全哑光飞机蒙皮涂料光泽度不稳定因素的探讨

杨红涛，周如东

（1.航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司，陕西西安 710089；2.中海油常州涂料化工研究院有限公司，江苏常州 213016；3.中海油常州环保涂料有限公司，江苏常州 213012）

0 引言

为降低可视度，提高飞机的战场生存能力，军用飞机整机涂装大多采用全哑光型涂料。然而，由于全哑光型涂料具有光泽度不稳定的特点，整机涂装时，施工黏度、漆膜厚度、干燥温度以及稀释剂挥发速率等均对涂料光泽度的稳定性有较大影响，从而导致机身不同部位的光泽度经常出现较大偏差，呈现颜色、色调不均匀的现象。喷漆操作人员需要对飞机进行多次修正，严重影响整机涂装的施工进度［1］。

通过对军用飞机全哑光型涂料的施工工艺展开专项研究，从漆膜厚度、施工黏度以及干燥温度等3个方面，找出影响漆膜光泽度稳定性的关键因素，对进一步提升整机涂装时漆膜的光泽度稳定性与外观质量，提出一些切实可行的建议与措施。

1 试验部分

1.1 试验原料

CTA-3781 灰色高固体分聚氨酯磁漆（全哑光）、CTA-7081 聚氨酯固化剂、CTA-7478 稀释剂，中海油常州环保涂料有限公司；2024-T3 航空铝合金样板（7 cm×15 cm），进口。

1.2 主要仪器设备

单角度/多角度光泽度计（A-4430），德国BYK公司；恒温恒湿箱（KBF240），德国Binder；漆膜测厚仪（QNix8500），德国尼克斯；T4 黏度杯（LND-1），万江伟达；三维测量激光显微镜（OLS4100），日本OLYMPUS。

1.3 试样制备

（1）取多块2024-T3 航空铝合金样板，用400目砂纸打磨，然后用除尘布擦净，备用。

（2）取CTA-3781 灰色高固体分聚氨酯磁漆500 g、CTA-7081 聚氨酯固化剂300 g、CTA-7478 稀释剂300 g，备用。

（3）取上述打磨好的2024-T3 航空铝合金样板7 块，编号1#～7#，将漆、固化剂、稀释剂（通用）按质量比100∶40∶30 的比例混合均匀，调整T4 黏度为18 s，由同一施工人员按相同的手法喷涂在7块样板上，分别控制干膜厚度为20 μm、30 μm、40 μm、50 μm、60 μm、70 μm、80 μm，在相同的时间（72 h）及温湿度［恒温恒湿箱：温度（25±1）℃，湿度60%］条件下进行流平及干燥后，按GB/T 1743—1979 规定用单角度/多角度光泽度计测试漆膜光泽（60°）。

（4）取上述打磨好的2024-T3 航空铝合金样板5 块，编号8#～12#，将漆、固化剂按质量比100∶40 的比例混合，加入不同用量的稀释剂，控制涂料的T4 黏度分别为16 s、18 s、20 s、22 s、24 s，由同一施工人员按相同的手法进行喷涂，控制干膜厚度均为40 μm，在相同的时间（72 h）及温湿度［恒温恒湿箱：温度（25±1）℃，湿度60%］条件下进行流平及干燥后，按GB/T 1743—1979 规定用单角度/多角度光泽度计测试漆膜光泽（60°）。

（5）取上述打磨好的2024-T3 航空铝合金样板6 块，编号13#～18#，将漆、固化剂、稀释剂（通用）按质量比100∶40∶30 的比例混合均匀，T4 黏度为18 s，由同一施工人员按相同的手法进行喷涂，控制干膜厚度均为40 μm，将样板分别在相同的时间（72 h）、湿度（60%）及不同的温度［（10±1）℃、（15±1）℃、（20±1）℃、（25±1）℃、（30±1）℃、（35±1）℃］条件下进行流平及干燥后，按GB/T 1743—1979 规定用单角度/多角度光泽度计测试漆膜光泽（60°）。

