飞行甲板防滑涂料性能鉴定指标分析

杨哲

91404部队 河北秦皇岛

摘要:针对我国飞行甲板防滑涂料性能鉴定指标缺乏专业性、测试覆盖面不足,相关标准难以满足当前性能鉴定试验需求等问题,总结飞行甲板防滑涂料使用环境的工作特点和防滑涂料应具备的性能要求;重点分析美军飞行甲板防滑涂料的标准、我国当前涂料的工业水平和实际工作环境的保障需求,提出防滑性、耐磨损性、耐腐蚀性、耐冲击性、高温阻燃性指标和安全性6个性能鉴定指标。

关键词:飞行甲板防滑涂料; 防滑性; 耐磨损性; 耐冲击性; 高温阻燃性

PerformanceAppraisal Index Analysis of

Anti-skidCoating for the Flight Deck

YANG Zhe

( Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao Hebei 066000,China)

Abstract: In view of the lack of professionalperformance appraisal index,insufficient test coverage,and the difficulty of relevantstandards to meet the current performance appraisal test requirements,the working characteristics of the anti-skid coating environmentfor the flight deck were studied to summarize the performance requirements ofantiskid coatings.After comprehensive analysisof the standards of anti-skid coatings for U. S. military flight decks,the current industrial level of coatings in our country and theguarantee requirements of the actual working environment,six performance appraisal indexes were proposed,including skidresistance,abrasion resistance,corrosion resistance,impact resistance,high temperature flame retardancy andsafety.

Keywords: anti-skid coatings for flight decks; skid resistance; abrasion resistance; impact resistance; high temperature

flameretardancy

0 前言

舰船涂料作为保护船体免受腐蚀、磨损,并具备防滑、阻燃等功能的特种涂料,广泛应用于舰船的各个部位。舰载机飞行甲板防滑涂料作为保障飞机起降的关键一环,其性能的优劣将直接影响起降安全和航母战斗力生成。航母作为延伸飞机作战范围的海上平台,活动范围覆盖全球主要海域,因此,飞行甲板防滑涂料应能够承受腐蚀性大气、高温高湿、化学介质污染、不同程度起降冲击等带来的考验。我国航母建设尚处于起步阶段,飞行甲板防滑涂料的性能测试仍在探索中。考虑通过分析国内外飞行甲板防滑涂料相关标准及实际使用中发现的问题,提出符合我国航母实际使用特点的性能鉴定指标,为后续制定军用标准提供参考。

1 飞行甲板防滑涂料标准概况

1.1 美国军用标准

美国作为拥有航母最多的国家,飞行甲板防滑涂料体系已被世界上大多数拥有航母的国家所认可。近几十年来,随着航母吨位及航母布局的变化,舰载机的更替,起降方式的改变等一系列技术革新,美国飞行甲板防滑涂料MIL标准从MILD-23000A(1961)更新到MIL-P-246667C(2008),涉及涂料性能指标多达30余项[1]。其中,耐冲击性、耐磨损性、防滑性等性能指标要求均有较大提升。在美军标MIL-P-246667C中,根据不同的使用场合、舾装工艺、性能特点,将防滑涂料分为11类。每一类中又依据不同的功能区分为通用型(G),即常规耐磨甲板涂料体系和起降型(L),即用于航母着降区和滑行区的不磨损钢质缆绳的甲板涂料体系两类[2]。起降型涂料除了被规定应具备常规涂料的防护特性外,还被要求具有长使用寿命、耐加速腐蚀性、防滑性、阻燃性等与使用环境紧密相连的典型性能。历经几十年的变更和修正,美国形成了一套日趋完善的飞行甲板防滑涂料的性能指标体系和测试方法。

1.2 我国相关标准

由于我国航母工程领域经验积累较少,缺少专门基于舰载机飞行甲板防滑涂料的系统性研究,缺乏有针对的性能鉴定指标。目前可借鉴的甲板涂料标准主要有HJB285—2003《舰船涂料性能规范》、GJB5066—2001《直升机甲板防滑漆规范》、GB/T9261—2008《甲板漆》、GB/T1771—2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》、GB/T5210—2006《涂层附着力的测定法拉开法》、GB9263—1988《防滑甲板漆防滑性的测定》、GB/T9276—1996《涂层自然气候暴露试验方法》等。上述标准主要对通用甲板涂料的摩擦系数、附着力等基本指标作了规定,并且多数为国家标准。相比于美军标准,专属性、严格性、实用性和系统性方面都存在不足。在飞行甲板防滑涂料领域,我国亟须制定符合自身发展要求的军用标准。

2 飞行甲板防滑涂料性能要求

2.1 防滑性要求

舰载机在甲板停放、滑动和起降时,对甲板防滑性能,尤其是对横向的防滑性能有着严格要求。一旦防滑性不够,遇到较大风浪时,将大概率增加飞机侧滑的风险。因此,防滑性应贯穿于飞行甲板防滑涂料的使用寿命全周期。

