飛機涂層：性能與顏值的擔當

Ben Hargreaves

飛機涂層，按其使用部位可分為飛機蒙皮涂層、飛機艙室涂層、飛機發(fā)動機涂層、飛機零部件涂層等;按其功能可分為隔熱涂層、防火涂層、示溫涂層等。但不管怎樣，飛機上使用的涂層的性能是受多方面限制的，性能要求非常苛刻，如耐極端溫度、耐腐蝕、抗強紫外線、輕量型、超長壽命等，而且色澤也要非常亮麗獨特。

鑒于航空航天領域產品的使用條件和特殊的使用需求，其所使用的漆料和涂層也必須具備足夠牢固性和持久耐用性。例如，在飛機飛行至巡航高度時，飛機外表面的蒙皮漆和涂層則需要耐得住極端溫度，并需要保證機身耐腐蝕和耐強紫外線照射。

再者，被涂覆部件通常也是在強應力環(huán)境下工作。例如，航空發(fā)動機的表面涂層的使用溫度從發(fā)動機前端的遠低于0℃（32°F）到高低壓壓氣機的500℃（932°F），甚至到高達800℃，而且發(fā)動機還會產生的強烈震動。事實上，發(fā)動機這種復雜構件內部選擇涂層時還受到很多方面的限制，甚至要求某些涂層的耐腐蝕壽命必須長達20年之久。

涂層需與機身貼合

位于德國漢堡航空涂料公司美凱威奇公司（ Mankiewicz）認為，除了承受極端溫度變化和抗紫外線，涂層還需要具備與機身收縮舒張能力相匹配的柔韌性以及持續(xù)保持飛機自身的色澤度和色彩的能力，如美凱威奇的ALEXIT面漆、底漆和清漆就具有足夠的靈活性。該公司認為， “盡管大多數外部底漆確實具有柔韌性，但有一個主要的弱點是，其與新型復合材料（能夠輕易承受的極端運動和振動）相比，底漆的柔韌度非常有限。”因此美凱威奇公司開發(fā)了全新的底漆ALEXIT FlexPrimer 49323，以滿足當前最新航空復合材料所提出的要求。

飛機上使用的涂層通常都需具備耐腐蝕性、穩(wěn)定性和耐久性的特點，如耐航空燃油、液壓滑油等其他與飛機長期接觸的物質的腐蝕，而且可以使用很長時間。由于航空業(yè)是相對保守的行業(yè)，安全是其行業(yè)發(fā)展的底線，所以在新產品仍有一些性能不確定性時，用戶是不可能用高昂風險的代價去換取部分性能優(yōu)勢的。這也是該領域新技術變革步伐較緩的原因所在。在涂層方面也不例外，航空公司要求在使用新型涂層前，必須進行充分的論證。

位于美國克利夫蘭的宣偉涂層公司（ Sherwin-Williams）也稱“新涂料的合格取證過程經常需要持續(xù)數年之久”。宣偉公司成立于1866年，是美國最大的涂層業(yè)專營公司，產品幾乎涉及所有涂層種類。該公司擁有當前航空公司所需的所有涂層及其技術支持，為民用航空、通用航空、軍用航空等市場領域服務超過80年。該公司的油漆和涂層大多數應用于飛機外機身。

機身涂層性能要求

宣偉公司表示，一款航空新涂料在進行標準化生產前，需要經過長達5年左右的實驗驗證過程。而一旦通過論證并使用，外用涂料將會持續(xù)服役很多年，因為將其從現役飛機褪掉并重新再噴漆的費用非常高，且這一過程可能需要數周的時間，對飛機的正常運營影響很大。

在公務航空領域，該論證規(guī)則同樣適用，公務機擁有者也希望他們的飛機褪噴漆時間短、費用低。但當商用飛機被改裝成公務機時，就需要完成這種全面的褪噴漆操作，使飛機煥然一新。

對于鋁材質的飛機機身，一旦被腐蝕，其維修費用將非常昂貴，而且可能會影響到飛機的安全性，因此涂層的耐腐蝕性對鋁材飛機至關重要，而且涂層還需要對機體結構件的全壽命過程進行防護。因為許多結構件在組裝完畢后其大部分區(qū)域的可達性較差，這就意味著涂層需要為這部分部件提供長達30年的防護。對此，美凱威奇公司在開發(fā)防腐涂層時就有所考慮，其防腐涂層是水基環(huán)保型。

