中美军用飞机及武器装备部分底漆标准差异浅析

甘志宏,王浩伟

(中国特种飞行器研究所,湖北荆门448035)

中美军用飞机及武器装备部分底漆标准差异浅析

甘志宏,王浩伟

(中国特种飞行器研究所,湖北荆门448035)

对比分析了我国军用飞机及武器装备用底漆标准与美军标存在的差异,并提出具体的改进措施。综述了中美现有的军用飞机及武器装备用底漆的相关标准,从标准体系和技术指标两方面入手分析了二者存在的差异。由于时间、经验不足等原因,我国现行军用飞机及武器装备底漆标准体系尚不完善,性能指标尤其是耐盐雾和丝状腐蚀性能与美军标有较大差距。提出了我国军用飞机及武器装备用底漆产品研发以及建立和健全我国军用飞机及武器装备底漆标准的建议,有助于全面提升海洋环境下军机及武器装备腐蚀防护与控制水平。

军用飞机;武器装备;底漆;标准;技术要求

与陆基飞机不同,海军航空装备的服役环境具有湿度大、紫外照射强、盐雾侵蚀等特点。随着我国海军战略的转型和航母的服役,海军航空装备使用环境日益恶劣,腐蚀损伤威胁日趋严重[1]。海军航空装备腐蚀调查结果证实了这一分析,近年来我海军飞机随着服役年限的增长和海上活动范围及停留时间的增加,陆续出现了结构腐蚀问题[2—3]。涂层技术是飞机和武器装备腐蚀控制最经济、最有效的方法之一。涂层防护体系对抵抗环境因素对飞机结构的腐蚀至关重要,是提高飞机结构抗腐蚀品质,保障飞机结构达到预期服役使用年限的决定性因素[4—6]。因此,当前我国应不遗余力地开展高效防腐涂层体系的研发,满足航母和舰载飞机等军用飞机及武器装备的腐蚀防护要求。

涂层防护体系的耐蚀性能和附着力主要依靠底漆层[7],因此发达国家均非常重视底漆的研发工作,研制了多种类型和用途的底漆,并制定了相应标准。由于美国国防部网站对中国读者的封锁,美军标收集不尽完善。美军标底漆标准矩阵中涉及军用飞机和武器装备用二十类底漆标准,基本涵盖了军用底漆产品品种和类型,详细规定了这些产品的基本组成、用途和技术指标等。与一般工业用底漆相比,军用飞机和武器装备使用的底漆在可靠性、安全性和有效性等方面有其特殊性和更高的要求,因而系统了解国外先进标准,对国内底漆产品的研发和应用具有重要的参考和借鉴价值。文中主要从标准体系和技术要求上对军用飞机及武器装备使用的底漆美军标及国军标进行综合对比,找出二者之间的差异,提出我国军用飞机及武器装备用底漆产品研发以及我国军用飞机及武器装备底漆标准体系构建的相关建议,为国内军用飞机及武器装备高效抗腐蚀防护体系涂层材料工程化及应用研究提供技术支持。

1 军用底漆标准体系的比较

1.1 美国军用标准矩阵

美国军用底漆有专用于铝合金、复合材料以及碳纤维表面的,有用于铆钉和接缝处以及与高柔韧性蒙皮面漆配套用的聚氨酯弹性底漆,还有水性漆、电泳漆、高固体份、无铬无铅、潮气固化型的、起落架上用的底漆等,都符合低VOC要求,专用性强,以满足不同机型,不同使用环境的要求。美国军方根据底漆的组成、用途和施工方法对底漆进行详细分类,制定了门类齐全的底漆产品标准。部分美国军用底漆标准见表1[8]。

1.2 国内军用标准

国内军用底漆产品的基本品种与国外相比差别较大,在品种花色上与国外相比逊色不少,特别是专用性方面。国内目前仅有飞机蒙皮用底漆、复合材料用聚氨酯底漆、氟聚氨酯无光磁漆配套聚氨酯底漆、舰船富锌防锈底漆、环氧有机硅耐热底漆和铝粉沥青船等六类底漆产品及相应军用标准。国内现有的军用飞机和武器装备用底漆标准列于表2中。