2.2 耐磨损性要求

飞行甲板除作为舰载机起降平台外,还布置有多重航空保障装备,是舰载机航空保障作业的主要场所,承受着轮胎碾压、人员踩踏、阻拦索摩擦等各类磨损[3]。因此,要求飞行甲板防滑涂料必须具备很高程度的耐磨损性,不易出现防滑颗粒和涂料脱落现象,使用寿命长。

2.3 耐冲击性要求

在飞机频繁起降过程中,给甲板带来了巨大的冲击力,随着飞机吨位和起降速度的提升,冲击力度也相应提升。因此,飞行甲板防滑涂料必须具备可靠的耐冲击性,不应出现片状或大颗粒状涂料脱落的现象,以防止发生脱落涂料打伤飞机发动机的情况。

2.4 高温阻燃性要求

舰载机在起降过程中发动机喷出的高温燃气会冲刷飞行甲板,飞行甲板防滑涂料作为甲板的保护外衣将直接与燃气火焰进行接触。因此,要求防滑涂料必须具有高温阻燃特性,以防止发生火灾伤亡危害,同时还要避免涂料融化、变形、脱落等问题的发生。

3 飞行甲板防滑涂料性能鉴定指标

飞行甲板防滑涂料的性能对舰载机起降起着至关重要的作用,在研究防滑涂料性能鉴定指标时,除了考虑与舰载机起降直接相关的指标外,还要考虑防滑涂料自身的特性。作为性能鉴定指标,所有指标都应基于实际使用环境而确定,同时指标之间是相互联系的,不能独立开来进行研究。

3.1 防滑性指标

飞行甲板防滑涂料的防滑性测试通常以摩擦系数作为评判标准。目前,国内只有关于直升机的甲板防滑漆规范,缺乏专门用于舰载机飞行甲板防滑涂料的标准规范,而且标准中只对涂料初始状态时的静摩擦系数做了规定。考虑到舰载机的滑行起降方式,美军则针对性地提出了动摩擦系数指标[4]及测试方法。还对防滑涂料设置了初始状态和磨损状态下的两种测试试验,并在每一种状态下,又区分为干态、湿态和油态3种形式,见表1。

1.jpg

鉴于我国飞行甲板防滑涂料尚处于摸索阶段,在摩擦系数的制定上可结合自身技术水平并参考美军要求略有下调,但应保证两种测试状态下的测试和对动摩擦系数的考核。

3.2 耐磨损性指标

舰载机频繁起降会对飞行甲板防滑甲板涂料造成巨大的磨损,因此,需要对防滑涂料的耐磨损性进行严格考核。我国现有标准GJB5066—2001中对直升机甲板防滑漆的磨损性进行了规定,要求使用(500g)/(1000r)的橡胶砂轮打磨,磨损质量不大于15mg为合格。该要求相较于GB/T9261—2008中规定提高了近85%,是目前国内最高的标准要求。在美军标中,出于对阻拦索的保护考虑,采用专用的缆绳磨损仪进行测试,并分别对涂层的质量损失率和钢试棒直径进行测量,要求涂层质量损失率不大于10%,钢棒直径差异不大于0.025mm。美军标中的耐磨损性更贴近于实际使用需求,不仅考虑到对飞机的保护,还兼顾到对阻拦索的保护。

我国在制定飞行甲板防滑涂料的耐磨损性指标时,也应考虑涂料对阻拦索造成的磨损,而非一味追求高耐磨损性。在试验时还应着重关注焊接部位涂料的磨损性。由于焊接处表面不平整,且易存在焊渣或锈迹[5],易导致该处涂料内部存在气泡,因此,需对类似部位做专门测试。

3.3 磨损部位性能指标

开展涂料测试时,除防滑性外的大部分指标均是基于涂料的初始状态测试所得。出于实际使用和对涂料技术改进的考虑,对涂料磨损部位开展性能测试具有十分重要的意义。对磨损部位的性能测试主要考虑裸露表层粉化程度和耐腐蚀性。

3.3.1 粉化程度

通常树脂是飞行甲板防滑涂料的主要组成成分,这类有机材料在大气环境下均有降解的倾向,在强紫外线、高温高湿环境下,降解作用更为明显。在降解作用下,防滑涂料中的基料会被分解成易挥发的物质或水溶性的物质,进而致使表层涂料的基料减少,造成涂膜收缩且厚度下降,当表层基料减少到一定程度时,便开始出现粉化作用。遭受磨损的部位因失去表层防护,防滑涂料内层的降解和粉化加速。为了保障飞机起降安全,磨损处防滑涂料的粉化程度应作为一项性能鉴定指标。

目前美军标和国军标均无关于磨损后涂料粉化程度的标准。GB/T9261—2008只是在耐候性中对未磨损漆提到了粉化要求,GB14826—93也仅仅是关于色漆粉化程度的评定方法。该项指标需要在科研试验阶段进行数据积累,并充分考虑影响舰载机安全起降的颗粒数量等级和体积边界,进而制定出量化的性能鉴定指标。

