Лакокрасочные материалы для авиационно-космической техники

Тенденции развития современных ЛКМ для космической отрасли

В современном производстве индустриальные лакокрасочные материалы (ЛКМ) играют важную роль. В обобщенном виде ключевые тенденции развития индустриальных ЛКМ включают экологическую привлекательность, эффективное функционирование, эстетичность. Эти три «Э» в разной степени относятся ко всем ЛКМ. Перспективные технологии индустриальных ЛКМ могут сочетать ряд ключевых направлений.Основные тенденции развития индустриальных ЛКМ можно рассмотреть на примере ЛКМ для авиационно-космической техники (АК ЛКМ). В свете последних решений о развитии отрасли, создании новой техники для оборонно-промышленного комплекса и гражданских нужд растет интерес отечественных разработчиков и производителей к перспективным АК ЛКМ. В силу самых высоких требований, обусловленных ответственностью и жесткими условиями эксплуатации, АК ЛКМ всегда рассматриваются как своеобразный эталон, впитывающий самые последние достижения науки и техники. Из-за способности выполнять разнообразные требования конструкторов при создании авиационно-космической техники данные ЛКМ служат неотъемлемой частью авиакосмической индустрии.

Экологически полноценные материалы и технологии

Одним из ключевых направлений развития ЛКМ является защита окружающей среды с учетом новых законодательств, таких как REACH в Европе и директив по контролю выбросов растворителей и опасных веществ во всем мире.

И производители авиационно-космической техники, и авиакомпании должны обеспечить устойчивость и экологические обязательства. Это означает, что изготовители ЛКМ должны применять продукты, отвечающие требованиям REACH.

В новых разработках доминируют ЛКМ с низкой эмиссией летучих органических соединений (ЛОС) — либо водные для конструкционных элементов, либо с высоким сухим остатком (ВСО) и снижением объемов
старых ЛКМ.

Требования REACH в Европе создают проблему как для поставщиков ЛКМ, так и для производителей техники. Материалы должны создаваться с учетом требований и спецификаций для гражданских и военных воздушных судов, что требует затрат времени и больших расходов на сертификацию от изготовителей техники и производителей ЛКМ.

Ни для кого не секрет, что будущее за экологически чистыми материалами. Рынок требует снижение уровня ЛОС и веществ, опасных для загрязнения воздуха, сокращения токсичных компонентов без компромиссов с производством.

Компания AkzoNobel добилась серьезных успехов — ее материалы стали более «зелеными» и качественными. Серия Aero Wave — водные ЛКМ для элементов конструкции — включает грунтовку с ингибитором
коррозии, грунт для композитных материалов, покрывной материал. Все материалы одобрены Airbus, содержание ЛОС не превышает 250 г/л.

Система Aero Wave первоначально была разработана для внутренних конструкций, ряд из них являются скрытыми и не вскрываются более 30 лет.

Технология водных грунтов компании Deft стартовала более 20 лет назад. Компания обеспечила выполнение требований спецификаций гражданской и военной авиации — Boeing, Bombardier, Gulfstream, Lockhead, Martin, Nortrop Grumman. Кроме того, лицензиат Deft компания Mapaero составила и внедрила рецептуру водной грунтовки Deft и производит ее во Франции для Airbus Industries.

Преимущества водной грунтовки доминируют в грунтовочном бизнесе — она заменяет органорастворимые материалы с ВСО. Deft также занимается разработкой водных полиуретановых верхних покрытий, но применение таких материалов ограничено и нет оснований считать, что они заменят фторированную технологию.

Компания PPG запустила в жизнь процесс электроосаждения и материал для него — Aerocron, который улучшает грунтовочные системы и снижает вес нанесенного покрытия. Aerocron позволяет наносить равномерные тонкие слои, что дает вклад в снижение веса всех компонентов воздушного судна.

Компания PPG стала первой производить электроосаждаемую грунтовку для мировых производителей самолетов и их субподрядчиков, чтобы покрывать элементы конструкций гражданских, военных и общих летательных аппаратов.

