随着探测技术的飞速发展,隐身性能成为武器装备的一项关键技术指标,各种隐身飞机、隐身舰艇、隐身坦克及装甲战车等各类新型隐身武器也将进一步增多,并逐渐向实战化和系列化方向发展[1]。对于各种隐身手段来说,隐身涂料是目前用得最多、最有效的隐身技术手段之一[2]。隐身涂料可使军事目标减小自身的信号特征,提高自身的生存能力,且隐身涂料使用方便,不需对武器装备和重点设施的外形进行改动,可制成隐身涂层或隐身罩,特别适宜现场及野战条件下对军事目标实施快速隐身,因此隐身涂料在现代隐身技术中具有广阔的发展和应用前景[3]。
目前工程化应用最多的隐身材料就是雷达吸波涂料,它不同于普通涂料,施工难度较大。由于隐身涂层设计较厚,施工中涂料易流挂、滴落,造成涂层极不均匀;同时在使用过程中涂层易开裂、脱落等,严重影响其隐身效果。针对上述技术难点,笔者就如何从雷达吸波涂料的涂装工艺方面提高吸波涂层的附着力和涂层的均匀性等进行了探讨。
1雷达吸波涂料
雷达吸波涂料是一种能够吸收电磁波、降低目标雷达特征信号,使其具有难以被发现、识别的功能性材料,是实现武器装备雷达隐身的主要途径之一,也是对军事设施进行隐身化改造的重要技术措施。吸波涂料主要由粘结剂和吸收剂组成。粘结剂是涂料的成膜物质,是使涂层牢固粘附于被涂物表面形成连续膜的主要物质;而具有特定电磁参数的吸收剂是吸波涂料的关键,它决定了吸波涂料的吸波性能[4]。
2吸波涂料涂装技术
2.1涂装技术
涂装是在经表面准备的基体上涂覆涂料而形成均匀、连续、附着牢固且具备耐腐蚀性能或功能的涂膜的过程或技术的总称。涂装是一系统工程,它涵盖了要涂装基体的结构设计、要涂覆表面的表面准备、适当涂料的选择和相应涂层体系的设计。
涂装是在一定环境条件下,经过喷涂、刷涂或滚涂等方法,在涂料所能接受或指定的物件表面形成有一定附着力与厚度的漆膜,以实现其对被涂物的保护、装饰、标志和其他作用。在此过程中,涉及了表面处理技术、涂敷技术、装备技术,它们三者即为涂装技术的组合[5]。“三分涂料,七分涂装”是业内的常识,说明涂装工艺的重要性[6]。
雷达吸波涂料作为一种功能涂料,它的涂装与普通涂料的涂装具有一定的共性,但更具有其自身的特点。
2.2对吸波涂层的要求
隐身技术是指减小目标的各种可探测特征,使敌方探测设备难以发现或使其探测能力降低的综合性技术[7]。雷达隐身要求涂层对雷达波具有低的反射特性[8]。吸波涂层要求牢固粘附于被涂物表面连续成膜,并且要具有良好的隐身性能和环境适应性。隐身技术对吸波材料的基本要求如下[9]:材料的化学稳定性应有较宽的温度范围;具有较好的机械强度和施工性能;对微波吸收率高,响应频带宽;附着力好,耐老化及各种介质的腐蚀。
2.3吸波涂料施工的特点
吸波涂料作为一种特殊的功能材料[10],在工程化应用过程中有其自身的特点:涂料比重大;涂料施工黏度大,施工中易流挂;施工道数多,周期长;涂层较厚;涂膜均匀性要求高。
2.4吸波涂料一般涂装工艺
雷达吸波涂料一般涂装工艺流程为:前处理“底涂”涂覆吸波涂料“涂层固化”补吸波腻子。
2.4.1前处理
