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飛行甲板防滑涂料性能鑒定指標分析

發布時間:2021.04.09    點擊數: 10113
0 前言
 
      艦船涂料作為保護船體免受腐蝕、磨損,并具備防滑、阻燃等功能的特種涂料,廣泛應用于艦船的各個部位。艦載機飛行甲板防滑涂料作為保障飛機起降的關鍵一環,其性能的優劣將直接影響起降安全和航母戰斗力生成。航母作為延伸飛機作戰范圍的海上平臺,活動范圍覆蓋全球主要海域,因此,飛行甲板防滑涂料應能夠承受腐蝕性大氣、高溫高濕、化學介質污染、不同程度起降沖擊等帶來的考驗。我國航母建設尚處于起步階段,飛行甲板防滑涂料的性能測試仍在探索中??紤]通過分析國內外飛行甲板防滑涂料相關標準及實際使用中發現的問題,提出符合我國航母實際使用特點的性能鑒定指標,為后續制定軍用標準提供參考。
 
1 飛行甲板防滑涂料標準概況
 
1.1 美國軍用標準
       美國作為擁有航母最多的國家,飛行甲板防滑涂料體系已被世界上大多數擁有航母的國家所認可。近幾十年來,隨著航母噸位及航母布局的變化,艦載機的更替,起降方式的改變等一系列技術革新,美國飛行甲板防滑涂料MIL標準從MILD-23000A(1961)更新到MIL-P-246667C(2008),涉及涂料性能指標多達30余項。其中,耐沖擊性、耐磨損性、防滑性等性能指標要求均有較大提升。在美軍標MIL-P-246667C中,根據不同的使用場合、舾裝工藝、性能特點,將防滑涂料分為11類。每一類中又依據不同的功能區分為通用型(G),即常規耐磨甲板涂料體系和起降型(L),即用于航母著降區和滑行區的不磨損鋼質纜繩的甲板涂料體系兩類。起降型涂料除了被規定應具備常規涂料的防護特性外,還被要求具有長使用壽命、耐加速腐蝕性、防滑性、阻燃性等與使用環境緊密相連的典型性能。歷經幾十年的變更和修正,美國形成了一套日趨完善的飛行甲板防滑涂料的性能指標體系和測試方法。
1.2 我國相關標準
       由于我國航母工程領域經驗積累較少,缺少專門基于艦載機飛行甲板防滑涂料的系統性研究,缺乏有針對的性能鑒定指標。目前可借鑒的甲板涂料標準主要有HJB285—2003《艦船涂料性能規范》、GJB5066—2001《直升機甲板防滑漆規范》、GB/T9261—2008《甲板漆》、GB/T1771—2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》、GB/T5210—2006《涂層附著力的測定法拉開法》、GB9263—1988《防滑甲板漆防滑性的測定》、GB/T9276—1996《涂層自然氣候暴露試驗方法》等。上述標準主要對通用甲板涂料的摩擦系數、附著力等基本指標作了規定,并且多數為國家標準。相比于美軍標準,專屬性、嚴格性、實用性和系統性方面都存在不足。在飛行甲板防滑涂料領域,我國亟須制定符合自身發展要求的軍用標準。
 
2 飛行甲板防滑涂料性能要求
 
2.1 防滑性要求
       艦載機在甲板停放、滑動和起降時,對甲板防滑性能,尤其是對橫向的防滑性能有著嚴格要求。一旦防滑性不夠,遇到較大風浪時,將大概率增加飛機側滑的風險。因此,防滑性應貫穿于飛行甲板防滑涂料的使用壽命全周期。
2.2 耐磨損性要求
飛行甲板除作為艦載機起降平臺外,還布置有多重航空保障裝備,是艦載機航空保障作業的主要場所,承受著輪胎碾壓、人員踩踏、阻攔索摩擦等各類磨損。因此,要求飛行甲板防滑涂料必須具備很高程度的耐磨損性,不易出現防滑顆粒和涂料脫落現象,使用壽命長。
2.3 耐沖擊性要求
在飛機頻繁起降過程中,給甲板帶來了巨大的沖擊力,隨著飛機噸位和起降速度的提升,沖擊力度也相應提升。因此,飛行甲板防滑涂料必須具備可靠的耐沖擊性,不應出現片狀或大顆粒狀涂料脫落的現象,以防止發生脫落涂料打傷飛機發動機的情況。
2.4 高溫阻燃性要求
艦載機在起降過程中發動機噴出的高溫燃氣會沖刷飛行甲板,飛行甲板防滑涂料作為甲板的保護外衣將直接與燃氣火焰進行接觸。因此,要求防滑涂料必須具有高溫阻燃特性,以防止發生火災傷亡危害,同時還要避免涂料融化、變形、脫落等問題的發生。
 
