动机叶片防护涂料。该涂料体系中添加了氮化硼作功能填料，并添加己二酸聚酯弹性体树脂改善了涂膜的机械性能，得到的涂膜附着力及耐热性好，隔热效果明显。吴凤秋等［15］研制的由硼或碳化硼制成的抗氧化涂料涂覆在C/C 复合材料表面，经800 ℃热处理可形成抗氧化涂层，可满足飞机刹车盘抗高温氧化的要求。
除上述飞机用涂料外，飞机的许多部件还需采用具有特种功能的涂料进行涂装，如抗静电涂料、抗雷击涂料、阻燃防火涂料等。李春义等［16］以环氧树脂、聚氨酯树脂或聚氨酯改性环氧树脂为基料树脂，纳米氧化锡或纳米氧化锑包覆的片状云母粉为导电填料，配以防腐颜料研制出轻质防腐抗静电涂料。各项性能测试表明，所得涂膜导静电稳定性好，且具有优异的防腐性能、物理机械性能以及化学稳定性。颜光清等［17］以醋酸丁酸纤维素酯、有机硅树脂、邻苯二甲酸二丁醋与六亚甲基二异氰酸酯缩二脲聚氨酯等为原料制备的抗雷击导电涂料，不仅具有良好的导电和导热性，而且各项物理机械性能优异，如良好的附着力、耐冲击性、耐热性等。李梅等［18］研制的飞机用防水防腐蚀阻燃涂料由桐油、乙烯－ 醋酸乙烯共聚乳液、十溴联苯醚和氢氧化镁以60 ～ 80∶ 10 ～ 30∶ 5 ～ 10∶ 5～ 10 的质量比配制而成，所得涂膜不仅能够防止外部水分、腐蚀性物质进入被涂结构部件内部而引起材料分层乃至损坏，还具有优异的阻燃效果，从而可延长结构部件的使用寿命。
王立等［19］以羟基聚酯树脂为主要成膜物，HDI 三聚体为固化剂，配以适合的颜填料、助剂等，制备出耐抗燃液压油的高固体分聚氨酯涂料。该涂料所得涂膜能够长期耐受抗燃液压油、航空煤油、润滑油、汽油等多种油品而不被破坏，涂膜具有很好的耐磨性、耐冲击性和装饰效果，可用于飞机、列车、机床、仪器等的外表面饰防护涂装。曹永鹏等［20］研制出可用于飞机及航空武器装备整体防腐蚀封存涂料，由氯代聚氯乙烯和其衍生物HD 作为主要成膜物质，经实际应用表明，该封存涂料成膜性能好、可剥性强、封存方法简便、防腐蚀性能优良。此外，我国科研人中已研发出聚酯聚氨酯耐磨防滑涂料，其涂膜具有面密度低、摩擦系数高、柔韧性好的特点，可喷涂施工; 研制的飞机用膨胀型防火涂料具有优异柔韧性和附着力，涂层干膜厚度0. 5 ～ 0. 8 mm 时，可在( 1 093 ± 66) ℃下耐火5 ～ 15 min，背面温度不高于300 ℃，具有隔热性好、密度低、使用厚度小、易施工等优点。
我国的飞机涂料虽然起步晚，但科研人员紧随着世界涂料发展趋势，向着绿色环保、功能化、高固体分、水性化的方向发展，目前国内飞机涂料的技术水平已接近或达到国外水平。但是，在航空涂料的前瞻性、涂料的生产工艺控制的程序化和稳定性、施工涂装性方面，我们与国外先进水平尚有差距。

2 国外飞机涂料的发展与现状
西方国家从20 世纪初开始发展飞机涂料，目前世界两大飞机公司美国波音( Boing) 公司和空客( Airbus) 公司所生产的飞机使用的涂料主要来源于荷兰的Akzo Nobel 公司、美国的PPG 公司、德国Mankiewicz 公司等知名涂料企业。随着世界范围内对环保节能问题的日益重视和航空涂料的绿色化进程，环境友好型航空涂料，如不含铅和铬等重金属的防腐蚀涂料、高固体分或低VOC 涂料以及水性涂料等已成为发展和应用的重点。如波音公司选择了PPG 无铬酸盐底漆Deso － prime CF/CA 7502 和预处理产品DESOGEL EAP － 9 作为波音下一代737 飞机的标准底漆［21］。另外波音7 × 7 系列使用了Akzo Nobel 公司生产的轻质无铬AVIOX CF 底漆和Aeroflex 柔性聚氨酯磁漆。世界上最大的飞机A380 机身和尾翼采用了PPG 公司生产的Desothane HS CA8000 高固体分聚氨酯磁漆，这些涂料能够满足波音材料规范中对高固体分涂料的要求。在水性涂料方面，PPG 公司用于军用飞机的蒙皮底漆有2 个品种，即水性环氧底漆EWDE072 /EWDE02 和无铬水性环氧底漆EWDY048 /EWAE118; 而Akzo Noble 也推出了Aerowave 系列的水性航空涂料，包括防腐蚀底漆、面漆和组合件底漆，且在空客上使用效果良好［1， 22 － 24］。
