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浅谈结构胶粘剂的发展与生产应用

发布时间: 2014-01-15 03:30 作者: 浏览次数: 17 字号:

1·前言

在上个世纪的40年代为满足飞机的上产需求,结构胶粘剂被应运而生,直至现在结构胶粘剂已经被电子产业、汽车产业和航空生产领域所所采用,并且在其技术和性能上拥有很大的突破。为保证飞机的正常起飞,在制造飞机时就需要考虑其自身的重量,因此在飞机的制造业中,多用铝合金在制成,此类金属本身具有质地轻、强度高等优质,但缺陷是不能进行焊接,在应力扩张的阻止措施上也不能采用螺接或者铆接来进行,因此结构粘接剂所具有的优势便被飞机制造业所看重[1]。在飞机胶接的要求上普通胶粘接剂不能够满足要求,因此要采用具有高强度、耐高温并且能够持久使用的胶粘剂开展胶接工作。

结构胶粘剂的迅速发展阶段是从上个世纪的70年代开始,因为此时飞机制造业对于飞机各个零部件和机身的生产商开始大量的使用高强度的钛合金以及碳纤维符合材料来参与制造。直至上个世纪的90年代初,为适应这种类型的飞机生产,美国就已经研制出数万个结构胶粘剂的品种。此外在欧洲地区的其他国家、前苏联、日本也开展大量结构胶粘剂的生产。随着时代的需求,新型飞机的研制和改良在国内的航天领域中不断被生产,因此国内为适应这种趋势而制造出的结构胶粘剂其性能上也具有很大的突破,并且能够满足国内航天、航空以及相应新技术发展的需要。文中笔者主要采用国内自行研制的J-系列耐高温结构胶粘剂做实例的分析研究。2·结构胶粘剂的简述

2.1结构胶粘剂的类别

目前在学术界中并没有对结构粘胶剂的分类做特别明显的区分,根据使用温度的区分点上,可将其划分成耐高温型、耐中温型等;根据固化温度来区分,可将其分成高温固化型、中文固化型、室温固化型等;根据材料来划分,可将其分成聚酰亚胺型、酚醛-缩醛型、环氧树脂型、酚醛-橡胶型等;根据供货方式来进行区分,可有多组分型、单组分型、双组分型等[2]。

2.2结构胶粘剂的要求

耐高温是结构粘胶剂区别于普通胶粘剂的一大特性,就算是在室温内使用的胶粘剂其耐温程度也能够超过80℃,而在室内固化耐温胶粘剂已经成功的研制出超过200℃的产品。在结构胶粘剂的生产指标上,对于高温固化结构胶的要求,其耐温程度不能低于175℃,中温固化结构胶不能低于130℃。对于结构胶的强度的要求,在室温中进行剪切的强度不能低于30MPa,必须要超过50KN/m是剥离强度的要求,如果在高温环境下的剪切强度应该超过10MPa。结构胶粘剂耐久性能的内容要能够耐高温、低温,以及在高温环境下耐老化,能够承受振动带来的抗疲劳性能,以及冷热交替的冲击,耐燃油、耐蠕动、耐盐雾、并且能够承受各种液体和溶剂的浸泡。

2.3胶接工艺要求

在将结构胶粘剂应用到实际材料的胶接上时,开展的工艺比较复杂。文中采用铝合金试片做实例的分析,在进行胶粘前,需要将铝合金的表面进行打磨、除油、磷酸阳极化等,在烘干后再将底胶涂抹上去,随后是主胶的涂抹,叠合后开始定位,再施加压力进行加热固化,随后将其冷却。针对器件较大的部件是在热压罐中利用气动加热或者加压后将其固化。

3·J-系列结构胶的材料性能

该结构胶的研制是国内近几年研发出的具有高性能结构的产品。由增韧材料、环氧树脂和潜伏性固化剂等共同制成的胶粘剂,现已经被广泛的应用在飞机的平尾、襟翼、方向舵、副翼等部件的生产。在J-系列结构胶中含有J-71芯条胶、J-117缓蚀底胶、J-116胶粘剂、J-60粉状发泡结构胶、J-118带状发泡结构胶等[3]。在和相应的器件进行交接时,不同部位的器件对于胶粘剂胶接的性能要求不尽相同,下文便对这几种胶粘剂做简要的陈述。

3.1J-71芯条胶的简述

J-71芯条胶常被用来参与铝蜂窝中夹芯部件的生产,因为其是耐高温型的固化胶粘剂。在被用来制作铝蜂窝的夹芯部件前先要经过磷酸对其进行阳极化后再将其拉展开。因此其剥离的强度应该要超过13.0KN/m;3.0KN/m为夹芯部件的节点T型的剥离强度;对此胶粘剂的合格检查需要先进行自来水的浸泡工作,随后是人造的海水,其次是2号喷气燃油,随后是工业使用的乙醇做侵泡的检测工作,时间长达半个月,从检测的结果中显示,夹芯部件的节点T型玻璃强度损耗量小于5%。

