2024年5月27日发(作者：铁星泽)

飞机旋翼用聚氨酯涂料的研制

毛英坤;陆文明;李华;刘政;王李军;周如东

【摘 要】飞机旋翼部分为飞机提供升力和操纵,国内外均采用先进复合材料制备飞

机的旋翼桨叶部分.针对飞机旋翼高速旋转以及受环境影响等因素,采用聚酯树脂作

为基料树脂,以三氧化二铬和碳化硅作为功能填料,选用HDI三聚体为固化剂,并添

加其他原材料,研制出一种具有对复合材料有优异附着力、耐磨性,综合防护性能好

的飞机旋翼用聚氨酯涂料.研究结果表明:所研制的涂料在复合材料表面的附着力、

耐磨性、耐雨蚀以及其他耐介质性良好.

【期刊名称】《涂料工业》

【年(卷),期】2013(043)009

【总页数】5页(P26-30)

【关键词】飞机旋翼;聚氨酯;涂料

【作 者】毛英坤;陆文明;李华;刘政;王李军;周如东

【作者单位】中航工业哈尔滨飞机工业(集团)有限责任公司,哈尔滨150066;中海油

常州涂料化工研究院,江苏常州213016;中航工业哈尔滨飞机工业(集团)有限责任公

司,哈尔滨150066;中航工业哈尔滨飞机工业(集团)有限责任公司,哈尔滨150066;

中海油常州涂料化工研究院,江苏常州213016;中海油常州涂料化工研究院,江苏常

州213016

【正文语种】中 文

【中图分类】TQ630.7

旋翼能够为飞机提供升力和操纵力，其强度要求高，使用环境苛刻。早期飞机的旋

翼、尾桨多采用金属制造，后逐步采用复合材料，使其质量减轻，零件数减少，性

能也有很大提高［1］。复合材料的特点是强度大、耐化学腐蚀性好，但是复合材

料所用的粘结剂主要是有机树脂。这些有机材料在自然界中会受到日晒、雨淋、盐

雾、潮湿等因素的作用而产生老化现象，使复合材料的外观、力学性能发生变化。

因此，为了提高复合材料的耐久性，必须采用喷涂涂料的方式对复合材料加以保护

［2］。

结合飞机的飞行环境，飞机旋翼部分的工作温度一般为－ 50 ～55 ℃，停放环境

温度为－ 62 ～71 ℃［3］，海军的舰载飞机，还需满足耐海水、耐盐雾腐蚀的要

求。因此，用于旋翼的涂层需要具有优异的耐高低温性、耐候性、耐湿热性、耐盐

雾性和耐化学介质等性能。飞机旋翼在高速旋转时会与空气气流产生摩擦，而空气

中的灰尘、砂粒甚至雨滴均会对旋翼产生较大的磨蚀，这就要求旋翼用的涂层具有

优异的耐磨性。本研究就以上要求，设计了综合防护性能好的飞机旋翼用涂料。

1 实验部分

1.1 原材料

聚酯树脂A、聚酯树脂B、羟基丙烯酸树脂A、羟基丙烯酸树脂B:中海油常州涂料

化工研究院;聚酯树脂C、羟基丙烯酸树脂C:Bayer;二氧化钛:DuPont;黄颜

料:Klormax;炭黑:Evonik Degussa;红颜料:Clariant;酞菁绿:江苏双乐化工颜料有限

公司;氧化铬绿(三氧化二铬):上海一品颜料有限公司;碳化硅:临沭山田研磨材有限公

司。

分散剂:BYK;流平剂:Ciba EFKA;催化剂:北京化学试剂厂。

N3390、N75、Z4470 多异氰酸酯固化剂:Bayer;醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、