2 结果与讨论

2.1 涂料的消光机理

2.1.1 光泽和光泽度的定义

（2）降低了运行成本。改造后，行车仅做检修用，行车电耗减少了；使用洗水去洗涤带式过滤机滤布既可节约用水，也可防止系统内水量膨胀；碱液喷淋淋洗工艺按气量130000Nm3/h、酸雾初始浓度400mg/m3、排放浓度浓度40mg/m3，年消耗NaOH （100%）300t，约为 96 万元。电除雾工艺按同等含酸雾废气条件，电除雾捕收酸雾产生的废酸按全部采用石灰中和方式处理，年需消耗石灰433t，费用约为15万元。综合比较，电除雾工艺每年运行费用要较碱液喷淋淋洗工艺节约80万元。

光线投射到物体的表面会发生反射，物体表面对光线的反射能力称为光泽。不同物体表面的光泽不一样，衡量物体表面对光线的反射能力大小的物理量，称为光泽度，光泽度用百分数表示。物体表面的光泽度越高，它反射光线的能力就越强，亮度也就越高。光泽度的大小通过光泽计进行测定，根据光泽度的大小，涂料行业通常将涂料分为亮光型、半哑光型、全哑光型等几种［2］，见表1。

表1 涂料按光泽度的分类（60°反射）Table 1 Classification of coatings according to gloss（60° reflection）

军用飞机整机涂装大多采用全哑光型涂料，其配套涂料的光泽度一般要求＜5%。

2.1.2 影响漆膜光泽度的因素

漆膜光泽度与漆膜表面的粗糙程度密切相关。光线照射到漆膜表面时，一部分被吸收，一部分发生反射和散射，还有一部分会发生折射［3］。漆膜表面的粗糙度越小，则被反射的光线越多，漆膜光泽度越高。相反，如果漆膜表面凹凸不平，则被散射的光线增多，导致漆膜光泽度降低［4］。表面粗糙度对光线的影响见图1。

图1 表面粗糙度对光线的影响Figure 1 Influence of surface roughness on light

采用三维测量激光显微镜观察光泽度为91%的亮光型涂料和光泽度为4%的全哑光型涂料的漆膜表面状态，并且，利用软件对两种漆膜的表面粗糙度进行了计算，结果分别见图2、图3。

图2 亮光型涂料的漆膜表面状态与粗糙度Figure 2 Film surface state and roughness of high gloss paint

图3 全哑光型涂料的漆膜表面状态与粗糙度Figure 3 Film surface state and roughness of flat paint

由图2 和图3 可知，光泽度越高，则漆膜粗糙度越小，表面越平整；光泽度越低，则漆膜的粗糙度越大，表面越凹凸不平。

目前，涂料消光主要依靠添加消光剂来完成。涂料施工后，溶剂开始挥发，伴随着体系黏度的增加直至完全干燥，形成坚硬而又有弹性的漆膜。溶剂的挥发导致消光剂分布在整个漆膜表面，同时漆膜变薄，这种收缩产生微观粗糙面，即获得了消光涂层［5］。消光涂层的成膜过程见图4。在消光涂层的成膜过程中，漆膜厚度、施工黏度以及干燥温度等影响涂层干燥的因素均会对最终漆膜的表面光泽度产生影响。

图4 消光涂层的形成过程Figure 4 Formation process of matte coating

2.2 漆膜厚度对光泽度的影响

在整机涂装过程中，由于涂装操作人员喷涂手法和习惯存在个体差异，往往会导致机身表面的漆膜厚薄不均。理论上，漆膜厚度越大，漆膜中消光剂含量越多，消光效果越好。但是，事实并非如此，这主要是由于消光剂需要迁移到漆膜表面才能实现消光功能，消光剂的迁移受到多方面因素的影响，其定向排列和最终位置存在不确定性。在保证涂料组分、施工黏度、干燥温度、施工操作人员以及施工工艺一致的情况下，制备了1#～7#不同膜厚的样板，考察漆膜厚度对其光泽度的影响，结果见图5。

图5 漆膜厚度对光泽度的影响Figure 5 Influence of film thickness on gloss

由图5 可知，随着漆膜厚度的增加，漆膜的光泽度呈现上升的趋势。主要原因有以下几点：（1）漆膜湿膜厚度越大，消光剂迁移到漆膜表面的行程越大；（2）当溶剂挥发到一定阶段后，自由体积减少，其挥发速率明显下降，消光剂的迁移受阻；（3）进入最终干膜阶段，一部分消光剂被固定在漆膜中无法充分地迁移至漆膜表面。上述原因均会降低消光效果，导致漆膜光泽度的上升［6］。

