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新型飛機涂層技術研究進展與發展趨勢

2016-10-25 16:00:51 作者：李璇來源：航空維修與工程分享至：

新型飛機涂層技術雖然可以改善機體外部氣動性能，提升飛機在生產或運營中的效率，但同時也面臨著很多挑戰，如缺乏相應的測試驗證方法以及一旦投入運營后的退漆工藝等仍需進一步研發。

通常，飛機機體上最引人注目的是飛機的外觀，所以大家都在強調飛機的噴涂工作，很少有人考慮到可增強其應用和耐久性的復雜涂層化學物質或相應的先進技術。

飛機表面的涂層面臨的環境非常復雜，有時是在極高的環境溫度下，嚴重地威脅著環氧樹脂和聚氨酯聚合物的完整性；而有時卻是在極低的溫度下，甚至達到零下60℉，極易引起機體的膨脹和收縮；而有時是在高空，紫外線足夠強烈的環境中還會使傳統噴漆的化學鍵遭受破壞；在清潔或除冰過程中涂層還要與各類清潔液體接觸，甚至會發生反應。因此，為了防止以上因素、天氣情況以及飛機機體材料自身弱點等對涂層性能的影響，涂層制造商必須謹慎選擇樹脂和添加劑以對付各類應力的影響。

盡管飛機涂層的基礎要求已包括靈活性、耐流體性（如抗潮、防浸濕、500米/秒的風速）和耐久性，但飛機制造商和航空公司仍在持續研發航空涂料應該具備的一些新特點。例如，航空涂料應該滿足新的環保規章、固化時間更快或者有助于延長重新噴涂間隔等。PPG公司認為，制造商在設計新飛機時會以提升飛機生產和運營效率為目標，事實上涂層或者新的噴涂技術就有助于實現這些目標。

氣動性能

在燃油價格較高時期，飛機設計的重點在于提高燃油效率。然而，今年燃油價格偏低，所以當前熱點的涂層技術主要是圍繞著提升飛機的氣動性能。例如，阿克蘇？諾貝爾公司（AkzoNobel）公司正在與一些高校和OEM合作開發一些能夠提升飛機性能的涂層技術，包括可以減少阻力的結構化涂層以及低密度涂層。

最著名的噴涂技術當屬空客公司采用微工程學、小齒狀表面原理研制的鯊魚皮噴涂技術，這一研究是將類似鯊魚皮的肋條結構應用于涂料中，這種肋條結構改變飛機表面的流體運動狀態，抑制和延遲湍流的發生，減少飛行阻力，從而減少1%~2%的燃油消耗。目前該項技術仍處于測試階段，有望于2017年正式投入市場。但是該技術無疑會給噴涂工廠帶來一些大的挑戰，如需要開發相應的退漆技術以及申請相應工藝的補充型號合格證。而且使用肋條結構的涂層后，機體表面會比采用傳統涂層粗糙，因此如何保持粗糙表面的清潔度也很關鍵，因為污垢同樣也會影響飛機的空氣動力特性。

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條紋和logo 標識的噴涂是噴漆流程的最后一步。

在某些方面，飛機的噴涂像房子的粉刷裝飾一樣需要被噴涂多層以確保涂層牢固?，F在，這一趨勢也在發生變化。隨著底漆—清漆系統（basecoat-clearcoat systems）的出現，僅需要單一顏色的基礎涂層，然后再涂一層清漆即可。底漆-清漆系統不僅有利于改善光澤度、色澤穩定性，而且可以使涂層的使用壽命更長、重量更輕以及晾干時間縮短，如AkzoNobel公司的Aerodur/Aerobase產品就屬于這類產品，其壽命是傳統航空涂料的2倍；再如PPG公司的Aerocron產品比單層涂料輕30%，也就是說整架飛機使用這種涂層后重量可減輕1000磅——相當于一架鋼琴的重量。

底漆-清漆系統的優勢恰好與航空公司希望通過光鮮的飛機機體色彩等提升品牌價值的想法以及OEM希望通過持續縮短涂層晾干時間而提升生產速率的目的相契合，因此底漆-清漆系統的特性必將成為涂層行業的技術標準。

另外，由于制造商和其他企業越來越重視環保，強烈要求減少鉻含量。鉻，尤其六價鉻長期以來都被用于防腐蝕，但是其致癌性對噴涂工人和環境產生很大威脅。PPG公司認為，無鉻涂層產品正在加速研發，但其抗腐蝕性還需要進一步評估。

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新加坡航空公司的一架空客A350 新飛機正在進行公司LOGO 噴涂。

附著力、柔韌性和保護性是涂層的關鍵屬性，AkzoNobel正在大力投資無鉻涂層。但該公司聲稱其提供的無鉻涂層的關鍵性能指標將比含鉻產品更好。該公司認為，產品開發的關鍵是確定可以準確測試產品性能的方法，這也是無鉻涂層產品開發及應用進程延緩的關鍵所在。例如，涂層的壽命要長達10年，對涂層壽命進行測試就是個難題?？傊?，新產品的測試是一個漫長而復雜的過程，測試過程中任何一個小的問題都會引起狀況的變化，進而導致測試必須重新開始。

退漆

雖然上述涂層性能的改進深受航空公司歡迎，但對于提供噴漆、退漆服務的維修工廠來說并不一定受歡迎。美國Dean Baldwin 噴涂公司指出，原來一架飛機的平均噴涂間隔時間為4~6年，而現在已經增至6~8年，如果新涂層可以持續使用8~10年的話，則會嚴重影響噴涂企業的業務量。

當然，過去十年航空公司不斷合并為其帶來了很大的噴涂業務量。例如，美國航空公司（American Airlines）和全美航空公司（US Airways）已將飛機送入了其噴涂工廠以盡快更新飛機外觀。

一旦飛機進入機庫，噴涂前需開展很多檢查和其他維修工作，當然飛機表面也需要準備就緒，這意味著退漆劑在退漆過程中至少需要使用兩次。有時，航空公司為了飛機能快速返回運營會選擇簡單地用沙拋光和噴漆。但是，在進行退漆時，如果使用了底漆-清漆等新系統會使工作變復雜，因為底漆—清漆系統和新無鉻涂層具有更好的耐久性，所以退漆時間會更長。因此，在開發耐久性好的涂層時還需要開發出更好的退漆劑以保證不延長退漆時間。

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OEM 希望使用環保、無鉻的涂層進行噴漆。