甲基异丁基酮:工业品，市售。

1.2 实验设备及仪器

GFJ－1100/U 实验用高速分散机、WSM－250/T砂磨机:上海赛杰化工设备有限

公司;Taber 磨耗仪:美国Taber 公司;FA2004 电子天平:上海天平仪器厂;漆膜弹性

试验器、漆膜冲击试验器、附着力测试划格器、铅笔硬度计:常州市伟业涂料机械

厂。

1.3 飞机旋翼用聚氨酯涂料的制备

将基料树脂、分散剂、颜填料、稀释剂等通过高速分散机搅拌均匀后，用砂磨机进

行研磨，达到所要求的细度后，加入流平剂与催化剂，用溶剂调节固体含量，得到

涂料色浆(配方见表1)。

2 结果与讨论

2.1 基料树脂的选择及其对涂膜性能的影响

树脂的类型与涂料的耐候性有直接的关系，其中，羟基丙烯酸树脂与聚酯树脂是比

较典型的户外用树脂。本研究选用的5 种树脂的参数见表2。

表1 飞机旋翼涂料色浆配方Table 1 Formulation of dispersion of pigment in

the coating for aircraftr rotor物料w /%树脂30 ～50分散剂1 ～3酞菁绿5 ～

10黄颜料1 ～5二氧化钛1 ～5炭黑0.1 ～0.5红颜料0.1 ～0.5氧化铬绿10 ～

20碳化硅5 ～10稀释剂20 ～30流平剂0.5 ～2.0催化剂0.05

表2 基料树脂的基础数据Table 2 The fundamental data of resins注:(1)—纯树

脂中的羟基含量。项目羟基丙烯酸树脂聚酯树脂ABCAB C w(—OH)/%(1) 3.3 4.2

4.3 8.5 4.1 8.2固含量/%5570707065 65

按照n(—NCO)∶n(—OH)=1∶1制成聚氨酯清漆。清漆样板在(23 ±3)℃下干燥

7 d 后进行性能测试，结果见表3。

表3 聚氨酯清漆的性能检验Table 3 Performance test of polyurethane varnish

注:(1)—CS－17 砂轮，1 000 g，1 000 r，下同。项目聚酯树脂ABCAB羟基丙

烯酸树脂检验方法柔韧性/mm111111GB/T 1731—C 1993耐冲击性

/cm5GB/T 1732—1993附着力/级(划格间距1 mm)110010GB/T

9286—1998铅笔硬度2H2H2H2H2H2HGB/T 6739—2006耐水性(40 ℃，4 d)