1.3 军用底漆标准体系上的差异

由表1、表2比较可见,国军标与美军标在标准体系上主要存在的差异主要包括两方面:一方面,相对美军标而言,国内军用底漆产品种类匮乏,专用性差,且缺乏相应的技术标准;另一方面,美军标严格规定了标准适用的军种,这是考虑到飞机和武器装备在各军种的服役环境不尽相同。因此防护产品必须经过相关军种腐蚀预防与控制主管部门的环境适应性验证与评估,满足使用环境要求后方可获准在该军种推广应用。我国尚未全面开展防护产品有针对性的环境适应性评估。

2 军用底漆标准技术要求综合对比分析

GJB 5591—2006《军用飞机氟聚氨酯涂料通用规范》中配套使用TB 06-9锌黄丙烯酸聚氨酯底漆,该材料于“九五”期间等效采用美军标 MIL-P-23377D-85《耐化学品和溶剂的环氧聚酰胺底漆标准》开展研制的,并在“十一五”期间推广应用到重要航空武器装备上,使我国战斗机外表面防护涂层材料达到当时国际先进水平。随着世界先进材料的发展和美军对底漆防腐性能认识和应用目的上的变化,美国研制了军用飞机和武器装备,尤其是舰载飞机,适用的新型高效防腐底漆,并修订MIL-P-23377D-85,形成了MIL-PRF-23377K-2012[35]标准。由于受型号研制周期、经费、技术储备以及对腐蚀认识上的局限,我国高效抗腐蚀涂层材料研究相对滞后,新研型号仍沿用TB 06-9锌黄丙烯酸聚氨酯底漆。下面通过对GJB 5591与MIL-PRF-23377K的性能指标分析,找出我国军用飞机底漆材料与国外材料的差距,有助于后续底漆产品的改进与研发。

表1 美国军用底漆标准矩阵Table 1 Specifications and standards matrix of primer coatings for aircraft and military equipment in America

表2 中国军用底漆标准Table 2 Specifications and standards of primer coatings for aircraft and military equipment in China

性能指标逐一比对后可见,GJB 5591与MILPRF-23377K的技术指标差异主要表现在10个项目上,具体差异见表3。MIL-PRF-23377K底漆具有优异的抗腐蚀性能,经1000 h丝状腐蚀后,划痕处丝状腐蚀长度不超过3.2 mm;破环性试样耐盐雾2000 h后,划痕处不出现腐蚀问题。TB 06-9锌黄丙烯酸聚氨酯底漆,目前其防腐蚀性能指标已经低于MIL-PRE-23377K相应指标要求,耐盐雾性能上有所欠缺,而耐丝状腐蚀性能尚未考虑。在高温高湿和高盐雾等恶劣的海洋大气环境中,丝状腐蚀极易发生,且相当严重[36]。

表3 GJB 5591—2006聚氨酯底漆与MIL-PRF-23377K的主要技术指标差异Table 3 Major performance differences between GJB 5591—2006 polyurethane primer and MIL-PRF-23377K

3 我国军用底漆产品研发和标准体系构建的建议

为有效规范我军腐蚀防护工作,促进高性能底漆产品的研制、开发与应用,全面提升航空装备整体抗腐蚀防护能力,保障飞机和武器装备的可靠性与安全性,从底漆产品开发和标准体系构建两方面开展下列工作迫在眉睫。

3.1 我国军用底漆产品研发建议

1)强化军用飞机和武器装备腐蚀防护涂层体系中关键骨干材料的抗腐蚀性能,包括铝合金、结构钢、复合材料表面用的防护底漆,全面提升舰载机的整体抗腐蚀防护能力。优化铝合金、结构钢表面用防护底漆的耐盐雾性能,非破坏性试样3000 h,破坏性试样2000 h;借鉴美军标MIL-PRE-23377K,增加底漆耐丝状腐蚀1000 h性能要求。

2)从专用性出发,拓展国内军用底漆的品种花色。如增加用于铆钉和接缝处以及与高柔韧性蒙皮面漆配套用的聚氨酯弹性底漆,水性漆、电泳漆、潮气固化型等底漆品种,满足不同机型、不同服役环境、不同施工方式的要求。

