航空涂料户外曝晒与加速老化中失光率的研究

航空涂料户外曝晒与加速老化中失光率的研究

刘翔　丁鹤雁

(北京航空材料研究院　北京　)

摘要:本文通过对比航空涂料在户外曝晒和室内加速老化中失光率的研究,得出的结论是1000h加速老化相当于2.5年户外曝晒的失光率。

关键词:航空涂层　户外曝晒　加速老化　失光率

作为防护和装饰的飞机涂层,尤其是飞机外部涂层,在飞机停放和飞行中会遇到各种复杂的气候和环境条件。我国幅员广阔,有五种气候类型。即使在同一地区,由于该地区在各个阶段中温度、湿度、光辐射量及大气中腐蚀性物质等因素的影响,也会造成航空涂层寿命的差别。有资料介绍:停放在机场的飞机,烈日下表面涂层温度可达70℃以上;在严寒的冬季、机场的地面温度在-40℃以下;并且还有风、雨、雪、凝露的影响;飞机飞行时由于空气动力生成的大量热,表面温度可达100℃～200℃,所以航空涂层还要经受冷、热剧变的冲击;在工业地区,还会有各种工业废气、酸雾的侵蚀。

飞机用表面涂层进行大气老化试验在我国已有多年历史。早在50年代,对自然大气曝晒较为重视,对航空用各种涂料在不同曝晒场进行试验。每一种新品种涂料出现都要进行大气曝晒。先进国家也非常重视环境试验,特别对于军工高分子材料和特殊用途的高分子材料有特别高的要求,因而更促进了老化和防老化水平的提高。如在美国,军用飞机使用10年以上,民用飞机使用20年以上,才进行与腐蚀有关的定期维修。

当涂层曝露在大气中将逐渐老化和分解,这是阳光、湿气和温度变化作用到材料上的结果。然而好的材料在这种气候变化中可抵制材料的破坏,制造者可通过改进其产品的分子结构和技术过程以改进其耐候性。为试验新产品,他们必须将其进行自然曝晒试验。因此受曝晒条件的限制,一种新产品的发展,通常需数年时间,这阻碍了新产品的发展速度。所以必须设计一个方法,模拟天气条件并能加速试验获得实验结果,这就是人工加速老化实验。因为人工加速老化实验的样品暴露在一个持续的环境中,气候变化是加速度的,这样可以在短时间内得到曝晒结果。

人工加速老化实验法的产生大大加快了产品更新换代的速度,然而人工加速老化与自然老化的关系即涂层寿命问题一直是涂料界未解决的难题。为此我们进行了自然老化与人工加速老化试验后涂层失光率的比较研究。

1　老化地点及实验设备和条件

1987年4月至1992年4月我们对某飞机蒙皮表面涂层系统进行了五年大气老化试验。曝晒架的倾斜度为朝南45°角,高度离草坪面4.64米。该地区位于北纬20°,东经120°的地区,属热带雨淋性气候,年平均温度在20°左右,相对湿度86%左右。

人工加速老化的试验方法是:《非金属材料曝晒试验用的有水和无水光暴露设备

11

2000年第1期 合成材料老化与应用

(氙弧型)及实施方法》;标准号为: G B11189.1-89。

暴露设备是:WE ATHER-OMETER;制造厂商是:Atlas E lectric Devices C o.产品型号为:Ci35A。光源为:水冷却型3000W。调节氙灯瓦数的方法是:自动,喷水类型: S pecimen S prays;喷嘴类型:S onic N ozzle。滤光器,类型:S oda Lime G lass。

人工加速老化的暴露条件是:光: 1000h;无光:0。实验程序号为:1。黑板温度为:63℃。箱体温度为:45℃。相对湿度为:65±5%。试样喷水时间为:18min;试样不喷水:102min。在340nm的光谱辐射度是:0.35W/m2。总辐射量为:1298.2k J. m-2.nm-1;在340nm处。

飞机蒙皮表面涂层系统是:

环氧聚酰胺底漆+兰灰色丙烯酸氨酯面漆。

底材为:1mm～2mm厚的LY-12铝板。

光泽的测量仪器为:

G Z-Ⅱ型光电光泽计;测量光的角度为:45°。

失光率的计算公式为:失光率(%)=

(老化前的光泽-老化后的光泽)÷老化前的光泽×100

2　实验结果

某飞机蒙皮涂层在五年大气老化过程中涂层光泽变化见表1。

某飞机蒙皮涂层在1000h人工加速老化中光泽变化见表2。

表1　五年自然老化的失光率

时间(年)00.512345光泽98.09886.132.18.07.0 4.0失光率(%)0012.267.491.892.995.8

表2　1000h加速老化的失光率

时间(h)04896144288384

光泽90.982.678.779.277.478.3失光率(%)09.113.412.914.813.9

时间(h)477.4579672769.78641000

光泽76.779.163.359.036.914.0失光率(%)15.613.030.435.159.484.6

3　讨论

根据实验结果,我们给出了丙稀酸聚氨酯涂层加速老化失光率曲线图和丙稀酸聚氨酯涂层自然老化与加速老化失光率对照曲线图,见图1和图2。

在图2的基础上,我们推算的加速老化与自然老化关系见表3,曲线图见图3。并得出加速老化与自然老化关系方程:

Y(加速老化时间)=0.04X(自然老化时间)-1.4768

表3　加速老化与自然老化的对应关系失光率(%)12.267.484.6

自然老化(年)12 2.5

加速老化(天)263742

加速老化(h)6248881000

21刘翔等　航空涂料户外曝晒与加速老化中失光率的研究

但由于自然老化的影响因素很多,即使在同一地点做的自然老化,也会由于气候等因素的差异,产生不同的实验结果。并且各种类型涂层的老化机理都不一样,这是由于光、湿气和温度对各类涂层的作用大小不同产生不一样的结果。所以加速老化与自然老化的对应关系一直是涂料界未解决的难题。因此本文得出的加速老化与自然老化关系方程有一定的局限性,参考时请注意应用范围。

4　结论

1　航空涂层在曝晒中以光泽的变化最明显,并可量化。2　加速老化与自然老化的对应关系方程为: Y(加速老化时间)=0.04X(自然老化时间) -1.4768

参考文献

1　《航空产品腐蚀及控制手册》,1985。

2　《腐蚀与防护技术论文集》,中国腐蚀与防护学会航空航天专业委员会和航空航天工业部表面技术委员会编,1992110。3　MI L-C-83286

4　DMS-2112

5　刘翔,《歼轰七飞机蒙皮表面涂层系统五年大气老化试验总结》,199218。

6　《老化通讯》,第四期,22～30,1975。7　战风昌、李悦良,《专用涂料》,化学工业出版社,1988111。

8　《材料工程》,第二期,1～3,1993。

9　AST M G7-81:‘Standard Practice for At2 m ospheric Environmental Exposure T esting of N on-Metallic Materials’,Annual Book of AST M Standards,V ol6.06,Philadelphia, US A1989.

10　Crewds on,L. F. E.,‘C orrelation of Outdoor and Laboratory Accelerated Weath2

ering T ests at Currently Used and Highter Ir2

radiance Levels-Part.Ⅱ’.Ⅰ’Interna2

tional Sym posium on weathering,May

1992.Japan。

31

2000年第1期 合成材料老化与应用