无异常 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常GB/T 1733—1993耐磨性

/mg(1)48GB/T 1768—2006

从表3 中的数据可以看出，聚酯树脂A 的耐磨性能最好，其他性能也很优异，因

此，选择聚酯树脂A作为基料树脂。

2.2 固化剂的选择及其对涂膜性能的影响

户外使用的聚氨酯固化剂主要是脂肪族的，典型产品见表4。

将聚酯树脂A 分别和表4 中的固化剂按照n(—NCO)∶n(—OH)=1∶1的比例制

成聚酯聚氨酯清漆样板，检验数据见表5。

表4 典型的脂肪族多异氰酸酯固化剂基础数据Table 4 The fundamental data of

the typical aliphatic polyisocyanate项目固化剂N3390N75 Z4470 w(—

NCO)/%19.616.5 12固含量/%907570类型HDI 三聚体HDI 缩二脲IPDI三聚体

表5 聚氨酯清漆性能检验Table 5 Performance test of polyurethane varnish

项目N3390N75Z4470检验方法柔韧性/mm111GB/T 1731—1993耐冲击性

/cm505050GB/T 1732—1993附着力/级(划格间距1 mm)001GB/T 9286—

1998铅笔硬度2HH2HGB/T 6739—2006耐水性(40 ℃，4 d)无异常无异常无异

常GB/T 1733—1993耐磨性/mg121582GB/T 1768—2006

从表5 可以看出，聚酯树脂和N3390、N75 固化剂制成的涂膜耐磨性明显优于固

化剂Z4470 的，而且附着力优异，用N3390 固化的涂膜的耐磨性和铅笔硬度稍

优于N75 固化的涂膜。Z4470 是IPDI 三聚体，虽具有优良的耐候保光性、不泛

黄，与基料树脂混容性好，但在其分子结构中有很多六元环，其结构刚硬，柔韧性

较差，而且在耐磨试验中涂膜质量损失比较大。N75 是HDI 缩二脲多异氰酸酯，

该多异氰酸酯不会泛黄、耐候性很好，分子上的长链结构可赋予涂层优异的柔韧性

和耐冲击性，该类固化剂常与聚酯或丙烯酸树脂配套用于飞机涂料、火车涂料、大

型客车涂料等。N3390 是HDI 三聚体型多异氰酸酯，与N75 相比，三聚体多异

氰酸酯的耐候保光性稍高于缩二脲，硬度也稍高一些，涂膜的柔韧性和附着力与缩

二脲的相当。综上分析，选择N3390 作为体系固化剂。

2.3 n(—NCO)∶n(—OH)对涂膜性能的影响

以聚酯树脂A 为基料树脂，N3390 为固化剂，按照的不同n(—NCO)∶n(—OH)

制成清漆涂膜，测试涂膜的附着力、硬度、柔韧性、耐冲击性和耐磨性。

表6 n(—NCO)∶n(—OH)对涂膜性能的影响Table 6 Performance of paint film

on different ratio of n(—NCO)∶n(—OH)项目n(—NCO)∶n(—OH)2.0∶1附

着力/级(划格间距1 mm)00000 0.5∶10.75∶11.0∶11.2∶11.5∶1 0铅笔硬度

HBHB2H2H2H2H柔韧性/mm111122耐冲击性/cm5耐磨性

/mg2521151211 9

如表6 所示，当n(—NCO)∶n(—OH)大于1.2∶1以后，涂膜的柔韧性下降，而

耐磨性只是稍有提高。n(—NCO)∶n(—OH)=1.2∶1时涂膜综合性能优异。

2.4 耐磨颜填料的选择与用量

选择三氧化二铬(氧化铬绿)和碳化硅作为耐磨颜填料。三氧化二铬还可作为着色颜

料，其对光、大气及腐蚀性气体(H2S、SO2 等)极稳定，耐候性优良，遇热稳定，

用于涂料中不仅能提高涂层的耐磨性，还可提高涂层的耐候、耐大气腐蚀、耐热等

性能。碳化硅的化学性能稳定，耐磨性好，且耐热性优良，用于涂料中同样可提高

涂层耐磨性、耐热性和耐候性等。

在聚酯树脂A 体系中，三氧化二铬和碳化硅对涂层的耐磨性影响见图1 和图2。

图1 三氧化二铬加入量对涂层耐磨性的影响Fig.1 Influence of chromium oxide

addition on coating abrasion resistance

图2 碳化硅加入量对涂层耐磨性的影响Fig.2 Influence of silicon carbide

addition on coating abrasion resistance

由图1 和图2 可见，随着填料用量的增加，涂层的耐磨性也增加，但是当三氧化

二铬增加到纯树脂的120%，碳化硅增加到纯树脂的20%时，耐磨性反而下降，

这反应出不同的颜料具有不同的临界颜料体积浓度(CPVC)，当颜料体积浓度(PVC)