各种材料及其制品的表面,由于加工、储存、运输过程中通常都容易生成和附着异物,如氧化物、油污、加工碎削、尘土等,会影响涂层的附着性能及保护性能,不宜直接进行涂装,需作适当的表面处理,如清除涂件表面的锈或腐蚀产物、油脂、尘粒等。涂装前表面处理的好坏,对涂层质量有极大的影响。涂装前表面处理的目的在于:增加涂层对被涂物表面的附着力;提高被涂物的保护性能;为涂层的平整性创造良好的条件,提高涂层的装饰性。
涂装前处理包括对整个产品和部件进行抛丸、喷砂、去尘和清洁。抛丸或喷砂对于除锈和粗化效果都很好,表面产生适当的粗糙度使其显微的凹凸或谷峰
能将其表面涂覆的涂膜机械、牢牢地锚联或嵌合,从而保证涂膜与基体之间具有牢固的附着力,并且能够得到较高的粘接强度和较好的耐久性,这也是吸波涂料涂装前处理最关键和重要的手段之一。
2.4.2底涂
底涂一般采用富锌底漆,富锌涂料是钢结构防腐蚀涂料中最重要的底漆,膜厚要求控制在20~30微米之间。喷涂完毕,根据富锌底漆干燥工艺要求进行干燥。漆前表面处理和涂底漆是吸波涂层的基础,它们质量的优劣直接影响装备的耐腐蚀性和使用寿命。需要指出的是,装备的所有焊接部位都必须喷涂富锌底漆来防腐。
2.4.3涂覆吸波涂料
吸波涂层厚度一般都在0.7mm以上,必须分3~5道施工才能满足要求,而且每道施工不超过0.2~0.3mm,这样效果较好,太厚就易产生流挂现象。每道施工完成后一般要求涂膜干燥固化后,才能进行下一道喷涂施工。
涂覆吸波涂料一般从以下几方面掌握:
1)喷涂距离,一般为30~35cm。喷涂距离保持恒定是确保涂层均匀的重要因素。手持喷枪使喷束自始至终垂直于表面。弧形移动喷枪会导致漆膜不均匀,并在每一道出现中间漆膜厚度过大,而两端漆膜较薄,甚至干喷的现象。当喷枪离表面呈45弧状时,约有65%的涂料损失。喷涂时,如果离表面太近,会引起涂料堆积,涂膜厚度过大甚至产生流挂;如果太远,又会引起干喷,涂料不能有效地呈湿态附着。
2)喷雾雾幅的重叠。由于喷雾图形中部涂膜较厚,边缘较薄,喷涂时,必须前后雾幅相互搭接,才能使涂膜均匀,即在喷完第一排雾幅后,第二排雾幅要与第一排雾幅重叠15%~25%,以保证膜厚均匀。
3)喷枪移动速率。在钢结构喷涂工艺中,每种涂料必须达到其规定膜厚。按确定膜厚而选择的喷嘴有其固定的流量和喷幅,所以喷枪移动速率是掌握和控制膜厚的主要因素,应当按照涂膜厚度的要求确定适当的运行速率,并保持恒定,以取得均匀的膜厚。
4)喷嘴的磨损与及时调换。经过一段时间的使用,喷嘴会不同程度地受到磨损。富锌底漆及防锈底漆对喷嘴的磨损比面漆大。喷嘴磨损后,喷孔变得大而圆,喷出涂料的扇形面变小,流量增大,严重影响漆膜的外观质量及膜厚质量,通常在扇形面积小于25%时,需及时更换喷嘴。
2.4.4涂层固化
目前国内外的吸波涂层一般都可自然干燥固化和加热干燥固化。自然干燥固化的缺点是施工周期较长,优点是节约能源;而加热干燥固化则恰恰相反。一般根据自身的实际情况选择涂层固化方式。吸波涂层如果采用加热干燥固化,一般采取阶梯式升温方式,其好处是避免流挂现象的产生,同时有利于残余应力的释放,提高涂层的附着力。
2.4.5补吸波腻子
