聚氨酯快干漆在火工品噴涂中的應用前景分析

來源：市場資訊

（來源：買化塑）

李曉升，黨文偉，楊振興

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

摘要、關鍵詞

摘要：本文主要探討了聚氨酯快干漆在火工品噴涂領域的應用前景。通過對聚氨酯快干漆催化快干機理的解析，揭示了 其快速固化的內在機制。同時，系統介紹了噴涂參數、固化制度及貯存穩定性對快干漆涂層性能的影響，并重點考察了快干漆在溫度循環、溫度沖擊、濕熱試驗、老化試驗等嚴苛環境條件下的適應性能力。研究結果表明：采用傳統三防漆噴涂工藝即可制備出性能優異的聚氨酯快干涂層，快干漆成分中叔胺類與有機錫類催化劑相互之間存在顯著的協同作用，能夠有效提升聚氨酯漆膜的固化速率，其常溫下固化時間較傳統聚氨酯涂料可縮短85%，在 45 ℃烘干條件下固化時間可縮短 96%。同時，快干漆表現出與配套底漆、硅橡膠熱防護涂層等多型涂層優異的匹配性，能夠滿足復雜環境條件下的應用需求，為快干漆在火工品噴涂領域的應用提供了參考。

關鍵詞：快干漆；火工品；噴涂；催化快干；固化時間

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引言

火工品作為一種在軍事領域廣泛應用的特殊產品，其安全性和可靠性至關重要[1]。在火工品的生產過程中，表面防護涂層對于提高火工品的耐腐蝕性、穩定性以及延長其使用壽命起著關鍵作用。火工品的涂層加工過程對廠房內裝藥當量有嚴格限定，當廠房內產品數量達到裝藥當量上限后，影響其生產能力的主要因素為生產周期。通常，傳統的三防漆在火工品噴涂過程中，由于火工品表面漆層不能采取高溫及長時中溫加熱固化的方法，導致其漆層固化時間在生產周期中占較大比例，極大地影響火工品生產效率及產能。

快干漆作為一種新型涂料，具有常溫干燥速度快的顯著特點[2]。將快干漆應用于火工品領域，能夠有效提高火工品的生產效率，減少總體生產周期。目前，對于快干漆在一般工業領域的應用研究較多，但在火工品這種特殊產品上的應用研究還相對較少。此外，由于火工品對其常選用的聚氨酯漆在安全性、可靠性方面有嚴格要求，決定了其表面涂層的性能需要進一步深入研究和評估[3-4]。

本文從催化快干角度來縮短漆層固化時間，并按照火工品相關要求進行漆層性能及環境適應性考核驗證，以得到能夠用于火工品表面防護的漆層，為后續火工品噴涂選材、設計提供一定參考。

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快干漆的催化快干機理

快干漆一般通過在配方中添加特殊助劑使得其在施工后能在較短時間內形成干燥的漆膜。目前，在加快漆層固化速度方面，除了提高固化溫度以外，還可以通過添加催化劑的方式加快其反應速率。其中，催化劑作為漆料的添加劑組分，是一種能夠改變固化反應速率但不改變反應總吉布斯自由能的物質，其特有的選擇性促進正反應、抑制副反應的催化方式，能夠顯著縮短樹脂與固化劑的反應時間。在聚氨酯快干漆體系中，催化劑作為一種重要助劑，不僅能縮短聚氨酯預聚合的時間，還能縮短聚氨酯涂層的固化時間[5]。因此，選擇合適的催化劑對聚氨酯體系從聚合到成膜都至關重要。

聚氨酯快干漆催化劑按成分可以分為叔胺類催化劑和有機金屬類催化劑，較為常用的有2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚（DMP-30）、二甲基環己胺、二月桂酸二丁基錫等。其中，叔胺類催化劑對聚氨酯反應催化活性主要取決于以下幾個因素：1）叔胺基團的堿性越大，催化活性越高；2）氮原子上所帶取代基的空間障礙越小，催化活性越高；3）催化劑的濃度越大，催化活性越高。而有機錫催化劑在反應過程中能與異氰酸根產生配位并使—NCO基團極化，從而使異氰酸酯分子中帶正電荷的碳原子更加活潑，更容易受到多元醇聚合物端羥基的攻擊[6]，達到聚氨酯快速反應成膜的目的。

在對催化劑的研究中，叔胺類催化劑與有機錫類催化劑之間存在明顯的協同作用。由于異氰酸酯或羥基化合物首先能夠與催化劑生成不穩定的絡合物，隨后發生反應形成聚氨酯樹脂[7]。因此，在催化異氰酸根與羥基反應的活性方面，叔胺與有機錫催化劑復合使用時效果更佳，且可以抑制—NCO基團和水的副反應，從而明顯提高涂料的貯存穩定性。

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快干漆的工藝性研究

2.1 快干漆的基本性能

為了保證火工品表面涂層性能穩定性，本文主要選擇有應用背景的 WM-S08B 聚氨酯快干漆作為研究對象，該聚氨酯快干漆主組分中含有叔胺與有機錫復合催化劑，其基本技術指標如表 1 所列。

2.2 快干漆的噴涂參數

按照傳統三防漆的噴漆施工條件對聚氨酯快干漆進行工藝試驗。同時，以漆層外觀作為合格判斷依據，兼顧考慮施工過程效率，最終確定了最佳的噴涂工藝參數。聚氨酯快干漆在空氣噴涂條件下的最佳噴涂工藝參數如表 2 所列。