超过CPVC 时，其耐磨性变差。实验结果表明，三氧化二铬的最佳添加量应该为

纯树脂的100%左右，碳化硅的最佳添加量应该为纯树脂的15%左右。从损耗数

据上看，碳化硅加量少，但耐磨性能优。

3 飞机旋翼用聚氨酯涂料的性能测试

3.1 综合性能测试

按表1 配方制备好的色漆与N3390 固化剂按照(—NCO)/(—OH)=1.2∶1的比例

混合后，用稀释剂调节到喷涂黏度，进行喷涂。在马口铁板上制备测试柔韧性和冲

击性的涂膜，涂膜的厚度控制在(23 ±3)μm，耐磨性的测试在铝质耐磨板上制备

测试，涂膜厚度控制在(45 ±5)μm。测试其他性能的样板在复合材料板上制备，

涂层的厚度控制在(45 ±5)μm。漆膜在(23 ±3)℃干燥7 d 后委托国家涂料质量监

督检验中心做性能测试，测试结果见表7。

3.2 耐雨蚀试验

为了模拟高速旋转的叶片受雨水冲击的状态，委托外单位进行涂膜的耐雨蚀试验，

试验装置见图3。

图3 耐雨蚀试验装置Fig.3 Test equipment of rain erosion resistance

将带有涂膜的试片固定在高速旋转的悬臂两端，悬臂旋转时，使试件以一定的速度

通过一个模拟降雨区域，雨滴的直径约为2 mm，雨滴的速度约8.58 滴/s，通过

悬臂的高速旋转，观察雨滴对涂膜表面的侵蚀情况(以涂膜的外观和涂膜的失质量

来衡量)，旋转的线速度约为200.5 m/s。

在一对平衡的悬臂上，分别挂上一片试件，每组试验只能测试2 片试件，做3 组

试验。每组测试前先将试件在50 ℃烘箱内干燥30 min 后称质量，试验完毕后，

再在50 ℃烘箱内干燥30 min 后称质量，通过试验前后的质量差，以及涂膜外观

的磨损程度即可评判涂膜的耐雨蚀性。结果如表8 所示。

表7 飞机旋翼用涂料性能测试结果Table 7 Performance test result of the

coating on aircraft rotor项目检验结果检测方法固含量［(120 ±2)℃，2 h］

/%54GB/T 1725—2007细度/μm35GB/T 1724—1979干燥时间/h(表干)2GB/T

1728—1979(1989)乙法干燥时间/h(实干)10GB/T 1728—1979(1989)乙法柔韧

性/mm1GB/T 1731—1993耐冲击性/cm50GB/T 1732—1993附着力(划格法，

间距1 mm)/级1GB/T 9286—1998耐磨性/mg12GB/T 1768—2006耐热性

［(120 ±2)℃，24 h］无起层、鼓泡、开裂，无变色GB/T 1735—1979(1989)耐

水性［(50 ±2)℃，96 h］无起泡、无起皱，不软化，不脱落GB/T 1733—1993

耐润滑油性［(120 ±2)℃，24 h］无起泡、无起皱、不脱落，无变色GB/T

9274—1988耐液压油性［(65 ±2)℃，24 h］无起泡、无起皱、不脱落，无变色

GB/T 9274—1988耐喷气燃料性［(25 ±2)℃，7 d］无起泡、无起皱、不脱落，

无变色GB/T 9274—1988耐湿热(30 d)/级1GB/T 1740—2007耐盐雾(1 000 h)

无腐蚀GB/T 1771—2007耐候性(1 000 h)/级1GB/T 1865—1997

表8 雨蚀试验数据表Table 8 The date of rain erosion resistance test试片编号

/mg 5 min10 min15 min不同试验时间下的失质量20 min 1#0.40.71.01.2

2#0.30.71.01.0 3#0.10.50.70.9 4#0.30.40.81.1 5#0.20.50.81.1 6#0.30.50.71.2

从6 片试件的试验数据来看，通过20 min 的雨蚀试验涂膜的质量损失稳定在

0.001 g 左右，肉眼观察涂膜外观，不见有明显的涂膜损失。

4 结 语

本研究通过试验，选择耐磨性好的聚酯树脂A作为基料树脂，选择HDI 三聚体类

固化剂N3390 作为固化剂，并通过试验得出当n(—NCO)∶n(—OH)=1.2 时，涂

膜的综合性能最好。选择具有优异的耐候性和耐磨性的三氧化二铬颜料以及碳化硅

填料作为耐磨颜填料。制成的飞机旋翼用聚氨酯涂料不仅具有优异的耐磨性、附着

力及机械性能，而且耐候性、耐液体介质性能和耐雨蚀性良好。

参考文献

［1］ 黄承恭，吴建华. 复合材料在直升机上的应用与发展［C］. 复合材料:生命、

环境与高技术—第十二届全国复合材料学术会议论文集，2002，10，1009－

1015.

［2］ 雷骏志. 航空涂料与涂装技术［M］. 北京:化学工业出版社，2003.