2.3 施工黏度对光泽度的影响

在整机涂装过程中，涂料的施工黏度并不是一个固定值，要根据施工实际需要进行调节，并且，随着施工的进行，枪罐中的双组分涂料也会因发生化学反应而导致施工黏度的上升。一般情况下，较为合适的涂料黏度的范围为16～24 s，不同的施工黏度对最终漆膜的光泽度也会产生一定的影响。

在涂料的组分、干膜厚度、干燥温度、施工操作人员以及施工工艺一致的情况下，在航空铝合金样板表面喷涂不同施工黏度的涂料，制备8#～12#样板，考察施工黏度对漆膜光泽度的影响，结果见图6。

图6 施工黏度对光泽度的影响Figure 6 Influence of construction viscosity on gloss

由图6 可知，随着涂料施工黏度的上升，漆膜的光泽度呈现下降的趋势。这主要是由于形成相同干膜厚度的漆膜，施工黏度低的涂料需要喷涂更多的道数。与施工黏度较高的涂料相比，获得相同的干膜厚度，施工黏度低的涂料的湿膜厚度更大，消光剂迁移到漆膜表面的行程与阻力增加，能够聚集在漆膜表面的消光剂减少，漆膜表面的光泽度就升高。同时，通过试验还发现，施工黏度在18～22 s 范围内时，漆膜的光泽度相对稳定。

2.4 干燥温度对光泽度的影响

为保证整机涂装厂房的温湿度能够满足施工要求，冬季开展整机涂装工作时，通常需要对喷漆厂房进行加温。在冬季整机涂装时发现，厂房不同高度段的温度存在较大差异，高度越高，温度越高，例如：机身下表面的温度为18 ℃时，机身上表面的温度为23 ℃，机身垂尾的温度则高达35 ℃。现场温度的高低会影响涂料中稀释剂的挥发以及涂料自身的干燥，从而影响最终漆膜的光泽度。

在涂料组分、干膜厚度、施工黏度、施工操作人员以及施工工艺一致的情况下，制备13#～18#样板，并将其放置在不同的温度条件下进行干燥，研究干燥温度对漆膜光泽度的影响，结果见图7。

由图7 可知，随着干燥温度的上升，漆膜的光泽度呈现上升的趋势。这是由于随着温度的升高，涂料中溶剂的挥发速度加快，大量消光剂尚未迁移至漆膜表面就被阻滞或固定在漆膜中间，消光效果降低，漆膜光泽度升高［7］。

在实际整机涂装过程中我们发现，针对厂房不同高度段温差较大的问题，可根据不同的现场温度，使用不同挥发速率的稀释剂进行解决。如现场环境温度较高时，建议选择挥发速率较慢的稀释剂来延长消光剂迁移至漆膜表面的时间，提升消光效率，降低漆膜光泽度；反之，则建议选择挥发速率较快的稀释剂。

图7 干燥温度对漆膜光泽度的影响Figure 7 Effect of drying temperature on gloss

3 结语

重点探讨了漆膜厚度、涂料施工黏度以及干燥温度等因素对最终漆膜光泽度的影响，得到结论如下：

（1）采用三维测量激光显微镜对漆膜的表面状态进行观察并自动计算粗糙度可知，光泽度越高，漆膜粗糙度越小，则表面越平整；光泽度越低，漆膜的粗糙度越大，则表面越凹凸不平。

（2）随着漆膜厚度的增加，漆膜的光泽度呈现上升的趋势。

（3）随着涂料施工黏度的增大，漆膜的光泽度呈现下降的趋势。

（4）随着施工现场温度的上升，漆膜的光泽度呈现上升的趋势。

（5）漆膜厚度在30～50 μm，施工黏度在18～22 s时，漆膜的光泽相对稳定，波动较小；若飞机不同部位的温度存在较大差异时，可通过选用挥发速率适宜的稀释剂来解决漆膜光泽度不稳定的问题。