Электроосаждаемая грунтовка Aerocron разработана PPG с целью улучшения противокоррозионной защиты по сравнению с грунтовками, наносимыми пневмораспылением, так как новый грунт обладает повышенной способностью проникать внутрь полостей и труднодоступных участков окрашиваемых деталей и конструкций.

Грунтовка обеспечивает почти 100%-ное использование материала, снижает вес пленки для повышения топливной эффективности, а также исключает вредное воздействие на операторов в процессе окраски. По аналогии с автомобильной промышленностью новый процесс имеет истинно революционный характер для использования в авиационно-космической индустрии.

PPG уже более полувека лидирует в области электроосаждаемых ЛКМ, и сегодня материалами фирмы автомобилей окрашивается больше, чем материалами любой другой компании.

PPG с непревзойденным знанием процесса электроосаждения и уникальным повышением требований к ЛКМ создала грунтовку по требованиям изготовителей корпуса самолетов, а также компаний, эксплуатирующих и обслуживающих технику. Процесс электроосаждения обеспечивает прорыв в ряде направлений АК ЛКМ. Процесс может быть полностью автоматизирован, высокий коэффициент использования ЛКМ делает его «зеленым» выбором, улучшает защиту от коррозии.

Для защиты алюминия от коррозии ЛКМ, содержащие хроматы, применяются более 50 лет. Попытка заменить эти ЛКМ ведется с 1980-х гг. Хотя применение хроматов в материалах, предназначенных для общего применения и для автомобильной промышленности запрещено, они все еще продолжают использоваться в оборонной и авиакосмической отраслях.

Эти канцерогенные покрытия не подлежали запрету из-за отсутствия подходящей замены. Поиск альтернативных материалов был отложен из-за одной главной особенности покрытия — способности к самозалечиванию в случае повреждения.

В этом плане важно, как долго в соответствии с REACH будет разрешено применение хроматов. Ряд компаний, например, AkzoNobel, хотят прекратить использование хроматов во всем мире, но есть рынки, где заказчики требуют сохранить хроматы до тех пор, пока не будет однозначно доказано, что альтернативные ЛКМ в соответствующих средах дают такую же защиту, как и хроматы.

В 2012 г. AkzoNobel первой применила безхромовую систему и ожидает ее применения в ближайшее время. Компания затрачивает значительные средства, чтобы исключить хром из всех своих материалов. Лабораторные тесты по применению пигментов на базе магния доказывают, что они также эффективны для предотвращения коррозии высокопрочных алюминиевых сплавов, как и хроматы. Новая технология,
ожидающая одобрение ВВС США, независимо от предварительной подготовки должна быть эффективной.

AkzoNobel Aerospace Coating (ANAC) получает квалификацию AMS 3095 A на общий безхроматный вариант. Данный вариант сочетает подготовку поверхности с использованием Metafl ex SP1050 с безхроматной грунтовкой и покрывной системой. Покрывная система может включать прогрессивную экологическую систему basecoat/clearcoat или однослойное верхнее покрытие.

ANAC предлагает безхроматную систему для окраски Airbus A380 суперджамбо. Система представляет собой трехслойное покрытие: грунтовка, промежуточная краска и верхнее покрытие.

Сокращение хроматов в грунтах компании PPG рассматривают как одну из основных задач. PPG представил безхроматный грунт СА-7501, включающий не содержащий хром противокоррозионный ингибирующий пигмент, который может использоваться как для металлических, так и для композиционных структур. Компания разработала новое «зеленое» решение по замене хромсодержащих продуктов и старых систем на Desoprime CF/CA 7502. PPG предложены безхроматные грунтовки нового поколения для окраски самолетов Boeing 767 и 777 — для подготовки металла Desogel EAP-9 и декоративный грунт Desoprime CF/CA 7502.

Sherwin-Williams Aerospace Coating ввела полную линейку грунтов без хрома и свинца. Эти материалы отвечают требованиям потребителей для гражданских, военных и общих самолетов и соответствуют трем основным требованиям: более быстрому грунтованию, лучшей защите, обеспечению ключевых экономических выгод.