［3］ 胡和平，邓景辉. 直升机旋翼桨叶复合材料选材现状与分析［J］. 直升机技

术，2002(1):1－ H P，DENG J H. Status and anlysis of selected

composite material for helicopter rotor blade［J］. Helicopter Technique，

2002(1):1－5.

2024年5月27日发(作者：铁星泽)

飞机旋翼用聚氨酯涂料的研制

毛英坤;陆文明;李华;刘政;王李军;周如东

【摘 要】飞机旋翼部分为飞机提供升力和操纵,国内外均采用先进复合材料制备飞

机的旋翼桨叶部分.针对飞机旋翼高速旋转以及受环境影响等因素,采用聚酯树脂作

为基料树脂,以三氧化二铬和碳化硅作为功能填料,选用HDI三聚体为固化剂,并添

加其他原材料,研制出一种具有对复合材料有优异附着力、耐磨性,综合防护性能好

的飞机旋翼用聚氨酯涂料.研究结果表明:所研制的涂料在复合材料表面的附着力、

耐磨性、耐雨蚀以及其他耐介质性良好.

【期刊名称】《涂料工业》

【年(卷),期】2013(043)009

【总页数】5页(P26-30)

【关键词】飞机旋翼;聚氨酯;涂料

【作 者】毛英坤;陆文明;李华;刘政;王李军;周如东

【作者单位】中航工业哈尔滨飞机工业(集团)有限责任公司,哈尔滨150066;中海油

常州涂料化工研究院,江苏常州213016;中航工业哈尔滨飞机工业(集团)有限责任公

司,哈尔滨150066;中航工业哈尔滨飞机工业(集团)有限责任公司,哈尔滨150066;

中海油常州涂料化工研究院,江苏常州213016;中海油常州涂料化工研究院,江苏常

州213016

【正文语种】中 文

【中图分类】TQ630.7

旋翼能够为飞机提供升力和操纵力，其强度要求高，使用环境苛刻。早期飞机的旋

翼、尾桨多采用金属制造，后逐步采用复合材料，使其质量减轻，零件数减少，性

能也有很大提高［1］。复合材料的特点是强度大、耐化学腐蚀性好，但是复合材

料所用的粘结剂主要是有机树脂。这些有机材料在自然界中会受到日晒、雨淋、盐

雾、潮湿等因素的作用而产生老化现象，使复合材料的外观、力学性能发生变化。

因此，为了提高复合材料的耐久性，必须采用喷涂涂料的方式对复合材料加以保护

［2］。

结合飞机的飞行环境，飞机旋翼部分的工作温度一般为－ 50 ～55 ℃，停放环境

温度为－ 62 ～71 ℃［3］，海军的舰载飞机，还需满足耐海水、耐盐雾腐蚀的要

求。因此，用于旋翼的涂层需要具有优异的耐高低温性、耐候性、耐湿热性、耐盐

雾性和耐化学介质等性能。飞机旋翼在高速旋转时会与空气气流产生摩擦，而空气

中的灰尘、砂粒甚至雨滴均会对旋翼产生较大的磨蚀，这就要求旋翼用的涂层具有

优异的耐磨性。本研究就以上要求，设计了综合防护性能好的飞机旋翼用涂料。

1 实验部分

1.1 原材料

聚酯树脂A、聚酯树脂B、羟基丙烯酸树脂A、羟基丙烯酸树脂B:中海油常州涂料

化工研究院;聚酯树脂C、羟基丙烯酸树脂C:Bayer;二氧化钛:DuPont;黄颜

料:Klormax;炭黑:Evonik Degussa;红颜料:Clariant;酞菁绿:江苏双乐化工颜料有限

公司;氧化铬绿(三氧化二铬):上海一品颜料有限公司;碳化硅:临沭山田研磨材有限公

司。

分散剂:BYK;流平剂:Ciba EFKA;催化剂:北京化学试剂厂。

N3390、N75、Z4470 多异氰酸酯固化剂:Bayer;醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、