按照表 2 噴涂工藝參數，分別在 WF-02B 配套底漆及 WM-S06B 硅橡膠熱防護涂層表面進行噴涂，噴涂后的漆層外觀如圖 1 所示。覆于底漆之上的面漆漆膜平整、光滑、清潔、色調一致、均勻遮蓋，無漏噴、過噴、流掛、橘皮及剝落等缺陷（圖 1 a）。而覆于硅橡膠熱防護涂層的面漆漆膜除表現出凹凸感外，其他外觀指標與覆于底漆之上的面漆樣本無區別（圖 1 b）。

同時，對快干漆在配套底漆、硅橡膠防護涂層表面的性能進行測試，結果如表 3 所列。結果表明，快干漆與配套底漆、硅橡膠防護涂層復配形成的涂層結構各項指標均滿足快干漆技術指標，而配套底漆表現出的性能參數略優于硅橡膠防護涂層，這主要與涂層粗糙度及結合能力有關。此外，快干漆匹配不同涂層結構表現出良好的附著性能，能夠牢固地附著在多種基材表面。按照 GB/T 1768《色漆和清漆耐磨性的測定旋轉摩擦法》對復配涂層耐磨性進行測試，結果顯示其涂層結構具有較高的硬度和韌性，能夠有效抵抗外界摩擦、刮擦。復配涂層具有優異的耐腐蝕性，對酸、堿、鹽等化學物質有較好的耐受性。

2.3 快干漆的固化制度

按照聚氨酯快干漆最佳噴涂工藝參數，采用空氣噴涂的施工方法制備了聚氨酯快干漆膜，并在常溫及 45 ℃烘干條件下驗證其固化條件。驗證過程中，完全固化條件以固化后打磨標準確定，即以漆膜干燥后具備正常打磨條件視為完全固化，其固化條件驗證試驗結果如表 4 所列。

通常，傳統聚氨酯漆室溫固化時間為 120 h ，45 ℃ 烘干固化時間為 72 h 。由表 4 可知，聚氨酯快干漆的固化時間與傳統聚氨酯漆相比，常溫固化時間可縮短 85% ，45℃烘干固化時間可縮短 96 %，完全能夠滿足火工品常溫短時固化、中溫短時固化的安全性要求。

2.4 快干漆的貯存穩定性

將聚氨酯快干漆分別在常溫和 45 ℃ 環境條件下進行長期貯存、短期貯存，貯存后采用空氣噴涂的施工方法制備快干漆層，并進行漆層固化性能及附著力測試，其測試結果如表 5 所列。結果表明，聚氨酯快干漆經過常溫環境長時間貯存以及 45 ℃ 中溫環境短時間貯存后，漆層固化狀態均正常，劃格法附著力均達到 1 級。

采用空氣噴涂的施工方法將快干漆（室溫貯存 10 個月+45℃ 貯存 5d）噴涂在配套底漆、常用底漆、硅橡膠熱防護涂層表面，并進行漆層固化性能及附著力測試，通過固化狀態及附著力是否劣化判斷快干漆與各種涂層的匹配性，其匹配性測試結果如表 6 所列。結果表明，聚氨酯快干漆經過常溫環境長時間貯存以及 45℃ 中溫環境短時間貯存后，其與配套底漆、常用底漆及硅橡膠熱防護涂層配套噴涂后漆層固化狀態均顯示正常，劃格法附著力均達到 1 級。

經常溫環境長時間貯存以及 4 5℃ 中溫環境短時間貯存后，聚氨酯快干漆表現出優異的貯存穩定性，并且與配套底漆、常用底漆及硅橡膠熱防護涂層有優異的匹配性，其能夠滿足火工品加工過程常溫長期、中溫短期貯存要求及各型涂層結構復合匹配能力。

根據火工品環境適應性要求的試驗項目，對聚氨酯快干漆進行溫度循環（GJB 1032A —2020 《電子產品環境應力篩選方法》）、溫度沖擊（GJB 150.5 A —2009 《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第 5 部分：溫度沖擊試驗》）、濕熱試驗（GJB 150.9 A —2009《軍用裝備實驗 室環境試驗方法 第 9 部分：濕熱試驗》）、老化試驗（GB/ T 1766—2008 《色漆和清漆 涂層老化的評級方法》）等項目考核，其具體溫度循環考核條件、溫度沖擊考核條件、濕熱試驗考核條件見圖 2~3 和表7，考核結果如表 8 所列。

試驗結果表明，聚氨酯快干漆經 3 個周期的溫度循環、溫度沖擊，經 10 個周期的濕熱考核，經 5 00 h 的紫外老化試驗后，漆層無起泡、發黏、脫黏、變色、失光等異常現象，滿足火工品使用過程中耐腐蝕性、全周期壽命使用要求。

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結語

本文圍繞聚氨酯快干漆在火工品噴涂中的應用展開系統性研究，基于對快干漆干燥機理的深入分析，提出了一種有效的聚氨酯快干漆催化快干方法。通過開展噴涂參數、固化制度及貯存穩定性等工藝性研究發現，該快干漆在空氣噴涂條件下制備的漆膜性能優異，其在室溫條件下固化周期可縮短至傳統聚氨酯漆的 15 %，在 45℃ 烘干環境下固化周期可縮短至傳統聚氨酯漆的 4 %。

同時，溫度循環、溫度沖擊、濕熱試驗、老化試驗等環境適應性研究表明，該快干漆不僅具有良好的使用穩定性，而且能夠滿足復雜環境條件下的應用需求。此外，快干漆表現出與配套底漆、硅橡膠熱防護涂層等多型涂層優異的匹配性，且各項性能均滿足快干漆自身性能指標要求。綜合來看，聚氨酯快干漆在火工品噴涂領域展現出廣闊的應用前景，為提升火工品的噴涂效率提供了有力的技術支撐。

來源：《現代涂料與涂裝》2026年1月第29卷第1期