在飞机的施工涂装工艺方面，即要保证防护性和装饰性，又要求涂层具有轻薄的特点，以减少航空燃油的消耗。由PPG 工业公司航空材料事业部研发的航空底色漆/清漆配套系统，第一层喷涂后比传统双涂层系统喷涂首层面漆后更具浓厚色彩，第二层使用清漆，可以改善涂膜的光泽、色彩持久度和自清洁性，比传统涂料质量更轻、更持久，且喷涂更省时;德国Mankiewicz 有限公司的底漆/清漆体系采用了较薄的涂层，减少了预喷涂和维修的时间，并且缩短了干燥时间，涂装在强紫外线地区经过数年的使用仍能保持色彩和光泽［25］。在航空电泳涂料方面，PPG 实现了商业化生产，为全球飞机机身制造商和分包商提供了新的商用、军用及通用航空飞机零部件涂装解决方案。PPG 公司的AEROCRONTM 电泳底漆比传统喷涂底漆具有更佳的防腐性能，该涂料均匀且更紧密地覆盖于零部件表面，即使是复杂形状的零件缝隙也毫无遗漏; 涂料利用率接近100%，并且使底漆质量更轻; 此外，电泳涂料也可有效避免工人在喷漆时暴露在漆雾中，有益于其健康和安全［26］。对于飞机制造商和分包商而言，电泳涂装过程可实现完全自动化，提高材料利用率，因此航空电泳涂料也成为“绿色节能”方案的首选。
拜耳公司在UV 固化飞机涂料方面与美国空军合作，2007 年其UV 固化涂料在F － 16 战斗机上的应用取得了良好的效果，该项技术还于2008 年应用在了美国的C － 130911AW 空军运输机上，其性能的卓越性得到了很好的证明，进而又将这种可即时固化的单组分UV 固化涂料涂覆于大型运输机上，下一个目标是将其用于近海巡逻飞机的机身上［27］。国外氟碳蒙皮涂料的发展应用始于20 世纪90 年代，英国Desoto 公司研制出用于制备飞机蒙皮涂料的氟树脂，其后美国的航空战机采用含羟基氟树脂与异氰酸酯结合的含氟聚氨酯涂料，大大提高了航空涂料涂膜的保护性能和使用寿命。
在21 世纪初，Paris 等［28］以由聚酯、聚碳酸酯和聚氨酯构成的环状预聚物为主体树脂，并引入含氟单体，制得了低黏度飞机蒙皮用防冰涂料，其涂膜具有较大的水接触角，较低的VOC含量( 84 ～ 320 g /L) ，可减少对环境的污染及危害。2009 年美国Ames 公司推出超薄含氟聚合物防护涂料，该涂料采用含氟聚合物弹性体、有机硅和氟硅树脂等提高涂层表面憎冰性能，使涂膜具有良好的耐高低温性能，可以为飞机零部件提供足够的防护，可大大降低飞行器零部件在遭受外力损害的危险程度［29］。近几年，中国航空业的迅猛发展吸引了大量的外资企业，一些国外专业飞机涂料制造公司期盼通过无铬底漆和氟硅面漆等的尖端技术进入中国的航空涂料市场。

3 结语
近年来，国家大力发展航空工业，国产支线飞机ARJ21 已经开始试用，“新舟60”进入了国际市场，“大飞机”项目启动，这都意味着我国航空涂料进入了快速发展壮大的时期。随着全球环境、气候的变化，环保、节能、高效成为飞机涂料发展的必然趋势，在涂料研发方面，热反射涂料、高固体分涂料、粉末涂料以及水性涂料等，都成为飞机涂料研制和应用的热点。在施工方面，静电喷涂工艺、电泳涂装工艺、辐射固化工艺，都有望在航空涂料领域得到进一步的发展和应用。