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1 引言
航空涂料只占有涂料工业市场中的一小份额，但它所奉献的却是高度要求的部分，因为航空涂料一直处于外界环境的严重负荷之下，与其他涂料品种相比较，其技术要求极其特殊，这是由于它必须满足极端的使用条件。航空涂料必须能耐温度、空气压力的骤变、要抗得住不同空气湍流。无论怎样的飞行条件，航空涂料需要经受住温度起伏、高强度紫外线照射、潮湿环境、化学品侵袭（诸如燃油、液压油、清洗化学品）、腐蚀等的考验，除此之外，航空涂料涂层必须具有尽可能低的厚度和质量，以便降低能耗。由此可见，航空涂料必须是具有极高性能的涂料，轻质、高性能及对环境友好是航空涂料的发展方向。本文仅讨论飞机蒙皮涂料。
2 航空涂料现状
对于航空涂料，必须具有高耐腐蚀性才能保证飞机的安全运行，因此飞机制造商们发布了非常全面的技术规范来确保所要求的涂料性能，例如美国Douglasaircraft company 就发布了关于“环氧底漆的材料规范DMS2104E”，美国海军也发布了“双组分高固体环氧防腐蚀底漆”的军标“MIL-P-23377F，G”等，这就要求进行广泛的涂料研究开发工作及对涂料配方作细致的配制试验。鉴于涂料既要有出色的使用性能，还应兼具尽可能薄的涂层厚度来达到最小的质量，所以这项工作十分艰难。飞机涂料系统还必须耐灼热的液压油，因此用于飞机构造的铝合金要进行阳极化、铬化预处理，施以洗涤底漆（6 ~ 8 μm）或酸洗。航空涂料一般由2道涂层所组成，所用防腐蚀底漆配方基于环氧树脂，在室温下与胺加成物、氨基酰胺树脂或异氰酸酯反应而成，系双组分底漆。铬酸锌或铬酸锶作为防锈颜料，这些电解活性的颜料起着阻止危险性细状腐蚀的功能。现正在进行无铬航空底漆的研究开发工作。目前用于民航飞机的面漆为高光泽双组分聚氨酯面漆，用脂肪族异氰酸酯固化，而用于军用飞机的面漆系基于热塑性丙烯酸树脂的单组分体系，但正被聚氨酯面漆所取代。对此美国Douglas aircraft company 发布了与飞机蒙皮环氧底漆相匹配的聚氨酯面漆的材料规范“DMS2112A”，此被美国军标采纳为“MIL-C-83286B”，另外，美国军标又制定了“MIL-C-83285B”双组分脂肪族聚酯聚氨酯涂料标准。世界飞机的生产集中于北美和欧洲，而据预测在未来5 年间机种越来越多样化，同时约有一半的需求来自发展中国家。现在飞机维修和制造正移向南美和亚洲，因为那里劳动成本较低。中国的航空工业继续在快速增长，还包括航空线运行、飞机维修和生产。中国正成为下一个主要航空市场，随之带来了航空涂料的繁荣。中国之外，文莱、印度、印尼、韩国、马来西亚、新加坡、菲律宾和泰国等也是航空涂料昌盛之地。
3 我国航空涂料市场
航空工业是我国在面对世界经济危机而迅速实施经济刺激计划中行业振兴计划的重点之一，国内已有10 家银行为此提供坚强的资金担保，这是2009 年以来，我国授权额度最大的一次银行合作，提供的意向性授权额度为1 760 亿元。现在，我国是世界民航市场增长最快的地区之一，我国将成为世界上“空客”的第二中心，是国家“大飞机”发展战略的重要组成部分。我国航空工业的迅速发展也带动了航空涂料的大发展。从经济效益来说，虽然一架普通的飞机涂装蒙皮涂料需要200 多kg，而一架大型飞机则需要400 kg 蒙皮涂料，其价格为50 ~ 400 元/kg，高出建筑涂料4 ~ 30倍，其利润也要高出几十倍，这样好的差使当然使国际跨国公司乐此不疲，竞相折腰。
目前我国航空涂料市场上，除了军用飞机涂料外，基本上为国外涂料所占领，北美四大航空涂料供应商中3 家：美国的PPG 公司、荷兰的Akzo Nobel 公司和美国的Sherwin William 公司的航空涂料产品已进入中国，其中前2 家的产品已占领了我国大部分民用航空涂料市场。另一家美国Deft 公司正期盼在来年成为中国航空涂料的参与者，该公司负责人说：“我们在无铬底漆和氟硅面漆上的尖端技术将帮助中国制造商们提高生产，并有助于环境保护”。