Компания предлагает на выбор грунты Chrome Hazard Free Epoxy primer, Epoxy primer surfacer, Urathane Primer. Эти новые двухкомпонентные (2К) ингибирующие продукты с низким содержанием ЛОС не содержат шестивалентный хром. Компания также предлагает 2К Washprimer для предварительной обработки алюминия, который служит альтернативой грунтам с хроматами — Alodine и/или Anodized. Washprimer популярен в Европе пока оценивается экономическая эффективность новых ЛКМ, поскольку он обеспечивает эффективную обработку алюминия и удовлетворяет нормативным предписаниям и правилам безопасности.

Исключение хрома из грунтов и материалов для предварительной подготовки продолжает оставаться проблемой, которая заставляет инженеров создавать новые ЛКМ.

Имеются новые разработки ЛКМ для композитных поверхностей и в гражданском сегменте. Активным участником на гражданском рынке с материалами, отвечающими требованиям Boeing и Bombardier, является компания Deft. Испытания безхроматных грунтов проводят и военные, они также заинтересованы в исключении соединений хрома из материалов для подготовки поверхности. Deft вместе с другими компаниями продвигает такие технологии. Компания предлагает самовосстанавливающееся конверсионное покрытие для замены Alodine 1200.

Безхроматные системы испытывают ВВС США на самолетах F-15, норвежские — на F-16.

Deft продолжает разработку ЛКМ с низким содержанием ЛОС, предлагает полную окрасочную систему без хрома — конверсионный ЛКМ, грунты, верхние покрытия повышенной стойкости для гражданских и военных самолетов.

В военной области Deft выполнял ряд работ:

• перекрашивание самолетов F-15 на базе ВВС Робинсс безхроматным грунтом Deft 02GN084;
• окраску новых самолетов F-35 JPE и вертолетов Apache от Boeing безхроматным грунтом Deft44GN098;
• Boeing Military утвердил и применяет грунты 02GN084 и 44GN 098 для программы F-15;
• программа Nellis Air Force Base для самолетов F-16 и A-10 с грунтом 02GN084;
• программа для топливного танкера-заправщика Boeing KC767 с грунтом 02GN084;
• Lockhead принял программу для F-22 Raptor с грунтом 44GN098.

Разработано новое нетоксичное самовосстанавливающееся покрытие для защиты алюминия от коррозии при использовании в авиакосмической промышленности.

Новый экологичный материал для алюминия предназначен для замены канцерогенных хроматсодержащих материалов, применяемых в авиакосмической индустрии. Материал разработан командой исследователей из Университета Невада (США).

Новый состав по способности к самовосстановлению не уступает хроматному составу, что важно для оборонной и авиакосмической промышленности. Покрытие может применяться со всеми алюминиевыми материалами. Новый состав создает экологичное покрытие на базе молибдена, которое обеспечивает защиту алюминия от коррозии для самолетов и космических кораблей. При повреждении покрытия восстанавливаются самостоятельно.

к.х.н. В. С. Каверинский

Список литературы

1. Richardson A.S. Intheairwith AkzoNobel Aerospace Coating // Coatings World. — 2011, August. — Р. 33–35.
2. Wright T. Aerospace Coating // Coatings World. — 2010, August. — Р. 28–31
3. Wright T. Clear skies ahead... or more turbulence // Coatings World. — 2009, August. — Р. 26–28.
4. Pianoforte K. Aerospace Coatings Market // Coatings World. — 2004, August. — Р. 26–33.
5. Pianoforte K. Aerospace Coatings Market // Coatings World. — 2013, May. — Р. 26–29.
6. Wright T. In flight with PPG aerospace coatings // Coatings World. — 2012, August. — Р. 31–34.
7. Non-toxic coatings to replace chromate-based system // EC Newsletter. — 2012, October 29.

По материалам журнала ЛКМ. Лакокрасочные материалы и их применение.

---