3.2J-117缓蚀底胶的简述

J-117缓蚀底胶是作为一种底胶而研制出,在对金属的表面涂上缓蚀胶后在涂抹主胶,主胶和缓蚀底胶的混杂的成分中会存在有颗粒性的缓蚀剂,等到结构胶变干后胶中的缓蚀性颗粒就会沉淀金属的表面,就能够对金属产生相应的保护作用。将缓蚀底胶涂抹到被磷酸阳极化的铝合金属的表面后,待其干燥后,整个缓蚀底胶应该呈现5~10μm的厚度。在将其应用到胶接工作时无需单独做固化处理,应将器件和J-116主胶进行共同固化,在室温情况下对板-芯进行检测时其剥离强度可以达到5.8KN/m;是在室温情况下对板—板的剥离强度进行检测,其数值超过8.1KN/m;在涂抹J-117缓蚀底胶后,将此器件经过长时间的加热老化处理,随后在湿热环境中进行老化处理,其次是盐雾环境中存放,并在很多介质中侵泡后,测得的剥离强度和剪切强度的下降数值小于20%。

3.3J-116胶粘剂的简述

在经高温固化后环氧树脂携带载体的结构胶粘剂类型中便有J-116胶粘剂,胶粘剂的膜状结构被划分常A、B两种,在板芯的胶接上主要应用A胶膜的J-116胶粘剂,在板-板的胶接上主要应用B胶膜的J-116胶粘剂。J-116的胶膜颜色呈黄绿色,不同种类的胶膜其厚度也不一样,而在固化过程的检测中,胶粘剂挥发除去的成分均不超过1.0%。

在对J-116胶粘剂性能的检测上其剥离强度和剪切强度的下降数值较低。在空气中进行J-116胶粘剂的耐热环境老化检测时,其老化后剥离强度的下降数值小于0.3%,剥离强度的下降数值小于1.0%。在对J-116胶粘剂做耐盐雾性能检测时,现将试件放到35℃的环境下进行氯化钠含量为5%喷雾测试,时间持续1个月。剥离强度的下降数值小于0.4%,剪切强度的下降数值小于2.0%。

在对J-116胶粘剂做耐冷热交替的性能测试时,现将其放到室温的常温环境中,随后将其转换到温度为55℃的环境中,随后在回到室温环境中,随后再放入温度为135℃的环境中,最后再回到室温环境中,测试时在每个温度环境中放置的时间均为15分钟,连续进行400个周期性的循环,其测试结果为,剥离强度的下降数值均小于0.4%,剪切强度的下降数值均小于4.0%。

3.4J-60粉状发泡结构胶简介

该结构胶是在经过高温进行固化处理的改性环氧树脂模状的结构胶,J-60粉状发泡结构胶是生产商按照国内飞机生产的实际需要而研制,在没有对该结构胶进行固化处理之前其应呈细粉颗粒的状态,在结束固化后结构胶会自发冒泡并且胀大,J-60粉状发泡结构胶所具有的这种特性被夹芯结构件的生产需要所看重,因此被用于夹芯抗压强度的增补工作,以及夹芯内各种零部件的胶接、密封、填充、定位工作。

在J-60粉状发泡结构胶性能测试上,压缩强度的测试,在常温环境进行测试时,试件的密度每增加0.05g/cm-3,抗压强度的下降数值均小于3.8%;在175℃常压环境的中,试件的密度每增加0.05g/cm-3,抗压强度的下降数值均小于0.9%。剪切强度的检测,常温常压下,试件的密度每增加0.05g/cm-3,剪切强度大的下降数值均小于1.7%;在175℃常压环境的中,试件的密度每增加0.05g/cm-3,剪切强度的下降数值均小于1.3%。耐久性的检测是将J-60粉状发泡胶开展多项耐介质和耐湿热老化的检测后从统计数据中综合分析出,其强度的下降数值小于15%。

3.5J-118带状发泡结构胶

该结构胶跟J-60粉状结构胶一样都是在高温环境中进行固化后的改性环氧树脂膜状结构胶,其固化的过程中也会冒泡膨胀,因此被征用来进行夹芯结构各个零件的胶接,如在和腹板、梁、肋等处进行胶接、密封、填充等。

对于J-118带状发泡结构胶的性能测试。抗压强度的测试,先将其加热固化成30mm×30mm×30mm的胶块后,再室温环境下进行测试,试件的密度每增加0.02g/cm-3,其抗压强度的下降数值均小于2.7%。在对试件进行剪切强度的测试时,不同温度情况下剪切强度的下降数值均小于1.0%。J-118发泡胶粘剂的耐久性能检测,先将其跟其他的主胶配合使用后,再将试件分别做耐热老化的测试、耐疲劳震动测试、耐介质侵泡测试、耐湿热持久应力的测试,其耐久性能的下降数值均小于15%。

4·结语

对结构胶粘剂的部分类型开展相应性能检测后,发现其所具备的综合性能已经能够担任国内航空航天事业发展的要求,为更能够进一步的跟进航天技术的发展需要,结构胶粘剂的研发还应该在耐久性能和耐高温性能上做进一步的提升。并且将胶粘剂在固化时所需的温度、时间、压力做减降工作,尽量在保证质量的同时能够降低成本的投入,逐渐将其向环境友好型、安全可靠性做更好的转变工作。

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