蜚声全球并曾居北美前3 位的Nice Paint 钟意涂料生产企业集团还在中国投产，法国的Highfly 公司也进入中国并授权在华建厂供应飞机漆；其他世界级大涂料公司如美国Du Pont、德国的BASF 等公司的蒙皮涂料也有可能进入中国。国内生产航空涂料的企业有：天津灯塔涂料发展有限公司、上海涂料公司下属的上海市涂料研究所和上海造漆厂、北方涂料工业研究设计院、西安油漆厂、海洋化工研究院以及陕西宝塔山油漆股份公司等。国内涂料企业所生产的航空涂料的基本品种与国外航空涂料相比差别不大，然而在品种花色上与国外相比逊色不少，特别是专用性方面，如美国PPG 航空涂料分为民用和军用2 类，其民用蒙皮涂料有14 种之多。相比之下，国内航空涂料企业生产的品种要少得多。PPG 航空民用蒙皮底漆有专用于铝合金表面或复合材料以及碳纤维表面上的，有用于铆钉和接缝处以及适用于高柔顺性蒙皮面漆配套用的，还有用镘刀施工的、耐高温、高湿度和锻压油的……，都符合低VOC要求，专用性很强；PPG 民用蒙皮面漆分别用于减少摩擦和磨损、机翼上使用的、防滑功能的、起落架上用的以及具有低表面粗糙度或优异柔韧性的类型等，对环境友好，国内就没有这么多类别。因此，国内飞机蒙皮涂料大有深化提高之地。现将国外涂料公司在我国航空涂料市场的基本活动情况作一粗略的叙述。
3.1 美国PPG 公司
世界上大约有3 500 架飞机的外壳全部使用该公司的Desothane HS 聚氨酯面漆，此系高固体分、低挥发性涂料，为全球的顶级产品，得到波音公司和空客公司认可。2010 年10 月，该公司的航空涂料又用于波音787 上，此系可剥性涂料体系，具有简化、环保和低成本维护流程的特点。PPG 公司的航空涂料全球第一，在我国国内航空涂料市场上其涂料主要提供给波音、国航、南航、东航和深航等，值得一提的是，国航用于2008 年北京奥运以及东航用于2010 年世博会的形象飞机，及新型国产支线飞机ARJ21“翔凰”全部选用了PPG 的涂料。PPG 航空涂料（苏州）有限公司提供了所有的调漆、配色及喷漆指导，其涂料具有较强的附着力、柔韧性、抗冲击性，优异的耐腐蚀性、保光性、保色性、耐高温性、抗紫外线和抗电子性等。
PPG 公司还在天津成立了天津航空应用支持中心，并投资210 万美元，分2 期完成，现已开始运行，该中心将扩大PPG 公司在中国的航空业务，服务于中国的航空工业，提供高质量产品，是PPG 在世界各地15个类似设施中最新的，该中心位于天津航空工业园区的自由贸易区内，面积为6 083 m2，总占地面积2 635m2，有生产车间和危险品仓库等，该设施完成后年产200 t 航空涂料和100 t 密封剂。PPG 航空材料（苏州）有限公司与天津港保税区天津空港物流加工区投资促进局还签署了喷漆培训合同，曾为空客A320 系列飞机中国总装线喷涂车间的漆工提供为期18 周的喷漆技术等应用培训，PPG 与空中客车公司在全球范围内的合作由来已久，其交付给新加坡航空公司的全球首架空客A380 飞机采用了该公司的可选择性褪漆系统，包括无铬底漆、中间层和高固体面漆系统，每层不到0.12 mm 厚的涂层将能够承受100 ℃的温度，除了其高性能的产品之外，它还提供了增值服务包括特殊规格产品和包装服务，调色实验室的颜色调配系统，可配合用户开发新颖外表涂装，提供快速调漆配色服务、充足的库存支持等。
3.2 荷兰Akzo Nobel 公司
Akzo Nobel是世界上最大的涂料公司，其航空涂料被世界上最大的飞机租赁商LLFC 选中，成为他们在世界各地首选的飞机涂料供应商。中国民航管理局已通过了对Akzo Nobel 航空涂料美国工厂（ANAC）的审核，ANAC 已正式获准成为中国民航涂料市场的供应商。中国最大的飞机制造商———中航工业西安飞机工业（集团）有限责任公司已宣布采用Akzo Nobel 的航空涂料最新产品Eclipse 系列聚氨酯面漆与10P20-44 环氧底漆，分别满足了西飞XMS1622 和XMS1623标准的要求，Akzo Nobel 与西飞及美国雅奇国际公司（Akzo Nobel 在中国的涂料分销商）密切合作，为西飞提供Eclips 系列涂料，使其生产的且在亚太区运营的飞机拥有引人注目并持久的“外衣”。Akzo Nobel 公司也是中国西南航空公司的涂料供应商。