3 飛行甲板防滑涂料性能鑒定指標
 
飛行甲板防滑涂料的性能對艦載機起降起著至關重要的作用,在研究防滑涂料性能鑒定指標時,除了考慮與艦載機起降直接相關的指標外,還要考慮防滑涂料自身的特性。作為性能鑒定指標,所有指標都應基于實際使用環境而確定,同時指標之間是相互聯系的,不能獨立開來進行研究。
3.1 防滑性指標
飛行甲板防滑涂料的防滑性測試通常以摩擦系數作為評判標準。目前,國內只有關于直升機的甲板防滑漆規范,缺乏專門用于艦載機飛行甲板防滑涂料的標準規范,而且標準中只對涂料初始狀態時的靜摩擦系數做了規定。
鑒于我國飛行甲板防滑涂料尚處于摸索階段,在摩擦系數的制定上可結合自身技術水平并參考美軍要求略有下調,但應保證兩種測試狀態下的測試和對動摩擦系數的考核。
3.2 耐磨損性指標
艦載機頻繁起降會對飛行甲板防滑甲板涂料造成巨大的磨損,因此,需要對防滑涂料的耐磨損性進行嚴格考核。我國現有標準GJB5066—2001中對直升機甲板防滑漆的磨損性進行了規定,要求使用(500g)/(1000r)的橡膠砂輪打磨,磨損質量不大于15mg為合格。該要求相較于GB/T9261—2008中規定提高了近85%,是目前國內最高的標準要求。在美軍標中,出于對阻攔索的保護考慮,采用專用的纜繩磨損儀進行測試,并分別對涂層的質量損失率和鋼試棒直徑進行測量,要求涂層質量損失率不大于10%,鋼棒直徑差異不大于0.025mm。美軍標中的耐磨損性更貼近于實際使用需求,不僅考慮到對飛機的保護,還兼顧到對阻攔索的保護。
我國在制定飛行甲板防滑涂料的耐磨損性指標時,也應考慮涂料對阻攔索造成的磨損,而非一味追求高耐磨損性。在試驗時還應著重關注焊接部位涂料的磨損性。由于焊接處表面不平整,且易存在焊渣或銹跡,易導致該處涂料內部存在氣泡,因此,需對類似部位做專門測試。
3.3 磨損部位性能指標
開展涂料測試時,除防滑性外的大部分指標均是基于涂料的初始狀態測試所得。出于實際使用和對涂料技術改進的考慮,對涂料磨損部位開展性能測試具有十分重要的意義。對磨損部位的性能測試主要考慮裸露表層粉化程度和耐腐蝕性。
3.3.1 粉化程度
通常樹脂是飛行甲板防滑涂料的主要組成成分,這類有機材料在大氣環境下均有降解的傾向,在強紫外線、高溫高濕環境下,降解作用更為明顯。在降解作用下,防滑涂料中的基料會被分解成易揮發的物質或水溶性的物質,進而致使表層涂料的基料減少,造成涂膜收縮且厚度下降,當表層基料減少到一定程度時,便開始出現粉化作用。遭受磨損的部位因失去表層防護,防滑涂料內層的降解和粉化加速。為了保障飛機起降安全,磨損處防滑涂料的粉化程度應作為一項性能鑒定指標。
目前美軍標和國軍標均無關于磨損后涂料粉化程度的標準。GB/T9261—2008只是在耐候性中對未磨損漆提到了粉化要求,GB14826—93也僅僅是關于色漆粉化程度的評定方法。該項指標需要在科研試驗階段進行數據積累,并充分考慮影響艦載機安全起降的顆粒數量等級和體積邊界,進而制定出量化的性能鑒定指標。
3.3.2 耐腐蝕性