吸波涂层干燥后,用吸波腻子填补沙眼、针孔、砂痕。待吸波腻子干燥后再用400~600目水砂纸进行打磨。打磨结束后应保证被涂件的平整、清洁。
3主要问题的分析与解决
3.1流挂和滴落
在吸波涂料涂装过程中,由于吸收剂的比重大,且涂层较厚,极易造成吸波涂层出现流挂、滴落现象,使外观效果很差。吸波涂料中吸收剂含量高,分散效率差,在无助剂的情况下,吸收剂颗粒间是相互直接接触的,极易形成死沉淀,分散效果不好。研究表明:使用可控制絮凝的聚羧酸类润湿分散剂具有理想的润湿、降黏和分散作用,可防止死沉淀和流挂,与有机膨润土等并用时具有明显的防沉淀协同效应。
3.2施工均匀性
吸波涂料的施工与普通油漆相比,由于电磁设计的要求,因而对涂层厚度的要求更加严格,涂层厚度均匀性差将严重影响吸波性能。解决的办法一般是采取多道喷涂,每道喷涂漆量、喷枪距离、喷涂气压、喷枪移动速率、喷涂间隔时间等可控因素尽量保持一致。
3.3涂层附着力
目前国内外吸波涂料的粘结剂都是采用环氧-胺体系。环氧树脂的自身特性决定了其与钢板底材的线膨胀系数相差几个数量级,在大面积厚涂层的施工和使用过程中,随着环境温度的交变,涂层必然会产生应力开裂和脱落现象;同时在温度较低时(5℃以下),环氧树脂固化困难,强度低。
橡胶粘结剂虽然柔性较好,但附着力低,对填料的纳入量低,涂层中溶剂含量高,固体分少,需要施工多次才能达到厚度要求。吸波涂层在装备服役过程中还会因为其它原因造成剥落。例如,涂层的透气性不好,不能及时释放出基材本身向外挥发的能量,则在涂层与基材的结合点产生矛盾,引起涂层起泡、剥落。
笔者经过多年涂层工程化应用的研究发现,影响涂层附着力的因素主要有以下几个方面:
1)涂层与基体表面的极性适应性,即涂层的附着力产生于涂料中聚合物的分子基定向与基体表面极性分子的极性基之间的相互吸引力,附着力随成膜物极性增大而增强,在成膜物质中加入极性物质,附着力增大。
2)涂层与基体表面任何一方极性基减少,都会影响附着力。例如,基体表面存在污物、油脂、灰尘等都会降低极性;聚合物分子内的极性基自行结合,造成极性点减少。
3)涂料中低分子量物质或助剂,如水、灰尘、酸、碱、硬脂酸盐、增塑剂等在涂层和基体的界面形成弱界面层,减小极性,使附着力降低。
4)涂层干燥过程中,溶剂挥发产生交联,涂层收缩引起附着力降低。
大量试验研究表明,通过采取以下途径可以提高涂层的附着力:基体表面经过抛丸、喷砂、打磨等手段提高表面粗糙度,增加有效附着面积;彻底清除基体表面油污、灰尘等杂质,获得极性表面;对无机填料进行表面处理,降低涂料组分间的表面张力,提高润湿效率;适当增加涂料的流动性,提高对基体表面的润湿性;添加无机粉末填料,降低涂料的热胀系数;涂层固化采用阶梯式升温方式,利于残余应力的释放。
4结语
1)通过对基材进行不同程度的”喷砂“前处理,增加基材表面的粗糙度,可以显著提高涂层的附着力,满足武器装备对吸波涂层高附着力的要求。
2)吸波涂层的厚度一般都比较厚,在涂装过程中采用”多次喷涂“和”阶梯式升温“等特殊涂装工艺可以有效防止涂层流挂现象,并且有利于残余应力的释放,保证涂层的厚度和质量要求。 |
