1引言
可剥离涂料是一种20世纪40年代出现的保护金属材料、机械零件、电器制品的可剥离的功能性涂层。一般由成膜物、缓蚀剂、增塑剂、溶剂及其它物质配制而成,采用喷涂、刷涂和浸涂等方法涂覆于物品表面,形成一层结构致密的保护层[1-2]。这种保护涂层首先可直接阻止水分和空气渗入到物品表面,而且其中的缓蚀剂具有复合防护作用;同时此类涂层大多柔软有弹性,可以承受搬运时的机械碰撞和摩擦。在不需要包覆时,可以很容易地将薄膜剥去,使用非常方便[3-4]。
2可剥离涂料的分类
可剥性涂层的成膜物主要由高分子物质构成,常见的有聚氨酯、聚乙烯醇、有机硅、丙烯酸树脂、氯醋树脂、乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素等[5]。目前国内外目前研究的可剥离涂料主要包括热熔型和溶剂型这两大类。热熔性可剥离涂料使用时必须加热到140~180℃熔融后才能浸涂,操作复杂且成本较高,因而实际施工中运用较少。而溶剂型可剥离涂料大多为室温喷涂、刷涂及浸涂,使用十分方便,因此被广泛使用。
可剥离涂料按其功能可分为可剥离表面防护涂层、可剥离去污涂层和可剥离防腐涂层[5]。不同功能的可剥离涂料的组成成分和作用机理不完全一致,使用时需根据使用场景和保护目的进行选择。
3可剥离涂料在航空制造业上的应用
3.1 航空金属零件加工制造
航空制造业广泛运用化学铣切和电镀工艺,其中化学铣切工艺常用在薄壁零件的加工,如飞机的变厚度蒙皮、机身壁板、机翼壁板等;电镀工艺多用在对金属零件的表面防护上,如各种碳钢、结构钢、铸钢、铜合金、钛合金等材料常采用电镀的方式强化材料的防腐蚀性能。这两种加工方式共同的特点是均需将零件放入特制的溶液中进行腐蚀或电解镀层,在施工过程中,工作液会对非加工区域产生损伤,故在零件施工前,会采用可剥离涂料涂覆在零件的非加工表面,将其与施工过程工作液隔离开来,达到保护非加工面的目的。加工完成后,在将涂覆在零件表面的涂料剥离清除。
目前我国航空工业使用的化学铣切保护可剥性涂料主要是以TURCO5580G 和AC-850 化铣保护涂料等为代表的德国、美国等进口产品,国内产品在产品质量、产品竞争力、市场占有量、产品标准规范等方面都有一定的差距[6]。但近些年来随着技术的发展,国内的化学铣切可剥离性涂料发展较为迅速,缩短了和国外的技术差距,主要代表产品有中昊北方涂料工业研究设计院有限公司的HX-500化铣保护胶[7]。
3.2 零部件及整机的封存
长期以来,航材的封存一直是航空制造企业面临的问题,航空制造属于长周期、高附加值的产业,航材通常存储周期长、价值高,保存稍有不当就会造成巨大的损失。可剥离防腐涂料优良的快速成膜性能和优良的热稳定性、光稳定性和抗氧化性能和优异的气体阻隔、阻湿性能[8-10],以及快速的可剥离性,长期与油封、气封等方法共同应用在航材的防护和运用上。
目前可剥离涂料较多的用在航空装备整机的封存防护上,特别是沿海地区高温高湿,存储环境十分恶劣,可剥离涂料经常应用在长期待战不用高价值的飞机、导弹的整体封存上,并取得了较好的应用效果[10-12]。美、俄等航空军事强国也常采用可剥离涂料进行航材的封存和防护[13]。
4可剥离涂料在航空制造业上应用的发展方向
近些年来可剥离涂料得到了迅速发展,国内外都高度重视并取得了一些重要的研究成果,尤其是国内发展较为迅速,涂料的性能得到了提高,成本也得到了下降。特别是水性可剥离涂料的研制成功,其具备价格低廉、安全、环保的优点,符合涂料工业的“绿色化”要求。纵观近些年来可剥离涂料在航空制造业的应用和发展情况,并结合可剥离涂料技术的发展,预计在未来几十年在航空制造领域,可剥离涂料将向以下方向发展。
4.1 零件制造和封存应用领域扩大化
长期以来由于可剥离涂料技术的壁垒,导致可剥离涂料严重依赖进口,导致可剥离涂料的价格维持高位,可剥离涂料仅运用在少数有特需要求的防护领域。但随着近些年来国产可剥离涂料性能的迅速发展,成本得到大幅的下降,在加上可剥离涂料在零件防护领域的独特优势,可以预见可剥离涂料在零件制造、零件临时性防护、航材的长期封存领域得到迅速的发展,应用面将迅速扩大。