飛行甲板防滑涂料施工時,通常會涂布多道漆層,以達到要求的性能和厚度。遭受磨損的部位,尤其是露出鋼板的部位,不同漆間的層隙和涂料與鋼板間的縫隙容易受到鹽霧、霉菌和油污等介質的侵蝕。美軍認為飛行甲板防滑涂料需要根據使用環境、海洋大氣、海水、艦載機燃油、甲板清潔劑和防凍防霧液進行涂料二次沖擊后的耐腐蝕性試驗。
我國的GJB5066—2001和GB/T9261—2008只是對直升機甲板漆和通用甲板漆的初態耐鹽霧性、耐鹽水性、耐柴油性和耐人工氣候老化性等指標提出了要求,其要求不僅低于美軍標準,而且不適用于飛行甲板防滑涂料。應充分借鑒美軍的測試方法和評定標準制定這部分性能鑒定指標。
3.4 耐沖擊性指標
飛行甲板防滑涂料不僅要承受飛機降落時輪胎帶來的沖擊更要承受尾鉤的沖擊,為了保證防滑涂料能夠達到規定的使用壽命和起降次數,需要對防滑涂料的耐沖擊性做出相應規定和考核。
美軍標中除了耐沖擊性的評判指標外,還有龜裂等級和裂紋等級要求。這2項指標是用于短期內檢測飛行甲板防滑涂料的使用壽命而設計,當防滑涂料破壞程度大超出2項指標的要求時,即為使用壽命不合格。雖然這2項指標是為考核防滑涂料壽命而制定的,但也可作為耐沖擊性的附加指標。相較而言,我國標準中的耐沖擊指標過于簡單化和理想化,無量化的評判要求脫離了實際情況,且不適用于防滑涂料的測試。在制定專用的耐沖擊性指標時,應參考美軍標的評判思路,將指標量化和充分化。
3.5 高溫阻燃性指標
艦載機在起降時,高溫尾流會對飛行甲板帶來破壞,飛行甲板防滑涂料需要在保護甲板的同時,還兼顧使用壽命。因此,需要具備高溫阻燃的性能。目前,我國甲板漆的標準都是通用型,沒有高溫阻燃性指標要求。美軍則專門制定了相關標準和測試方法,采用了可模擬艦載機高溫尾流的特殊裝置,通過調節燃氣和空氣的流量,以實現對火焰的控制并實現各種尾流狀態下涂料的阻燃效果,其規定涂料的被燃燒長度小于254mm為合格。美軍十分重視該指標和涂料的高溫阻燃性關系裝備的使用安全和人員安全,我國也應盡快制定這部分的性能鑒定指標和測試方法。
3.6 安全性指標
飛行甲板防滑涂料作為一種特種材料,其自身安全性影響著人員健康和裝備使用。因此,安全性指標也應作為性能考核的一項。①對裝備使用的影響,過多的防滑顆粒及大塊脫落的防滑涂料都會對艦載機飛行帶來不良后果,防滑顆粒過硬還會過度磨損阻攔索,進而影響艦載機著艦安全,該部分可結合前文相關指標考核;②對人員健康的安全性,飛行甲板是艦員工作和生活的重要平臺,涂料作為多種化學物質和金屬物質的混合物,對人體健康的傷害性應作為安全性考核的一項內容;③對自然環境的影響,也是現代涂料的發展方向,更加注重人與自然的關系。目前,我國甲板漆標準中沒有具體的無毒、生態要求,美軍的也只制定了環保方面的內容。安全性作為防滑涂料中不可忽視的一項,應納入到性能鑒定指標中。
 
來源:中國腐蝕與防護網

 

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