水性航空涂料应用概述

王　黎，郭年华，薛玉华，阮润琦

(海洋化工研究院有限公司 海洋涂料国家重点实验室，山东青岛 266071)



水性航空涂料应用概述

王黎，郭年华，薛玉华，阮润琦

(海洋化工研究院有限公司 海洋涂料国家重点实验室，山东青岛 266071)

摘要：介绍了与水性航空涂料相关的美军标和波音标准，如MIL-P-53030D、MIL-PRF-85582E、MIL-PRF-85285E、BMS10-83等，对标准适用范围和性能规定进行了说明。同时介绍了世界两大航空涂料生产商——阿克苏诺贝尔公司和PPG公司的水性航空涂料应用情况，其水性产品种类齐全，性能优异(优异的附着力、耐流体性、耐腐蚀性等)，广泛应用于民用航空和各国的军事装备上。

关键词：水性航空涂料，美军标，波音标准

随着现代经济的发展，飞机作为一种重要的交通运输工具，逐渐成为人们出行的首选之一；在军事领域，各国对空中力量不断加强促进了军机的发展；因此不管是民用还是军用飞机，在近二十年来，从数量到质量都有着突飞猛进的发展[1-2]。涂料是航空产品中的一个重要组成部分，对提高飞机的金属和非金属基材、零部件等的耐腐蚀性有着重要的作用，不仅是飞机机体的外部装饰材料，还是延长飞机使用寿命、保证飞行安全的重要材料[3-4]。但是，在涂料制造时向大气排放的有机溶剂量约为涂料产量的2%，涂料施工过程中挥发的有机溶剂量为涂料量的50%以上，涂料的生产和应用中排放的有机溶剂成为大气污染主要污染源之一。减少污染减少VOC排放，随着全球环保的呼声越来越高，使用低溶剂低污染的涂料已成为大势所趋，高固体份涂料、水基涂料、无铬镉铅等重金属涂料成为环保航空涂料发展的重要方向。在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 Aerospace等涂料公司的不含重金属的高固体份航空涂料和水基涂料。另外，飞机的基材中包括了塑料、橡胶、碳纤维复合材料等对溶剂敏感的底材，不适合使用溶剂型涂料进行涂覆，水基涂料成为首选。随着水性涂料树脂的合成理念的改进、合成方法的多元化、合成单体的多样化，水性涂料的性能不断提高，在耐候性、耐介质等方面都有了很大的提高，逐渐向溶剂型涂料性能靠拢。水性航空涂料的应用，不仅减少了有毒有害物质的排放，减少了VOC的排放，还促进了航空涂料向绿色化、水性化方向发展[5-11]。

该文介绍的美军标和波音标准，对水性航空用涂料进行规定和说明；并就世界两大航空涂料供应商阿克苏诺贝尔公司和PPG公司的水性航空涂料产品进行了详细的说明和介绍。

1水性航空涂料标准

美国和欧洲在航空材料领域都制定了比较完善的标准体系，在民用航空和军用航空涂料方面，波音标准和美军标(MIL)得到了飞机制造公司和使用者的广泛认可。美军标和波音标准对水基环氧涂料和水基聚氨酯涂料的组成和性能进行了规定，表1列举了与水性航空涂料相关的美军标和波音标准[12-21]，标准中的漆膜性能要求简述如下：

美军标MIL-P-53030D，2011年12月修订，D版，该水基环氧底漆性能包括盐雾1000h，循环腐蚀40周期，室温耐水7天，耐液压油7天，60°光泽≤35，漆膜指触干≤45min，漆膜表面硬干≤2h，漆膜干透≤24h，漆膜完全固化≤7天，高温耐流体性、耐候性等；

MIL-DTL-64159B，2011年1月修订，B版，该水性聚氨酯涂料具备红外反射功能，对漆膜在喷涂后的常温和加温固化(82℃、116℃)性能做了要求，对漆膜耐水、耐酸、耐化学试剂、耐液压油、耐候性等进行了规定；

MIL-PRF-85582E，2012年10月修订，E版，该类型水性环氧底漆具有优异的耐腐蚀性(盐雾2000h，丝状腐蚀1000h)，良好的耐水(49℃±3℃、4d)、耐溶剂、耐流体性等，对Type Ⅱ型涂料规定了对红外反射的要求；

MIL-PRF-85285E，2012年1月修订，E版，该标准包括水基和溶剂型聚氨酯涂料，其中Ⅲ型W类为两组分水性聚氨酯涂料；该标准所规定的水基和溶剂型涂料的漆膜性能中，对如下性能做了分别表述：冲击柔韧性(GE冲击，室温)，要求typeⅠ、Ⅲ、Ⅳ为40%，typeⅡ为5%；低温柔韧性(-51℃±3℃)，要求typeⅠ、Ⅲ、Ⅳ，高光和半光在1.0 inch(25.4mm)弯曲，无光弯曲为2.0 inch(50.8mm)；耐候性，氙灯老化，type Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为500h，type Ⅳ为3000h。其他漆膜性能如附着力、耐流体性、耐湿热、耐热、耐溶剂、胶带沾污性等都做了相同表述。

从以上美军标可以看出，对水性涂料的性能要求和溶剂型涂料性能相当，特别是耐腐蚀性和耐流体性方面的要求和溶剂型蒙皮涂料性能一致，在VOC、漆膜干性等方面来说，水性涂料甚至优于溶剂型涂料；严格的性能指标要求，这类涂料既能满足飞机内部结构件的防护需求，也有部分用于飞机外部防护。

