飞机蒙皮静电喷涂用环氧底漆的调配
□ 吕秋生1，步明升2，汪 威2，郭年华2(1. 中航飞机西安飞机分公司，西安 710000；2. 海洋化工研究院有限公司，山东青岛 266071)
0 前 言
静电喷涂是指一种利用电荷和电场将雾化的涂料的粒子吸引到工件(喷涂对象)上的喷涂工艺。工作时，喷枪或喷盘、喷杯、涂料微粒部分接负极，工件接正极并接地，这样在两极就形成了高压静电场。由于在阴极产生电晕放电，使喷出的涂料带电，并进一步雾化。按照“同性相斥，异性相吸”的原理，带电的涂料粒子在静电场的作用下沿电力线的方向运行到被涂物，放电后黏附在工件上，并且在工件背面的部分表面靠“静电环抱”现象也能附着上涂料，这就大大提高了涂料的传递效率，降低了涂料损耗，节约了成本。静电喷涂设备的静电发生器一般可输出20～90 kV的可调直流电压，输出电流50～100 mA，输漆量为200mL/min，涂料液的体积电阻率为0～200 MΩ · cm，雾幅250～350 mm。静电喷涂原理见图1。作为一种高效、环保的涂装方式，静电喷涂技术不仅可以节省涂料，减少环境污染，而且能够有效地控制涂层厚度和分布，实现喷涂工序自动化，大大提高生产效率，改善劳动条件，从而获得可观的社会经济效益[1]。该技术已经被广泛应用到飞机蒙皮的涂装生产中。影响静电喷涂效果的因素主要有：涂料的电阻率、被喷涂物的导电性、被喷涂物的接地情况、喷房内的风速、空气湿度、被喷涂物的大小及形状、喷嘴的选择、涂料粒子的雾化程度、喷涂压力的选择以及喷涂技巧等。本文从电阻率、喷涂黏度、安全性和施工性的角度出发，调整了飞机蒙皮铝合金用环氧底漆的配方以及施工工艺，使之既能够进行普通的空气喷涂，又可以进行静电喷涂。
1 试验部分
1.1 主要原材料
618环氧树脂、601环氧树脂、酚醛环氧树脂、分散剂、防沉剂、流平剂、偶联剂、消泡剂、颜填料、腰果酚改性聚酰胺固化剂、混合溶剂等。
1.2 主要仪器及设备
高速搅拌分散机、调漆灌、耐驰棒销式砂磨机、电子天平、涂-4杯、秒表、电热鼓风干燥箱、瓦格纳尔2024电阻仪、瓦格纳尔静电喷涂系统。
1.3 环氧底漆参考配方(见表1)
1.4 生产工艺
在干净的调漆罐内，按照配方依次加入70%环氧树脂、分散剂、防沉剂及混合溶剂进行充分搅拌，然后加入其他助剂和颜填料等。高速分散20 min后，用棒销式砂磨机研磨，细度小于15 μm后，补加剩余的30%环氧树脂及助剂，再用混合溶剂调节不挥发物含量至73%～75%，过滤、包装为A组分。将腰果酚改性聚酰胺固化剂与混合溶剂经搅拌均匀并过滤后，得B组分。C组分为混合溶剂组成的稀释剂。
2 结果与讨论
在配方设计或调漆时应遵循“先测定基本数据，再调整导电性，后调整黏度”的原则。确定配方时，应先满足工艺性，再照顾总体经济效益的合理性。
2.1 涂料电阻率的调整
静电喷涂中使用的涂料的电阻率要求控制在一个稳定的范围内。1～50 MΩ · cm范围内的电阻率通常是适合静电喷涂工艺的，佳理论值在15～40MΩ · cm。当电阻率小于1 MΩ · cm时，可能会导致设备短路，这就对设备在绝缘和防火方面的要求相应提高，从整体效益上看是不可取的。当电阻率大于50 MΩ · cm时，可能导致粒子上电荷的减少从而使喷涂过程难以完成。实际应用中，适合静电喷涂的电阻率大小还与所选用的喷涂设备有关。试验采用的瓦格纳尔静电喷涂系统要求的佳喷涂电阻(A＋B＋C)为150 kΩ～1 MΩ，对应的佳电阻率为18～120 MΩ · cm。表2为环氧底漆原涂料的电阻与电阻率测试值。
