飞机复合材料天线罩喷涂针孔故障分析与改进

 

　　（国营四达机械制造公司，陕西 咸阳 712203）

 

　　摘要：飞机复合材料天线罩是由玻璃纤维复合材料制成的，其喷涂质量是其综合性能的重要组成部门，其中针孔缺陷是飞机天线罩喷涂常见故障，本文分析了缺陷产生的原因，提出了故障排除方法，制定了纠正预防措施，有效解决了玻璃纤维复合材料天线罩制品在喷涂中产生的针孔故障。

 

　　关键词：天线罩；喷涂；针孔；故障分析；改进

 

　　0  引言

 

　　飞机天线罩主要是由透波性能优异的玻璃纤维复合材料制成的，其结构形式分为蜂窝夹层的空心结构和多层玻璃布叠加的实心结构两种。天线罩多装于飞机头部，在保证飞机气动结构的同时，属于天线的电磁窗，有效保证天线的正常使用。飞行中受高速气流的冲刷和由摩擦而产生的气动力热的作用，因此飞机天线罩表面涂层不仅应具备优异的防护性，耐磨性和耐热性，而且还要求有良好的透波性、抗雨蚀性和防静电性能。优良的涂层质量，可大幅减少外界环境对罩体的损伤，效保证天线罩复合材料的结构稳定性和微波传输效率，提升产品寿命，有效保证天线罩修理制造和修理和可靠性。本文从某型飞机天线罩涂漆时出现针孔缺陷入手，分析了缺陷产生的原因，提出了改进办法，制定了纠正预防措施，有效解决了玻璃纤维复合材料制品在喷涂中产生的针孔故障。

 

　　1  天线罩漆层针孔故障情况

 

　　天线罩外蒙皮表面喷涂干燥后，在漆膜表面会出现一种凹陷透底的针尖细孔现象[1]。这种针尖状细孔就和针刺小孔一样，孔径在100 μm左右，严重影响外观质量，降低漆层防护效果。故障现象如图1所示。

 

　　图1 故障现象（略）

 

　　2  针孔故障形成原因分析

 

　　漆层针孔是喷漆的常见故障，主要是指在涂料漆膜表面出现的一种凹陷透底的细尖现象，主要在喷涂施工中由涂层中的气泡和杂质产生。飞机天线罩属复合材料制品，复材基体不致密也会在喷漆过程产生针孔故障。

 

　　天线罩漆主要工序有零件表面准备、漆料准备、打磨、涂漆、干燥、检验等几个环节。天线罩蒙皮涂层之所以容易出现针孔缺陷，主要与罩体本身缺陷和喷漆过程控制不当有关，具体如下：一是罩体本身存在表面缺陷，制造或修理后的天线罩蒙皮表面的玻璃纤维本身有一定的缝隙，在固化成型的过程中，由于表面树脂含量较少从而使形成的天线罩表面容易出现针孔；二是喷漆工艺问题，主要表现在被涂表面处理不当，残留有水、油或其他不洁物；配漆时搅拌不充分，底漆分散不良，流平性差[2]；配漆后长时间搅拌，混入空气，喷涂生成无数气泡，有可能喷涂时压力过高，破坏了湿膜中溶剂平衡；喷涂环境不佳，空气流通快，温度高，干燥过早；天线罩喷涂后过早的置于干燥箱或高温处，表面结膜，溶剂挥发穿破表膜；湿膜、干膜过厚等原因引起。

 

　　3  针孔故障排除方法

 

　　为了排除针孔缺陷，通常可使用腻子填充天线罩表面的针孔，或向天线罩表面的针孔喷涂底漆以实现对针孔的修补。但是对于天线罩产品属于天线的电磁窗，过厚的漆层对其透波性能有较大影响。所以底漆喷涂和腻子刮涂都会降低罩体的透波性能，目前在天线罩类产品针孔故障排除中已不推荐使用。目前可采用一种一些专用的针孔填充类产品来排除针孔故障，就以中国航发北京航空材料研究院的H01-1752针孔填充剂为例，使用其对树脂基复合材料天线罩体底层进行处理，能够有效排除针孔故障，具体排除工作如下:

 

　　首先对针孔部位的漆层进行打磨处理，去掉针孔部位的底漆。对打磨部位彻底清洗去掉油污和粉尘，并确保蒙皮表面PH值呈中性且水膜连续达30 s。将罩体置于干燥箱中进行烘干，去除罩体中残留水汽；刷涂H01-1752针孔填充剂并干燥。在对底漆进行低温加热处理，将底漆重复刮涂于平板表面，直至呈黏稠状。将呈黏稠状的底漆刮涂于修补区域的表面，并进行2——3次刮涂，以使底漆完全进入针孔中。对涂覆好底漆的天线罩进行加热烘干处理后采用600——1000目的砂纸对底漆进行打磨处理，依次喷涂相应的面漆后完成罩体漆层修复。对使用H01-1752针孔填充剂的前后的喷涂试样透波检测，对天线罩的透波传输效率基本无影响。