3.3 美国Sherwin William 公司
针对中国涂料市场，Sherwin Williams 公司的涂料产品将以全系列产品线的战略进入中国，近期还宣布将在中国和澳大利亚新增2 家涂料产品授权经销商（包括在深圳的Lubiair Aerospace 公司），这样，SherwinWilliams 的航空涂料也进一步完善了其在全球重点航空涂料市场区的布局，同时其经销区域也包括了中国。Sherwin Williams 公司的航空涂料全球闻名，堪称翘楚。该公司一直孜孜于追求将高品质的飞机蒙皮涂料推广到全球各地，并为这一宏伟目标进行着长期不懈的努力。上述Lubair 公司是一家为中国和东南亚市场提供特种航空用产品的大型供应商，另一家PacificDyamics 则是一家为航空服务的老牌供应商。
3.4 Nice Paint 钟意涂料公司
这是GFH 集团控股公司（GFH Interntional Inc.）的子公司，曾在2007 年度成为全球十大涂料生产集团之一，也曾是北美地区3 家头号涂料公司之一，其涂料产品蜚声全球，已在1994 进入中国，在中国建立以广东中山钟意制漆厂有限公司为主体的3 家生产基地和1 个研究所，已成为泛亚区最大的美资注册企业。WSC全球权威环保认证企业，其产品遍及世界20 多个国家和地区，在32 个国家和地区开设有63 家油漆生产厂，产品多达10 000 多种，包括航空涂料。Nice 以其全球领先的涂料品质被选定为“中国政府材料指定采购单位”，并全面通过“国家免检产品认证”，成为国际集团唯一在中国获得“免检”资格的企业。
3.5 山东济南海佛莱化工有限公司
此系法国Highfly 涂料在亚洲授权的品牌拓展商和产品供应商，按照全球统一和规范的技术标准、质量标准、管理模式和服务模式，负责亚洲地区的客户发展、产品OEM 生产和供应、客户服务及信息反馈等。这种模式使得海佛莱涂料客户能够在最短的时间内得到周到和标准化服务，其产品包括飞机漆、工业漆和建筑涂料等。我国航空涂料自20 世纪70 年代开始发展，90 年代之后，我国航空涂料发展更快，已经有了自主研发的系列飞机蒙皮涂料，但目前仍是以环氧底漆和聚氨酯面漆体系的飞机蒙皮涂料为主，其技术性能达到国际先进水平，而主要用途为军机，在民用蒙皮涂料上基本采用国外产品，仅有少量只局限于修补用途。
4 飞机蒙皮涂料今后发展
今后飞机蒙皮涂料将向底漆无铬、无铅化，底面漆体系高性能化以及体系薄膜化和轻量化，涂料高固体、无溶剂和水性化方向发展，现在国内外正积极开展这一方面工作，进展如下。
4.1 底漆无铬、无铅化
在PPG 的航空涂料用底漆中，有很多产品不含铬，如DesoprimeTM CF / CA7501、CA7650、Desoprime CF/CA7049、Desoto Epoxy Sanding Surfocer 513×353；有的无铅无铬，如Urethane Compatible Non-ChromatedEpoxy Primer 512×310、910×533。而Akzo Nobel 正在其所有产品中消除铬的使用，其在实验室采用基于镁的颜料，并证明在高强度铝合金上代替铬酸盐来防止腐蚀极为有效，其无铬环氧底漆有：37063、37076、CF37112、CF37124；无铬聚氨酯底漆有：Aerodur CFPrimer 37047、Aerodur CF Barrier Primer 37045；无铅环氧底漆有10P4-2、10P4—3。Sherwin Williams 不含铬的底漆有CMO483787、481968、486707，这是一组完整系列的底漆，包括无铬危害环氧底漆、环氧底漆二道浆和聚氨酯底漆等，符合商用、军用或一般航行飞机的要求。而Deft 公司近来其无铬体系———预处理剂和底漆正在美国空军F-15 和挪威空军F-16 上进行试验，其无铬底漆为09GY007（零VOC）。
4.2 底面漆体系高性能化
