复合材料飞机的喷漆施工

复合材料飞机的喷漆施工

郭连涛

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江 哈尔滨 150060

摘要：由于现代先进飞机性能的高要求，使得复合材料在航空领域的应用突飞猛进，世界航空复合材料技术，取得了很大的进展。飞机涂料是一种可在飞机机体、附件或零部件等物体表面形成连续膜的材料。涂料主要由成膜物质、颜料、溶剂和助剂等组成。涂料的涂覆工艺有刷涂、滚涂和喷涂等。成膜后的涂料对飞机机体、附件或零部件起到防腐、耐磨、耐热、耐温变、耐紫外线和装饰等作用。飞机的涂料主要分为外部喷漆、内部喷漆和特殊喷漆等。其中，喷漆因具有装饰、防腐、标识等作用，直接反映航空公司的形象，为公众所熟悉。与汽车、建筑、桥梁和家具等喷漆不同，飞机喷漆有其特殊性和复杂性。

关键词：飞机；复合材料；喷漆施工

复合材料表面涂层的喷涂质量由多个因素决定，如增强材料的类型、树脂的选择、生产方法和固化参数等，常见的缺陷有针孔、表面下陷、起皱、纹理、橘皮、粗糙等，现有复合材料制造工艺技术无法完全消除这些缺陷。喷漆后，复合材料表面缺陷被放大，不仅影响零件的外观质量，而且还会进一步影响飞机的气动外形和后期整机的隐身效果。为了改善这些缺陷，现场采用的临时补救措施是增加漆层厚度，但普通漆层的流淌性和渗透性差，无法有效改善和消除表面缺陷，反而加大了后期使用、飞行过程中防护性漆层掉落的可能性。为了克服因复合材料本身缺陷带来的产品质量问题，最大限度地消除复合材料表面缺陷，需对复材表面缺陷进行处理，通过表面修整及封孔技术，为后续表面防护材料底漆和面漆的施工提供一个良好的基体状态。

一、复合材料

以碳纤维为增强体的先进复合材料，在20世纪60年代中期问世，70年代初即开始应用于飞机结构。先进复合材料的应用，对飞机结构轻质化、模块化起着至关重要的作用。随着复合材料设计和制造技术的不断发展和成熟，先进复合材料在军、民用飞机上的用量也在不断扩大。复合材料用量的剧增，带动了复合材料产业的专业化和规模化发展，使先进复合材料正在逐步成为一种成熟、稳定的航空材料。目前，复合材料和铝、钢、钛一起，已发展成为四大航空结构材料。现代先进飞机机体结构复合材料用量越来越大。经过数个阶段的发展，已实现了从非承力、次承力构件，到尾翼主承力、再到机翼与机身主承力构件应用。这是飞机性能的要求，也是商业成功和市场竞争的需要。由于复合材料其高比强度、比刚度等优异特性，越来越广泛应用于飞机结构。目前国内新研制的飞机，不但在水平安定面、副翼、垂尾等结构采用了复合材料，而且机身、机翼翼盒等主结构，也采用复合材料，使得结构一体化程度高，系统安装较为简单，减少零部件数，缩短总装时间。复合材料非比寻常的物理特性和可设计性，以及近年来生产成本的降低，加速了飞行器结构选材从金属材料向复合材料转变的进程。复合材料的应用具有可使飞机结构减重10％～40％、结构设计成本降低15％～30％的优势。面对较高的燃油价格和越来越严格的污染物排放标准，复合材料能使飞机减重的优点，显得尤为重要。