从表2中可以看出，原配方的稀释剂电阻率过低，导致(A＋B＋C)的电阻率太低，从而无法进行正常的静电喷涂。为了避免实际使用过程中存在的安全隐患，需要对稀释剂的电阻率进行调整。这主要是因为原配方中采用了一定比例电阻率和闪点低的酮类和醇类，可以考虑用沸点高的溶剂部分代替，比如：芳烃类和酯类。另外，溶剂的实际应用过程中还应格外注意安全问题，不要使用闪点低的溶剂，闪点太低，容易发生火灾，一般要求溶剂的闪点应该大于20 ℃。因此，试验将A、B两组分中的混合溶剂全部用酯类溶剂代替，C组分中的酮类和醇类溶剂分别用酯类和芳烃类代替，调整后的配方测试数据如表3。试验证明，当原涂料电阻率过低的时候，可以通过替换一定比例高沸点、高闪点的溶剂使其电阻率控制在适合静电喷涂的理想区间中。
2.2 喷涂黏度的调整
溶剂的沸点和溶解性因种类不同而差别很大，不同比例的混合溶剂调配可以改善涂料的导电特性，有些溶剂甚至会严重改变涂料的性能。在配方调配的过程中要注意调整好喷涂黏度与涂料电导率的平衡关系。
静电喷涂用涂料一般要求喷涂黏度要调节在30s(涂-4)以下，这样有利于涂料颗粒的形成，同时防止在底材上的流挂。黏度过高会导致涂料分布不均匀，影响涂膜外观；而黏度太低则会造成挂流现象。表4为不同混合比例下环氧底漆的施工性能测试。
喷涂黏度对静电喷涂的表面状态有着直接的影响。从表4中可以看出，喷涂黏度在17～20 s时，所得涂膜平整光滑、无不良影响缺陷及流挂现象；当喷涂黏度为25 s时，涂膜有严重的橘皮现象，影响外观；当喷涂黏度为14 s时，涂膜出现了轻微的流挂现象，不利于施工。因此，在满足适用期的前提下，应该选择m(A)∶m(B)∶m(C) ＝ 8∶1∶4的混合比例，这样保证了该环氧底漆在适用期内的任何时间均可以使用静电喷涂和普通的空气喷涂，在现场施工方面得到了很大的提高。
2.3 静电喷涂施工的安全性
接地是静电喷涂施工安全性的关键因素，其主要目的是使物体与大地之间构成电气上的泄漏电路，将产生在物体上的静电泄漏于大地，防止在物体上贮存静电。这就意味着静电喷涂设备的操作人员必须穿防静电服、防静电鞋、喷涂区域内的所有导电物体接地。由于金属工件接地不良，容易影响涂料涂装效率和涂层质量，降低涂料的利用率。一般情况下，当大地与被涂物之间的绝缘电阻超过1 MΩ时，则表示工件接地不良。同时还应该注意，静电喷枪与工件之间应保持的安全距离，至少为该电压下火花放电大距离的2倍，瓦格纳尔静电喷涂系统一般要求喷枪与喷件安全距离为30～40 cm。
2.4 静电喷涂的经济效益
一般传统的手工空气喷涂的涂装效率为30%～40%，采用瓦格纳尔静电喷涂系统涂料后，涂料的利用率可以提高到60%左右，并且涂膜均匀性和外观质量都要远远优于空气喷涂。因此，采用静电喷涂系统涂装可以大大提高经济效益，主要体现在以下方面：
(1)减少涂料消耗、减弱过喷，节省了清洁开支，降低了成本；
(1)减少涂料消耗、减弱过喷，节省了清洁开支，降低了成本；
(2)涂料的均匀分布有助于膜厚控制以及对工件边缘的覆盖，提高了喷涂工件表面涂层质量，提高了产品合格率，从而提高了产能；
(3)涂料由于“环抱效应”到达工件而非喷室四周，提高了生产效率，增加了产能，提高了利润；
(3)涂料由于“环抱效应”到达工件而非喷室四周，提高了生产效率，增加了产能，提高了利润；
(4)设备操作方便，降低了工人的劳动强度。
3 结 语
(1)通过对蒙皮环氧底漆稀释剂配方的调整，使其能够采用瓦格纳尔静电喷涂系统进行静电喷涂，静电喷涂的主要条件是：喷涂黏度(涂-4杯)在17～20s；喷涂时的(A＋B＋C)的电阻率控制在30 MΩ · cm左右。
(2)静电喷涂是一种高效、高质、环保的涂装方式，涂料利用率可以达到60%，大大提高了经济效益。