美国一家公司开发出单液型聚氨酯底漆，其涂膜能随飞机振动而弯曲，以防止接触铆钉和其他高应力部位涂层的开裂，哪怕即使其面漆损坏时，底漆层仍能继续保护底材，该底漆已应用于美国的大部分军用飞机。类似的，PPG 有Koroflex HS Polyurethane Primer833KD89；该公司还有Koroflex Conventional SolodsPrimer 823×439，系单罐装、潮气固化聚氨酯底漆，能用于低温下经受结构挠曲作用的飞机及其设备表面；而Polyurethane Primer PAC33（4355 / 3600）也是一种高度韧性的耐化学品性底漆。美国另一家公司开发了自动底面分层聚氨酯涂料，该涂料能达到或超过标准环氧底漆和聚氨酯面漆的配合系统的性能要求，用于经磷化处理的铝表面，已受到好评，该涂料无铅无铬，符合环保要求，实质上此涂料减少了涂装工作量和溶剂排放量，可制成伪装光泽到高光泽涂层。上海大学借助纳米粉体及杂化技术，开发了高性能陶瓷涂层材料，并实现了工业化生产和应用，该材料集无机相的耐腐蚀性、耐磨损性、热稳定性与有机相的柔韧性于一体，航空蒙皮底漆将是其潜在的应用领域。
中科院沈阳金属所材料环境腐蚀研究中心采用纳米复合涂层新技术，并已成功用于大型运输机上。由于在三亚、拉萨、万宁、敦煌、漠河、沈阳等地的典型环境，原来使用进口高档涂料涂装的飞机蒙皮涂层在不到2年时间内就出现粉化、脱落现象，飞机蒙皮局部腐蚀，不仅使飞机安全性下降，同时也增加了维修保养时间，大大降低了使用效率。而飞机修理厂采用这种纳米复合涂层新技术后，显著提高了飞机的抗腐蚀品质和大修质量。使用该技术的3 架飞机中，2 架大修后已使用52 个月，另外一架大修后已使用25 个月。目前这3 架飞机表面防腐涂层均整体情况良好，未出现老化失效现象，明显优于大修前机体涂层的防护效果。在面漆方面，一些发达国家经多年开发，已研制出特种聚氨酯涂料，试用10 年，光泽仍能保持80％，并在欧洲地区应用该特种漆试喷数架客机，结果表明，在欧洲某航空公司飞机试飞16 个月，空客飞机试飞10个月，其光泽均无变化；而一般聚氨酯面漆使用同样长时间，光泽从90％降至70%。由此可见，飞机如使用此特种面漆，可延长重涂时间，节省时间。美国PPG 公司已有不少高性能的面漆：如Desothane HS AntiChafeTopcoat / CA8100 Series 耐擦洗、耐磨损、耐冲击、耐化学品；Desothane HS Walkway Topcoats，用于上翼、防滑；Desothane HS Anti Chafe Topcoat / CA8110 SeriesDesithane HS Buffable Stain Resistant Topcoat / CA8925（耐沾污）、Desothane HS Advanced Performance Coating/ CA9311 Series Flat 和Desothane HS Aduanceal PerformanceCoating / CA 9800 Series Gloss 等。由于现代飞机航行速度不断提高，空气与机身剧烈摩擦而产生的气动热随之提高（马赫数M＝2.2 时为150 ℃；M=2.5 时为220 ℃，M=3.0 时为320 ℃），因此大马赫的飞机需要能长期经受220 ℃以上的耐高温航空涂料。于是，美国航空材料试验室研制了有机硅涂料，在315 ℃下能短期使用，此涂料在XB-70 飞机和导弹上使用，性能良好，又能耐各种机油。日本在航空涂料领域里对聚氨酯面漆的耐温限制在150 ℃以下，否则会造成热劣化，因此日本特殊涂料公司与日本富士重工业公司共同开发了一种有机硅树脂改性聚氨酯树脂，并拼用耐高温颜料，制成的涂料使用后能适应高温环境。
我国北方涂料工业研究设计院也开发了有机硅改性聚氨酯航空涂料，在战斗机上使用效果良好；海化院的有机硅聚氨酯蒙皮涂料性能极其出色。氟碳涂料是近年兴起的一种高性能涂料，具有超强的耐候性、耐化学品性、耐磨性、耐高温性、耐水和耐油性等。由于氟碳涂料性能十分优异，所以美国在未来的航空战机中将采用一种含羟基氟树脂与异氰酸酯相结合的含氟聚氨酯涂料，此将大大提高航空涂料的保护性能和使用寿命；日本曾用氟碳航空涂料涂装了100 多架飞机，效果极其显著；英国Desoto 公司在20世纪90 年代初研制成功氟碳树脂飞机蒙皮涂料，其使用寿命达到20 年，比现用的聚氨酯寿命增加1 倍。我国天津灯塔涂料有限公司开发的常温固化氟聚氨酯无光磁漆，其耐油、耐热和耐水性能优良，在飞机上使用性能甚佳；西安油漆厂用丙烯酸与氟树脂共混制备了浅灰色氟碳飞机蒙皮涂料，性能优异，广泛应用在飞机制备及修理方面；浙江大学与浙江金质化工有限公司也开发了直升机氟改性丙烯酸聚氨酯蒙皮面漆，性能优异，能较好地满足飞机蒙皮涂料的要求。