甲基异丁基酮:工业品，市售。

1.2 实验设备及仪器

GFJ－1100/U 实验用高速分散机、WSM－250/T砂磨机:上海赛杰化工设备有限

公司;Taber 磨耗仪:美国Taber 公司;FA2004 电子天平:上海天平仪器厂;漆膜弹性

试验器、漆膜冲击试验器、附着力测试划格器、铅笔硬度计:常州市伟业涂料机械

厂。

1.3 飞机旋翼用聚氨酯涂料的制备

将基料树脂、分散剂、颜填料、稀释剂等通过高速分散机搅拌均匀后，用砂磨机进

行研磨，达到所要求的细度后，加入流平剂与催化剂，用溶剂调节固体含量，得到

涂料色浆(配方见表1)。

2 结果与讨论

2.1 基料树脂的选择及其对涂膜性能的影响

树脂的类型与涂料的耐候性有直接的关系，其中，羟基丙烯酸树脂与聚酯树脂是比

较典型的户外用树脂。本研究选用的5 种树脂的参数见表2。

表1 飞机旋翼涂料色浆配方Table 1 Formulation of dispersion of pigment in

the coating for aircraftr rotor物料w /%树脂30 ～50分散剂1 ～3酞菁绿5 ～

10黄颜料1 ～5二氧化钛1 ～5炭黑0.1 ～0.5红颜料0.1 ～0.5氧化铬绿10 ～

20碳化硅5 ～10稀释剂20 ～30流平剂0.5 ～2.0催化剂0.05

表2 基料树脂的基础数据Table 2 The fundamental data of resins注:(1)—纯树

脂中的羟基含量。项目羟基丙烯酸树脂聚酯树脂ABCAB C w(—OH)/%(1) 3.3 4.2

4.3 8.5 4.1 8.2固含量/%5570707065 65

按照n(—NCO)∶n(—OH)=1∶1制成聚氨酯清漆。清漆样板在(23 ±3)℃下干燥

7 d 后进行性能测试，结果见表3。

表3 聚氨酯清漆的性能检验Table 3 Performance test of polyurethane varnish

注:(1)—CS－17 砂轮，1 000 g，1 000 r，下同。项目聚酯树脂ABCAB羟基丙

烯酸树脂检验方法柔韧性/mm111111GB/T 1731—C 1993耐冲击性

/cm5GB/T 1732—1993附着力/级(划格间距1 mm)110010GB/T

9286—1998铅笔硬度2H2H2H2H2H2HGB/T 6739—2006耐水性(40 ℃，4 d)