 

　　4  针孔故障预防

 

　　针孔故障为天线罩喷涂常见故障，经常需要多次返工喷涂，才能满足工艺需求，大大降低生产效率。所以要加强天线罩针孔故障的预防工作，主要方向是喷涂的过程中加强过程控制，从过程控制细节入手减少诱因。经分析天线罩喷涂过程中的表面前处理、涂漆与干燥这三大主要工序是产生针孔故障的主要影响因素。各工序主要预防措施如下：

 

　　4.1  涂装前的表面处理

 

　　4.1.1 打磨清洗

 

　　控制好天线罩罩体蒙皮成型过程，确保蒙皮树脂含量符合要求。对天线罩罩体进行检查确保罩体制造和修理表面已完全固化且制造和修补中产生的表面缺陷满足喷漆前处理要求。对完全固化的罩体表面先用120号砂纸轻轻打磨，然后用400号以上水砂纸打磨至罩体表面均匀光滑无亮点（不允许打磨破坏表面纤维层），用丙酮或酒精擦洗整个罩体表面，对打磨碎屑和其他污物进行清洁。在表面用细砂布均匀打磨经过清洗并干燥后的底漆表面。用水膜法检验，至水膜连续30 s不断，清洗干净。

 

　　4.1.2  干燥

 

　　复合材料容易吸收水分，在打磨后和喷漆前应对罩体进行充分干燥。因在洁净的烘房内采用60——70 ℃干燥6——8 h或30——40 ℃干燥12 h以上，方可进行底漆施工。

 

　　4.2  涂漆

 

　　4.2.1  漆料控制

 

　　所用的材料必须是合格品，且在贮存期内使用。开桶前除去表面灰尘，开桶后彻底搅拌均匀。双组分材料按照厂家所规定的比例称取所需的量，在不断搅拌的情况下，缓慢地将固化剂加入漆料中，并充分搅拌均匀，根据施工要求用相应地稀释剂调整好施工黏度。配漆时注意底漆、面漆的配套性，严格按比例称量，严格控制稀释、过滤、黏度、熟化时间等工艺参数，并在规定的使用期内用完。

 

　　4.2.2　环境控制

 

　　涂漆厂房空气洁净、干燥、无侧风，温度应受控制，喷涂天线罩最佳温湿度控制范围是在20——28 ℃，相对湿度不超过65%为最佳[3]。对喷涂用压缩空气水分和清洁度进行检测和控制。

 

　　4.2.3　喷涂过程控制

 

　　1）使用针孔填充剂

 

　　可采用针孔填充剂进行针孔的预防，针孔填充剂的施工最好采用刷涂地方式进行。

 

　　2）底漆施工过程控制

 

　　在处理合格的罩体表面进行交叉喷涂，涂层间间隔以涂层表干为准，至干膜厚度达到规定要求，漆层实干后，轻轻打磨，再进行面漆的施工。喷漆时的搭接宽度50%，喷距（150——250 mm），漆膜厚度控制20μm以下。

 

　　3)面漆施工过程控制

 

　　底漆完全干燥后才能进行面漆施工；喷涂时表面交叉喷涂1——2遍面漆，涂层间间隔以涂层表干为准，通常控制涂层干厚度20——40 μm。面漆施工结束后，应在厂房内常温下放置1——2 d让其自然干燥，再进行加温干燥，60——80 ℃烘烤固化4——10 h。

 

　　5 　总结

 

　　在飞机天线罩修理过程中，天线罩蒙皮表面涂装往往是最终工序，喷涂质量的优劣，决定着天线罩的表观质量且对其电性能也有一定的影响。针孔故障属于复合材料制品的喷漆的常见故障，严重影响天线罩外观质量，也大幅降低了漆层对罩体的防护功能。目前加强过程控制是降低天线罩喷涂中针孔故障的最有效手段，针孔填充剂等材料的使用也为解决喷涂中的针孔故障提供的新的思路，两种手段相结合使用可有效减少针孔故障的发生率，可显著降低返工排故次数，大幅提升生产效率。

 

　　参考文献：

 

　　[1]　潘继民.涂装技术[M].北京:机械工业出版社,2012.353.

 

　　[2]　毛喆,尹中秋,胡剑锋,等.漆膜颗粒的产生原因及控制措施[J].现代涂料与涂装,2019,22(6):19-21.

 

　　[3]　王锡春.涂装车间设计手册[M].北京化学工业出版社,2013.