4.3 涂料体系薄膜化和轻量化
从燃料的观点看，一架典型的大飞机需要外用蒙皮涂料700 kg，如果总干膜厚度减少11.4%（80 kg），则意味着每年能节约20 000 L 燃料，每年每架飞机可减少CO2 排放50 t。PPG 公司研发的航空底色漆清漆系统就是薄膜化和轻质化的一个实例，它能减重省时，且更持久。一般飞机原本都需要喷涂2 层色漆，而使用PPG 的这种底色漆/清漆系统，其第1 层喷涂后，明显要比使用传统的涂层系统时喷涂首层面漆后更具浓厚色彩。在此涂料系统里，其第2 层使用清漆，从而使飞机表面更具光泽度、平滑度和持久性。如果飞机减重1 lb，相当于每年省下约1 000 美元燃油，那么使用PPG 的底色漆/清漆系统的一架小飞机可省下10 万美元，而大飞机则可省下近60 万美元的燃油费。由此推算，对于一个飞行队来说，使用此系统单单在燃料费上可省下数百万美元，而且该系统比传统涂料系统使飞机喷涂环节缩短1 天。PPG 的底色漆/清漆系统可以使一架小型商业飞机减重约100 lb，大型飞机减重近600 lb。
4.4 涂料环保化
与其他涂料一样，航空涂料将向高固体分、无溶剂、水性和UV 固化方向发展，目前情况如下。
4.4.1 高固体分涂料
近年来，在航空涂料中，高固体分涂料发展最快,如波音、空客等公司的飞机上广泛使用Akzo Nobel、PPG 等公司的高固体分航空涂料，甚至国内部分军用飞机也开始启用高固体分涂料，在航空维修领域使用高固体分航空涂料是航空涂料发展的必然趋势。PPG 或Akzo Noble 等公司的溶剂型飞机蒙皮底、面漆品种基本上都是高固体分涂料，而美国的高固体分涂料中还用上了豁免溶剂如醋酸特丁酯等。上海涂料公司技术中心也开发了高固体分聚氨酯蒙皮面漆，并获得中国民航总局所颁发的适航证，并申请了专利。
4.4.2 无溶剂型涂料
PPG 公司已有2 种产品用于飞机蒙皮底漆，其一是CA7650TG Epoxy Sanding Primer，无铬、双组分、100%固体、零VOC，用于填平玻璃纤维、复合材料和铝表面不平整处，另一种为CA7660TG Epoxy Primer，虽含铬，但为100%固体，零VOC，双组分，用于铝材表面，特别是覆盖铆钉、接缝等处；而Delf 的09GY007、无铬底漆和09GYO21E Braun Racing ZeroVOC Primer
均为无溶剂型底漆。
4.4.3 水性涂料
PPG 公司用于军用飞机的蒙皮底漆有2 个品种是水性底漆，即Eco PrimeTM Military Water Borne EpoxyPrimer EWDE072 / EWDE02 和Eco PrimeTM CF WaterBorne Epoxy Primer EWDY048 / EWAE118，后者不含铬；而Akzo Noble 近来也推出了Aerowave 系列的水性航空涂料，其包括防腐蚀底漆、面漆和组合件底漆，且为空中客车上使用证明效果良好，所有这一系列的涂料VOC 均在250 g/L 以下。
4.4.4 UV 固化涂料
PPG 公司开发了UV 固化面漆，并已用于包括F－15 在内的战斗机上；Bayer 材料科学和Deft 公司合作开发并试验了飞机面漆用UV 固化涂料，以替代传统的双组分聚氨酯飞机面漆，具有快速固化、低VOC、低VHAPs（挥发性有害空气污染物）及高使用性能。
5 结语
航空涂料可誉为“现代涂料之花”，能代表一个国家的涂料工业水平，我国的航空涂料市场兴旺发达，前景美好，也是世界跨国涂料公司剧烈竞争的重要涂料市场之一，由于航空涂料受环境、飞机安全等复杂因素制约和影响，尽管其发展不像其他涂料品种来得迅速，然而航空涂料无铬化、轻质化、环境友好化的发展势头不减，在本文中也可看出端倪。