化铣、电镀等特需行业之外,可剥离涂料可以运用到机加零件表面处理前的临时防护、钣金件成型过程中的保护、各种零件运送过程中的临时防护,高精密零件加工过程特殊部位的防护等。在封存方面,随着成本的大幅下降,其应用面将扩大化,由传统防护高价值目标推广到各种金属材料、各种航空成附件、各种精密仪器的保管等各个领域。
4.2 部装及总装过程中的表面防护
长期以来,由于飞机制造复杂繁琐、产量有限,航空制造产业的自动化程度普遍不高,尤其在部装和总装阶段,飞机将经历多个工序、多个工种、长周期的装配,此时零件和飞机表面仅靠零件状态涂覆的底漆进行防护,但零件又面临较为恶劣的使用环境,如较长的制造周期、频繁的搬动、铆枪及工具的冲击、操作的踩踏、各种化学制剂及油污的污染等。导致飞机总装完成后进行面漆喷涂前,外表面污染非常严重,往往需整机进行打磨后重新进行底漆喷涂,再喷涂面漆。即有损伤飞机外表面的风险,又增加了飞机整机表面处理的工序和工时,还会导致飞行中面漆结合力不够脱落的问题。
可剥离涂料施工简单方便,可以通过刷涂、喷涂、滚涂等常规手段涂覆在飞机及部件外表面,且能够常温快速干燥,不会渗入零部件及飞机内部,对预埋的成附件造成损伤。新型的水性可剥离涂料,还具备安全、环保的特点,不会对施工人员的健康造成影响。干燥成型的保护膜,具备优异的耐水性、耐油性、耐打磨热飞溅性、抗轻微机械碰撞和耐践踏性,可有效的防护部装、总装过程中铆枪及各种工具的冲击、施工人员不可避免的踩踏、打磨的飞溅及各种化学制剂及油污的污染等对飞机外表面零件的污染和破坏。总装完成后只需将涂层剥离,推进喷漆车间做简单处理,就可以进行全机面漆喷涂。可有效的保护飞机外表面质量,降低零件被损伤的风险,缩减常规的全机打磨工序和时间,提高飞机制造效率。
4.3 零部件及整机表面的去污
可剥离去污涂层的出现始于20 世纪80 年代,早期主要应用于清除各种被放射性污染的零件的外表面,去除放射性污染性能十分优异,去除率可以达到99%[14-15]。近些年来随着技术的发展,再加上可剥离去污涂料去污的原理为利用粘性物质的力学作用及表面吸附作用和通过添加在防污涂层中的化学助剂、络合剂与污染物进行化学反应进行去污,原理上具备普遍适用性。近些年来可剥离涂料在普通零部件去污领域也得到了飞速发展[16]。
航空制造中,工序较多、制造周期长,在制造过程中不可避免的会造成零件外表面脏污,且大多顽固性污渍,常规的擦除和清洗难以去除。采用汽油、丙酮等有机溶剂进行清洗,这些有机溶剂本身具备毒性和易燃性,又会对施工人员和现场造成威胁,且这些溶剂具有优异的流动性和腐蚀性,容易渗入各种缝隙,对飞机的零部件和成附件造成损伤。使用可剥离去污涂料进行零件外表的去污,可以有效杜绝上述去污手段的弊端,同时又不会对航空零件的外表面造成损伤。可剥离去污涂料采用涂覆的方式,还可以减少打磨去污等造成粉尘污染对施工现场的二次污染,有效提高施工现场的安全生产环境。且可与可剥离防护涂料组合使用,提供航空制造全周期内的零件防护及去污,提高飞机外表面质量。
5结束语
可剥离涂料是近些年来高速发展的新型材料,现已在航空金属零件加工制造零部件及整机的封存得到应用。但是由于可剥离涂料早前成熟度不高,剥离涂料在航空制造业的应用不是十分普遍。随着近些年可剥离涂料技术的高速发展,在未来几十年,可剥离涂料在航空领域的运用将会得到改观,其将被广泛运用在航空制造业的成附件封存、材料封存、零件防护、部装总装外表面防护、零部件及整机去污等各个领域,助力航空制造产业的升级和发展。
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作者简介:
王黎明(1989-)男,工程师,航空工业洪都飞机设计研究所,从事飞机总体及外形设计工作。