商用飛機一般每運營5～7年會重新噴涂外機身一次。除此之外，運營商之間的并購或者其他商業(yè)改動后，也會要求飛機完成重新噴漆。總之，運營商對于飛機外觀的要求和防護同樣重要，尤其是在當前航空公司市場競爭如此激烈的環(huán)境下，飛機的外觀美感對乘客的選擇以及航空公司的經濟效益影響很大。因此需要涂料制造商在產品美感和防腐等性能之間找到平衡。例如，在中東地區(qū)和澳大利亞等地區(qū)運營的飛機，機身面漆往往褪色太快，無法在7年內保證其色彩與適航性，因此航空公司不得不提前重新噴漆，否則將會影響到其品牌聲譽和安全性。

艙內涂層性能要求

飛機客艙內使用涂層的區(qū)域主要包括金屬托盤、行李箱、側壁、衛(wèi)生間和廚房等表面。宣偉公司認為，飛機內部結構表面處理所使用的涂層更為微妙，其對光澤度要求較低，因為低的光澤度或者啞光表面更容易使人鎮(zhèn)靜，同時航空公司希望客艙能給乘客一種家一樣的舒適感覺，所以涂層一般為中性色。相反，客艙內用涂料對某些性能，如抗污性、耐磨性以及阻燃性等性能的要求特別嚴格。

以阻燃性為例，這意味著涂層產品必須進行大量的熱測試和煙霧測試，以確保涂層不易燃或助燃。基于此背景，艙內涂層的適航要求與其他客艙材料如座椅材料或安全帶等毫無區(qū)別。FAA規(guī)定涂料必須滿足嚴格的阻燃性要求，作為飛機結構件，油箱用涂料也必須滿足最嚴苛的阻燃標準。

鑒于飛機制造商對涂層苛刻的要求，美凱威奇公司研發(fā)部門與波音、空客保持著緊密的聯系，甚至部分新產品都是保密的。美凱威奇公司表示，其關于新型航空涂料的研發(fā)資源很多，包括從標準底漆和顏填料到面漆的一整套設計系統和方案，例如其半透明涂料能使塑料具有磨砂玻璃的質感效果，涂料產品體系包括各種柔軟、舒適質感以及金屬質感等漆面，且大部分都為環(huán)保型的水基涂料。

在售的客艙內飾涂料遠不止米黃色或灰色，例如宣偉公司新出的一款艙內涂料就可顯示出獨特的珍珠白或云母白色澤，該款涂料可運用于商務艙以突出客艙尊貴性。此外，宣偉公司還提供仿麂皮紋路效果的涂層，具有類似皮革的質感，相比非常昂貴的真皮內飾，該涂料不失為一種經濟而又不失品位感的選擇。

涂裝工藝也很重要

在航空維修或重新噴涂過程中，環(huán)保是非常重要的一個問題。首先，原涂層需要小心剝離，褪下的舊漆層必須妥善保管;其次，涂料施工過程中溶劑會直接排放到大氣中，也必須加強管理。因此，涂料制造商都在竭盡全力開發(fā)高效環(huán)保的產品。

再者，涂料制造商還在關注加快涂料干燥固化的創(chuàng)新研究，因為它直接影響飛機的周轉時間和運營。例如，美凱威奇公司研發(fā)的一種用于機身涂裝的、被稱為“瘋狂噴涂”的涂層工藝技術，能使涂層產品具有更短的干燥時間和更長的耐久性。在該工藝工程中，使用量最少的涂料先用，用量最大的顏料最后用，而且允許同時噴涂多種具有色差的涂料。

另外，在確保涂層所需滿足的性能前提下，使用涂料還需要關注其用量，以降低飛機重量。因為每千克的減重都能幫助航空公司降低成本且有利于環(huán)保，因此輕量型涂料的研發(fā)也同樣重要。

PPG工業(yè)公司認為，涂層產品本身并不是減輕飛機涂層重量的唯一手段，涂層的施工工藝也很重要，需要涂層制造商與飛機制造商密切溝通，共同努力優(yōu)化產品和應用技術。對此，PPG工業(yè)公司還為客戶提供各類定制化培訓，以及PPG航空涂料學院的完整課程。

宣偉公司也表示認同，認為“重量的確是飛機涂層研發(fā)中需要關注的大問題”。該公司認為，減輕飛機重量的方法只有一種，那就是減少飛機上涂層的體積。盡管這并不容易實現，而且有些顏色非常難以隱藏。例如，需要4～5個涂層完全遮蓋黃色陰影的情況并不少見。但宣偉公司的墨粉系統有著優(yōu)異的不透明度，可以實現全彩色隱藏和較低的成膜效果，而且該系統不需要3層涂料才可獲得顏色，而是使用1～2種涂層即可，不僅可以減輕飛機重量，而且節(jié)省了大量的噴漆時間，可使噴漆成本更低，周轉更快。

（楊文鋒、李紹龍，編譯自AW&ST）