无异常 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常GB/T 1733—1993耐磨性

/mg(1)48GB/T 1768—2006

从表3 中的数据可以看出，聚酯树脂A 的耐磨性能最好，其他性能也很优异，因

此，选择聚酯树脂A作为基料树脂。

2.2 固化剂的选择及其对涂膜性能的影响

户外使用的聚氨酯固化剂主要是脂肪族的，典型产品见表4。

将聚酯树脂A 分别和表4 中的固化剂按照n(—NCO)∶n(—OH)=1∶1的比例制

成聚酯聚氨酯清漆样板，检验数据见表5。

表4 典型的脂肪族多异氰酸酯固化剂基础数据Table 4 The fundamental data of

the typical aliphatic polyisocyanate项目固化剂N3390N75 Z4470 w(—

NCO)/%19.616.5 12固含量/%907570类型HDI 三聚体HDI 缩二脲IPDI三聚体

表5 聚氨酯清漆性能检验Table 5 Performance test of polyurethane varnish

项目N3390N75Z4470检验方法柔韧性/mm111GB/T 1731—1993耐冲击性

/cm505050GB/T 1732—1993附着力/级(划格间距1 mm)001GB/T 9286—

1998铅笔硬度2HH2HGB/T 6739—2006耐水性(40 ℃，4 d)无异常无异常无异

常GB/T 1733—1993耐磨性/mg121582GB/T 1768—2006

从表5 可以看出，聚酯树脂和N3390、N75 固化剂制成的涂膜耐磨性明显优于固

化剂Z4470 的，而且附着力优异，用N3390 固化的涂膜的耐磨性和铅笔硬度稍

优于N75 固化的涂膜。Z4470 是IPDI 三聚体，虽具有优良的耐候保光性、不泛

黄，与基料树脂混容性好，但在其分子结构中有很多六元环，其结构刚硬，柔韧性

较差，而且在耐磨试验中涂膜质量损失比较大。N75 是HDI 缩二脲多异氰酸酯，

该多异氰酸酯不会泛黄、耐候性很好，分子上的长链结构可赋予涂层优异的柔韧性

和耐冲击性，该类固化剂常与聚酯或丙烯酸树脂配套用于飞机涂料、火车涂料、大

型客车涂料等。N3390 是HDI 三聚体型多异氰酸酯，与N75 相比，三聚体多异

氰酸酯的耐候保光性稍高于缩二脲，硬度也稍高一些，涂膜的柔韧性和附着力与缩

二脲的相当。综上分析，选择N3390 作为体系固化剂。

2.3 n(—NCO)∶n(—OH)对涂膜性能的影响

以聚酯树脂A 为基料树脂，N3390 为固化剂，按照的不同n(—NCO)∶n(—OH)

制成清漆涂膜，测试涂膜的附着力、硬度、柔韧性、耐冲击性和耐磨性。

表6 n(—NCO)∶n(—OH)对涂膜性能的影响Table 6 Performance of paint film

on different ratio of n(—NCO)∶n(—OH)项目n(—NCO)∶n(—OH)2.0∶1附

着力/级(划格间距1 mm)00000 0.5∶10.75∶11.0∶11.2∶11.5∶1 0铅笔硬度

HBHB2H2H2H2H柔韧性/mm111122耐冲击性/cm5耐磨性

/mg2521151211 9

如表6 所示，当n(—NCO)∶n(—OH)大于1.2∶1以后，涂膜的柔韧性下降，而

耐磨性只是稍有提高。n(—NCO)∶n(—OH)=1.2∶1时涂膜综合性能优异。

2.4 耐磨颜填料的选择与用量

选择三氧化二铬(氧化铬绿)和碳化硅作为耐磨颜填料。三氧化二铬还可作为着色颜

料，其对光、大气及腐蚀性气体(H2S、SO2 等)极稳定，耐候性优良，遇热稳定，

用于涂料中不仅能提高涂层的耐磨性，还可提高涂层的耐候、耐大气腐蚀、耐热等

性能。碳化硅的化学性能稳定，耐磨性好，且耐热性优良，用于涂料中同样可提高

涂层耐磨性、耐热性和耐候性等。

在聚酯树脂A 体系中，三氧化二铬和碳化硅对涂层的耐磨性影响见图1 和图2。

图1 三氧化二铬加入量对涂层耐磨性的影响Fig.1 Influence of chromium oxide

addition on coating abrasion resistance

图2 碳化硅加入量对涂层耐磨性的影响Fig.2 Influence of silicon carbide

addition on coating abrasion resistance

由图1 和图2 可见，随着填料用量的增加，涂层的耐磨性也增加，但是当三氧化

二铬增加到纯树脂的120%，碳化硅增加到纯树脂的20%时，耐磨性反而下降，

这反应出不同的颜料具有不同的临界颜料体积浓度(CPVC)，当颜料体积浓度(PVC)