BMS10-55和BMS10-83为飞机内舱装饰用水基涂料，主要规定了涂料在基材(铝合金、塑料、聚碳酸酯等复合材料)上的干湿附着力、耐沾污性、干性等漆膜性能，没有如美军标一样对涂层系统的耐候、耐蚀、耐流体等性能进行严格规定。

表1　相关水性航空涂料的美军标和波音标准

续表1

2水性航空涂料应用情况

目前世界上航空涂料生产商有阿克苏诺贝尔公司、PPG公司、Sherwin Williams、Henkel、Tempo、Hentzen、Huntsman等知名企业。在水性航空涂料方面，阿克苏诺贝尔公司和PPG公司的产品种类丰富，应用最为广泛[22-32]，某些产品的研发应用对水性航空涂料的发展有导向性作用，如Deft®系列产品44GN011/44GN054/44GN057/44GN060 将聚酰胺与颜填料等制备成A组分，将纯环氧树脂作为B组分，避免了由于颜填料、助剂的酸碱性和碾磨等因素造成的环氧树脂乳液不稳定；另外AerocronTM2100/2200电泳漆首次应用在航空产品的涂装，减少了喷涂涂装带来了污染、浪费及对人员健康危害等。以下对阿克苏诺贝尔公司和PPG公司的水性航空涂料产品应用现状作了介绍。

阿克苏诺贝尔航空涂料公司是一家创新型的涂料供应商，其在航空涂料领域为全球的商业通用航空、空军、陆军提高专业服务，已为超过70%的生产商提供了上百种专用涂料，其品牌系列如表2所示[33]。其中，Aerowave®系列产品是用于飞机内部结构的水基涂料系列产品，具有优异的耐化学性、

耐腐蚀性、柔韧性等，能够为结构件提供长达30年的防护，其产品介绍如表3所示[34]。阿克苏诺贝尔水基航空涂料产品和应用情况如表4所示[33-47]。从表4可以看出，阿克苏诺贝尔航空公司的水性涂料产品品种齐全、性能优异，不仅为全球最大的飞机制造公司波音和空客公司提供产品，还大量供给各国的军工行业，如美国、英国、意大利等。

表2　阿克苏诺贝尔航空涂料品牌

表3　Aerowave®系列产品说明

续表3

表4　阿克苏诺贝尔水性航空涂料产品

续表4

PPG航空公司产品包括涂料、密封剂、机体透明件、窗户等，提供给全球的飞机制造商和航空公司，包括商业通用航空领域和军用航空。其涂料产品有上千个种类，还有行业内最大的工业涂料生产线。PPG航空公司在2013年收购了Deft公司，具有能够为战斗机、教练机、运输机、直升机提供底漆和面漆的全套工业生产线。其涂料性能优异，满足国际应用标准，已成为军用航空涂料领域产品研发和应用的领导者。PPG公司的水性航空涂料包括DeSoto®、AerocronTM、Eco-primeTM和Deft®水性产品系列，其中AerocronTM阴离子电泳漆，无铬等其他重金属，全程自动化，提高了生产效率，有效降低污染损耗，特别是对表面复杂的基材，可有效涂装和控制漆膜厚度[48-53]，该型产品为全球首发并应用。

表5　PPG公司水性航空涂料产品

从表4、表5可以看出，目前开发应用的水性航空涂料主要有两种：水性环氧和水性聚氨酯，水性环氧以底漆为主，对各种基材(铝合金、塑料、各种复合基材等)都有良好的附着力，耐化学介质和溶剂油、耐腐蚀等性能优异；水性环氧底漆和水性聚氨酯面漆配套涂层系统多用于飞机内舱和内部结构件、及地面支持设备的涂装；当用于飞机外部时，水性环氧底漆或水性聚氨酯面漆会与溶剂型涂料配套使用。阿克苏诺贝尔公司和PPG公司的水性航空涂料产品品种、种类齐全(包括环氧、聚氨酯类型的底、面漆、腻子，可剥离涂料，电泳漆等)，适用性强，满足各国用户标准和使用要求，已经广泛用于民用航空和各国的军事装备上。

3结语

航空涂料标准中除了被广泛认可的美军标和波音标准外，还有飞机生产制造商在企业内部通用的企业标准、世界各国制定的军用标准、行业标准等，这些标准在一定范围内执行，一般不对外公开。美军标和波音标准系统完善，内容详尽，并且根据实际应用不断更新，已成为标准制定的领航者[54-55]。

随着人们环保意识的不断增强，开发和使用低毒、无毒、对环境和资源影响和消耗小的涂料产品是未来涂料发展趋势，水性涂料是环保涂料发展的重要方向。近年来，随着涂料树脂的不断更新，水性环氧底漆和聚氨酯面漆的性能有了很大提高，不断向溶剂型涂料靠拢，其航空涂料产品不仅应用在飞机内部和相关支持设备上，有一部分还使用在外部结构上[14-15]。

国内的航空涂料在近十余年得到了长足的进步，产品种类日趋齐全、完善，但与国外品牌相比，在齐备规范的产品体系、产品实用案例、服务体系、服务意识等方面还有很大不足，在水性航空涂料方面的研发和应用更是起步阶段，中国航空涂料人任重而道远[1，3-11]。

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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

中图分类号：TQ 630