3.3.2 耐腐蚀性

飞行甲板防滑涂料施工时,通常会涂布多道漆层,以达到要求的性能和厚度。遭受磨损的部位,尤其是露出钢板的部位,不同漆间的层隙和涂料与钢板间的缝隙容易受到盐雾、霉菌和油污等介质的侵蚀[6]。美军认为飞行甲板防滑涂料需要根据使用环境、海洋大气、海水、舰载机燃油、甲板清洁剂和防冻防雾液进行涂料二次冲击后的耐腐蚀性试验。美军还根据不同的涂料类别按照相应标准制定了耐盐雾性、耐光及水的人工加速老化性和耐化学物质溶液性的相关试验,以对防滑涂料的耐腐蚀性做出最终评定,见表2。

2.png

我国的GJB5066—2001和GB/T9261—2008只是对直升机甲板漆和通用甲板漆的初态耐盐雾性、耐盐水性、耐柴油性和耐人工气候老化性等指标提出了要求,其要求不仅低于美军标准,而且不适用于飞行甲板防滑涂料。应充分借鉴美军的测试方法和评定标准制定这部分性能鉴定指标。

3.4 耐冲击性指标

飞行甲板防滑涂料不仅要承受飞机降落时轮胎带来的冲击更要承受尾钩的冲击,为了保证防滑涂料能够达到规定的使用寿命和起降次数,需要对防滑涂料的耐冲击性做出相应规定和考核。在我国标准和美军标中都有关于耐冲击性的测试方法,均是采取重锤下落方式来模拟冲击,但方法和评判标准均有所区别,见表3。

3.png

美军标中除了耐冲击性的评判指标外,还有龟裂等级和裂纹等级要求。这2项指标是用于短期内检测飞行甲板防滑涂料的使用寿命而设计,当防滑涂料破坏程度大超出2项指标的要求时,即为使用寿命不合格。虽然这2项指标是为考核防滑涂料寿命而制定的,但也可作为耐冲击性的附加指标。相较而言,我国标准中的耐冲击指标过于简单化和理想化,无量化的评判要求脱离了实际情况,且不适用于防滑涂料的测试。在制定专用的耐冲击性指标时,应参考美军标的评判思路,将指标量化和充分化。

3.5 高温阻燃性指标

舰载机在起降时,高温尾流会对飞行甲板带来破坏,飞行甲板防滑涂料需要在保护甲板的同时,还兼顾使用寿命。因此,需要具备高温阻燃的性能。目前,我国甲板漆的标准都是通用型,没有高温阻燃性指标要求。美军则专门制定了相关标准和测试方法,采用了可模拟舰载机高温尾流的特殊装置,通过调节燃气和空气的流量,以实现对火焰的控制并实现各种尾流状态下涂料的阻燃效果,其规定涂料的被燃烧长度小于254mm为合格。美军十分重视该指标和涂料的高温阻燃性关系装备的使用安全和人员安全,我国也应尽快制定这部分的性能鉴定指标和测试方法。

3.6 安全性指标

飞行甲板防滑涂料作为一种特种材料,其自身安全性影响着人员健康和装备使用。因此,安全性指标也应作为性能考核的一项。

①对装备使用的影响,过多的防滑颗粒及大块脱落的防滑涂料都会对舰载机飞行带来不良后果,防滑颗粒过硬还会过度磨损阻拦索,进而影响舰载机着舰安全,该部分可结合前文相关指标考核;

②对人员健康的安全性,飞行甲板是舰员工作和生活的重要平台,涂料作为多种化学物质和金属物质的混合物,对人体健康的伤害性应作为安全性考核的一项内容;

③对自然环境的影响,也是现代涂料的发展方向,更加注重人与自然的关系。

目前,我国甲板漆标准中没有具体的无毒、生态要求,美军的也只制定了环保方面的内容。安全性作为防滑涂料中不可忽视的一项,应纳入到性能鉴定指标中。

参考文献

[1]邓琦,徐金文,高新华,等.舰船甲板防滑涂料技术现状及发展趋势[J].中国舰船研究,2013,8(2):111-116.

[2]胡生祥,秦瑞瑞,赤建玉,等.飞行甲板用防滑涂料的研究进展[J].有机硅材料,2019,33(5):418-423.

[3]洪伟宏.国外航母甲板防滑涂料技术现状及发展趋势[J].舰船科学技术,2015,37(12):166-169.

[4]孙祖信,陈凯锋,张东亚.从最新MIL军标看航母飞行甲板涂料的技术特点[C].中国石油和化学工业协会.第二届全国特种涂料(涂层)行业技术交流及应用研讨会论文集.2007:1-4.

[5]尹路,张荣培.简谈舰船飞行甲板防滑涂料施工质量控制[J].海军工程技术,2018(1):47-48,53.

[6]董言治,任建存,刘振杰.霉菌和微生物对舰船的腐蚀及其涂料防护研究[J].现代涂料与涂装,2006(7):30-32.

文章发表于《船海工程》2020年05期



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