3)优先开发综合性能优异、环境友好的底漆产品。今后航空涂料将向底漆无铬、无铅化,底面漆体系高性能化,高固体份、无溶剂和水性化方向发展。近期我国应重点发展无铅/无铬、高固体份、水性和弹性底漆产品的研制。

4)长期以来,面向我国重点行业和重大产业的中高档涂料涂层用原材料——树脂和颜填料等基本全部依赖进口,使得占我国涂料价值70%左右的中高端市场基本为国外公司所垄断。迫切需要加强原材料合成、防腐机理等相关基础性研究工作,解决纳米材料和纳米结构应用于树脂涂层中的关键和共性技术问题,突破国外的中高端树脂及其涂料涂层专利技术壁垒和产品的长期垄断和封锁。

3.2 我国军用底漆规范与标准体系构建的建议

1)参考、借鉴国外军用标准体系,制定电泳底漆、水洗底漆、无铅/无铬环氧底漆、高固体份环氧底漆、水性环氧底漆和高固体份弹性聚氨酯底漆等国家军用标准,建立全面、系统、规范的腐蚀防护底漆产品规范与标准体系。虽然上述新型底漆产品在国内尚处于研制阶段,但标准先行,有利于规范生产厂商的产品技术要求,稳定产品质量。

2)制定技术指标科学合理,具有实用性、可操作性和先进性的底漆国家军用标准规范。相对涂膜的其他物理性能,丝状腐蚀试验方法是考察涂层抗腐蚀性能的一项更灵敏、更严格的方法,建议国军标增加此项技术要求,大力推动国内生产单位研制出防止丝状腐蚀扩展性能优异的底漆。

3)涂料在国际上被列为仅次于汽车的第二大“空气污染源”,各国纷纷出台法律法规,限制挥发性有机物和重金属的使用。我国必须按照本国国情,分阶段分步骤地将强制性环保要求列入我国军用标准的技术要求。

4)加强标准的宣贯,宣贯范围包括底漆的研制、生产、使用各方(如底漆生产企业、飞机制造厂、空军、海军、陆航、各飞机大修厂等),以加强标准的约束力,促进高性能、质量稳定的底漆产品的研制、开发与应用。

4 结语

标准日益成为国家发展的战略性资源和国际竞争力的核心要素,标准化已经与型号研制成败相依、密不可分,始终贯穿于武器装备采购与研制全寿命周期。从标准体系和技术指标对比分析中美军用飞机及武器装备用底漆存在的差异,提出我国军用飞机及武器装备底漆产品研发以及我国军用飞机及武器装备底漆标准体系构建的建议,有助于全面提升海洋环境下军机及武器装备腐蚀防护与控制水平。

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A Brief Analysis of Military Specifications for Primer Coatings of Aircraft and Military Equipment between China and America

GAN Zhi-hong,WANG Hao-wei
(Special Vehicle Research Institute of China,Jingmen 448035,China)

To compare the differences of military specifications for primer coatings of aircraft and military equipment between China and America,and to propose detailed improvement measures.Some major military specifications for primer coatings of aircraft and military equipment in China and America were reviewed and compared.From the two aspects of specification system and technical requirement,the differences of military specifications for primer coatings of aircraft and military equipment were analyzed.Due to the lack of time and experiences,the existing military specifications system for primer coatings of aircraft and military equipment in China still requires to be improved.There is still a wide gap compared to American military specifications in salt-spray corrosion resistance and filiform corrosion resistance.Some suggestions were proposed on the development of primer coatings for aircraft and military equipment and the existing military specifications.They are helpful for the overall improvement of the level of corrosion prevention and control of aircraft and military equipment in marine environment.

military aircraft;military equipment;primer coating;specification;technical requirement

10.7643/issn.1672-9242.2014.05.014

TQ630.7

:A

1672-9242(2014)05-0069-06

2014-07-30;

2014-08-23

Received:2014-07-30;Revised:2014-08-23

甘志宏(1973—),女,江西宜春人,博士,高级工程师,主要研究方向为飞机腐蚀防护与控制。

Biography:GAN Zhi-hong(1973—),Female,from Yichun,Jiangxi,Ph.D.,Senior engineer,Research focus:corrosion prevention and control for aircraft.