二、飞机的常用涂料

飞机喷漆系统主要包括化学转化涂层、底漆和面漆等。化学转化涂层有阳极化法和刷涂法两种，可作用于飞机的机体铝表面，形成一层疏松多孔的氧化膜，既能增加机体防腐，又能提高机体与底漆的黏接性。底漆喷涂于化学转化膜表面，防止机体材料腐蚀，与化学转化膜和面漆有很好的兼容性，可有效提高面漆的附着力。面漆是喷漆系统中最外侧涂层，是喷涂系统主要性能的承担者，具有较好的装饰性以及耐磨、耐热、耐温变、耐紫外线、耐老化和耐天候性能。如果喷漆系统中存在清漆，清漆则为喷漆系统的最外侧面漆，起到保护内侧面漆、提供光亮度的作用。飞机喷漆系统的常用化学转化涂层符合MIL-DTL-5541，最常用的有1132和BMS10-128等产品。随着各国对环保及人员安全的重视，含铬的Alodine系列产品使用得越来越少，改由其他不含铬的产品来替代，如BMS10-128，波音飞机喷漆系统的常用底漆^[2]有BMS10-79TYPEII&III、BMS10-103TypeI、BMS10-72和BMS10-11等。与其他用于飞机金属结构的底漆不同，BMS10-103TypeI不含铬，主要用于飞机复合材料表面的喷涂。其中，BMS10-79TYPEII&III、BMS10-103TypeI、BMS10-72主要用于飞机外部喷漆系统，其防腐效果相对BMS10-11较差，易于被化学褪漆剂褪除。BMS10-11底漆由于防腐效果好，主要搭配BMS3-23、BMS3-26、BMS3-29和BMS3-35等防腐剂，用于飞机内部结构的防腐。BMS10-11不易被化学褪漆剂褪除，可在日常维修补漆时小面积使用，一般不在飞机喷漆系统中大面积使用，否则可能出现因飞机重新喷漆时难以去除底漆而致飞机停场时间过长等问题。波音飞机喷漆系统的常用面漆有BMS10-72、BMS10-60和BMS10-11等。其中，BMS10-72和BMS10-60面漆主要用于飞机外部喷漆系统，BMS10-11面漆主要用于机翼、起落架或飞机内部某些结构或零部件的装饰喷涂，一般与BMS10-11底漆配合使用。除747-400飞机AMM手册推荐采用BMS10-79TYPEII&III底漆加BMS10-60面漆的喷漆系统以外，737、777和747-8手册推荐采用BMS10-72喷漆系统、AMS3095喷漆系统或BMS10-79TYPEII&III底漆加BMS10-60面漆喷漆系统。一般认为BMS10-79TYPEII&III底漆加BMS10-60面漆相当于BMS10-72喷漆系统或AMS3095喷漆系统。因此，除787采用SSS可选择性褪漆喷漆系统外，其他机型的飞机喷漆系统基本相同。

三、飞机的常用喷漆系统

根据喷漆系统中的化学转化涂层、底漆和面漆的不同，可以将现有的飞机喷漆系统分为标准喷漆系统、高固态无铬喷漆系统、BC/CC喷漆系统和SSS喷漆系统。

1、标准喷漆系统。标准喷漆系统又称传统喷漆系统，主要由阿洛丁作为化学转化涂层与含挥发性有机物较多的含铬环氧底漆和聚氨酯面漆组成，含铬的阿洛丁以及含挥发性有机物较多的底漆和面漆均对环境和人员有很大的危害性和毒性，民航业一直致力于使用环保的化工品替代现有的化工品，并在2018年全面禁止使用含铬的产品。目前几乎没有航空公司和维修站采用传统喷漆系统对飞机进行喷漆。

2、高固态无铬喷漆系统。相对于标准喷漆系统，主要采用不含铬的化学转化涂层BMS10-128SOLGEL和含挥发性有机物较少的不含铬底漆和聚氨酯面漆组成，高固体涂料具有环保性好、安全性高、遮蔽性强、干燥快和挥发性小等优点，可以有效减轻飞机重量和喷漆停场时间。

3、可选择性褪漆的喷漆系统。可选择性褪漆的喷漆系统是指飞机重复褪喷漆时可以仅褪至中间层而不褪底漆的喷漆系统。目前在波音的各机型中，仅787飞机采用了可选择性褪漆的喷漆系统。787飞机的蒙皮主要是复合材料而非铝质蒙皮，因此其喷漆系统的组成也不同。787飞机的可选择性褪漆的喷漆系统主要由复合材料底漆BMS10-118、中间漆层BMS10-120和面漆BMS10-126加最外侧面漆BMS10-125组成，可选择性褪漆的喷漆系统可以使用对环境污染小的温和褪漆剂，在保留飞机原有出厂底漆层的情况下褪去面漆，可以避免伤害飞机复合材料基体或阳极化处理过的飞机金属表面基体。可选择性褪漆系统的优点是允许在非金属表面使用褪漆剂，无需更换机身表面密封胶和底漆，大大缩短了施工时间，有效地降低了飞机换装成本和操作人员的健康安全隐患等。

目前，除787飞机还未到重新褪喷漆时间外，国航其他机型的喷漆系统已基本换成BC/CC系统，并已完成20余架飞机的喷涂工作。BC/CC系统是最新的喷漆系统，具有喷涂层数少、干燥时间快、遮盖性强和光泽性好等特点。如果结合可选择性褪漆的喷漆系统，BC/CC系统将有更好的应用。不过，由于可选择性褪漆的喷漆系统对飞机第一次喷漆要求较高，其应用更取决于波音公司在飞机出厂时是否采用了该喷漆系统，而现役飞机是不能采用可选性褪漆的喷漆系统。

参考文献：

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