超过CPVC 时，其耐磨性变差。实验结果表明，三氧化二铬的最佳添加量应该为

纯树脂的100%左右，碳化硅的最佳添加量应该为纯树脂的15%左右。从损耗数

据上看，碳化硅加量少，但耐磨性能优。

3 飞机旋翼用聚氨酯涂料的性能测试

3.1 综合性能测试

按表1 配方制备好的色漆与N3390 固化剂按照(—NCO)/(—OH)=1.2∶1的比例

混合后，用稀释剂调节到喷涂黏度，进行喷涂。在马口铁板上制备测试柔韧性和冲

击性的涂膜，涂膜的厚度控制在(23 ±3)μm，耐磨性的测试在铝质耐磨板上制备

测试，涂膜厚度控制在(45 ±5)μm。测试其他性能的样板在复合材料板上制备，

涂层的厚度控制在(45 ±5)μm。漆膜在(23 ±3)℃干燥7 d 后委托国家涂料质量监

督检验中心做性能测试，测试结果见表7。

3.2 耐雨蚀试验

为了模拟高速旋转的叶片受雨水冲击的状态，委托外单位进行涂膜的耐雨蚀试验，

试验装置见图3。

图3 耐雨蚀试验装置Fig.3 Test equipment of rain erosion resistance

将带有涂膜的试片固定在高速旋转的悬臂两端，悬臂旋转时，使试件以一定的速度

通过一个模拟降雨区域，雨滴的直径约为2 mm，雨滴的速度约8.58 滴/s，通过

悬臂的高速旋转，观察雨滴对涂膜表面的侵蚀情况(以涂膜的外观和涂膜的失质量

来衡量)，旋转的线速度约为200.5 m/s。

在一对平衡的悬臂上，分别挂上一片试件，每组试验只能测试2 片试件，做3 组

试验。每组测试前先将试件在50 ℃烘箱内干燥30 min 后称质量，试验完毕后，

再在50 ℃烘箱内干燥30 min 后称质量，通过试验前后的质量差，以及涂膜外观

的磨损程度即可评判涂膜的耐雨蚀性。结果如表8 所示。

表7 飞机旋翼用涂料性能测试结果Table 7 Performance test result of the

coating on aircraft rotor项目检验结果检测方法固含量［(120 ±2)℃，2 h］

/%54GB/T 1725—2007细度/μm35GB/T 1724—1979干燥时间/h(表干)2GB/T

1728—1979(1989)乙法干燥时间/h(实干)10GB/T 1728—1979(1989)乙法柔韧

性/mm1GB/T 1731—1993耐冲击性/cm50GB/T 1732—1993附着力(划格法，

间距1 mm)/级1GB/T 9286—1998耐磨性/mg12GB/T 1768—2006耐热性

［(120 ±2)℃，24 h］无起层、鼓泡、开裂，无变色GB/T 1735—1979(1989)耐

水性［(50 ±2)℃，96 h］无起泡、无起皱，不软化，不脱落GB/T 1733—1993

耐润滑油性［(120 ±2)℃，24 h］无起泡、无起皱、不脱落，无变色GB/T

9274—1988耐液压油性［(65 ±2)℃，24 h］无起泡、无起皱、不脱落，无变色

GB/T 9274—1988耐喷气燃料性［(25 ±2)℃，7 d］无起泡、无起皱、不脱落，

无变色GB/T 9274—1988耐湿热(30 d)/级1GB/T 1740—2007耐盐雾(1 000 h)

无腐蚀GB/T 1771—2007耐候性(1 000 h)/级1GB/T 1865—1997

表8 雨蚀试验数据表Table 8 The date of rain erosion resistance test试片编号

/mg 5 min10 min15 min不同试验时间下的失质量20 min 1#0.40.71.01.2

2#0.30.71.01.0 3#0.10.50.70.9 4#0.30.40.81.1 5#0.20.50.81.1 6#0.30.50.71.2

从6 片试件的试验数据来看，通过20 min 的雨蚀试验涂膜的质量损失稳定在

0.001 g 左右，肉眼观察涂膜外观，不见有明显的涂膜损失。

4 结 语

本研究通过试验，选择耐磨性好的聚酯树脂A作为基料树脂，选择HDI 三聚体类

固化剂N3390 作为固化剂，并通过试验得出当n(—NCO)∶n(—OH)=1.2 时，涂

膜的综合性能最好。选择具有优异的耐候性和耐磨性的三氧化二铬颜料以及碳化硅

填料作为耐磨颜填料。制成的飞机旋翼用聚氨酯涂料不仅具有优异的耐磨性、附着

力及机械性能，而且耐候性、耐液体介质性能和耐雨蚀性良好。

参考文献

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