中温固化结构胶粘剂体系

作者：付春明 吴健伟 于昕 匡弘 付刚 赵汉清

欢迎访问e展厅 展厅 2 复合材料/胶粘剂展厅 阻尼材料, 环氧树脂, 密封胶, 硅胶, 厌氧胶, ... 摘要：本文叙述了几种中温固化结构胶的性能和在环氧碳纤维复合材料粘接中的应用，并指出中温固化结构胶的研制方向。 关键词：中温固化结构胶粘剂；峰窝夹层结构；发泡胶 1 引 言 随着环氧碳纤维复合材料在航天航空结构上的广泛使用，胶接作为二次成型连接手段和修得复也日益重要。传统的航天航空用结构胶粘剂采用高温(170°～180℃)固化工艺。由于高温固化可使铝合金发生晶间腐蚀而损害疲劳性能，国外于六十年代中期起研制中温固化结构胶粘剂，中温意指250℉，即121℃。 中温固化结构胶用于环氧碳纤维复合材料结构胶接与高温固化相比，可产生较小的翘屈变形的和内应力，产品外形精度较高，因此更引人注目。 我国的中温固化结构胶粘剂研制于七十年代末。J－40中温固化结构胶粘剂是我国最早应用的中温固化结构胶之一，从1980年下厂工艺试验成功，在直－8机取代高温固化胶用于主承力结构的旋翼大（木梁）和后段件粘接，至今应用了近廿年。以后经过六五、七五国家科技攻关，研制出J－4A、B、C、D中温固化结构胶粘剂体系，可按同一固化工艺，同时胶接环氧碳纤维复合材料板与各种加强桁条、复合材料百板与铝蜂窝夹芯和各种予埋件等。已成功在多机种、多型号、多系列卫星、长征系列运载火箭和导弹等使用十余年，效果良好。 中温固化结构胶粘剂与高温固化结构胶相比虽上述特点突出，但因受固化温度限制而耐热性有限，一般使用温度上限为120℃。因此，中温固化可高温使用和进一步降低固化温度是当今中温固化结构胶粘剂发展方向之一。我们在这方面取得了可喜进展，已研制出J－159中温因化150℃使用结构胶粘剂体系和J－158 85°－90℃固化120℃使用结构胶粘剂体系。 本文简述J－47、J－158、J－159性能和在环氧碳纤维复合材料结构胶接上的应用。 1 J－47A、B、C、D中温固化结构胶粘剂体系性能及应用 1.1 组成 在胶主体材料羧基丁腈弹性体增韧环氧树脂，以改性双氰胺固化。 体系包括如下胶种： J－47A板与板粘接结构胶膜：用于蒙皮或面板与面板，面板与各种加强筋(L型材、帽型材等)粘接； J－47B底胶； J－47C面板与蜂窝夹芯粘接结构胶膜：用于蒙皮或面板与铝蜂窝夹芯或Nomex峰窝夹芯的夹层结构粘接； J－47D发泡胶：D1为带状；D2为颗粒状。用于蜂芯接接，蜂窝夹层结构板端框补强和不规则空间填充等。 1.2 特点 使用温度范围－120℃～120℃； 由板与板胶、板与芯胶、发泡胶组成结构胶粘剂体系，可在同一固化条件，同时粘接上述各种结构，各结构性能匹配； 胶膜(A、C、D)采用无溶剂辊压成型，具有适宜自粘性，贴合合扰后，可自动定位，适用于曲面大面积胶接； 具有较高比强度，C膜厚度可在0.10～0.30mm(重量110g～330g／m2)，在保障结构性能同时，又满足不同的结构重要要求。 1.3 性能 J－47A、C膜性能： 1.3.1 不同温度下剪切强度(见表1) 数据表明本胶100℃和130℃有长期耐热老化性能。 1.3.3 耐介质和湿热老化(表3，表4.1，4.2，4.3)数据表明本胶有较好耐湿热老化性能。 数据表明本胶100℃和130℃有长期耐热老化性能。 1.3.4 不同金属粘接强度(表5) a、除铝合金经化学氧化外，其它材料均以砂纸打磨后，以丙酮擦试即可。 本胶对多种材料，包括难粘材料黄铜、紫铜等均有优良粘合强度。 1.3.5 环氧碳纤维复合材料粘接 基体树脂为648环氧树脂，以BP3CH3CH2NH2固化。 以上结果表明，上述三种结构胶粘接环氧碳纤维复合材料剪切试片，虽都是被粘物破坏，但B，C由于中温固化，其强度绝对值和比值均高于高温固化胶，显示了中温固化粘接复合材料的优越性。 本胶粘接铝合金的耐介质变化率和湿热老化下降率全部小于环氧碳纤维复合材料，而且破坏状况全部为复合材料，说明本胶完全胜任648酚醛环氧－BF3·单胺络合物的碳纤维复合材料的粘接。 1.3.6 J－47D发泡胶性能 其它强度 1.4 应用 J－47中温固化结构胶粘剂体系从1983年应用于强－5和歼－7－Ⅱ环氧碳纤维复合材料垂尾粘接至今已有十七年应用历史。包括多机种、多型号多系列卫星、长征系列运载火箭、多型号导弹和新型雷达等粘接，应用效果良好。 1.4.1 多机种[3，4] 1983年在航空部132厂进行歼－7－Ⅱ环氧碳纤维复合材料垂尾整流置的壁板与帽型加强筋条粘合，通过静力试验考核后，装两架机飞机使用，效果 良好。 1983年航空部625所和320厂以J47A胶接强－5机全不氧碳纤维复合材料垂尾，通过静力试验考核，并飞行成功。 此外，还在运－7、运－12机批生产中应用。 1.4.2 多型号、多系列卫星[6，7] J－47中温固化结构胶粘剂体系已从1986年起在我国发射的多型号、多系列卫星和人造飞船(实用通讯、气象、广播通讯和人造飞船、军事等)上使用了15年。主要用于环氧碳纤维复合材料面板与铝蜂窝夹芯或Nomex蜂窝夹芯的夹层结构及其各种予埋件胶接。包括了卫星通讯结构系统、能源结构系统、桁架和本体结构系统的四大结构体系，具体构件有：抛物物面天线面板、反射板、仪器按装板、太阳能电池阵基板、太阳能电池壳、卫星隔板、卫星壳体等结构部件。J－47A、B、C、D已列入航天工业部标准“锥形曲板铝蜂窝夹层结构件的胶接成型工艺规范”中。1993年发射的广播通讯卫星的通信舱和服务舱的24个结构板全部由J－47胶接。以后发射的卫星胶接结构全部参照此星设计，如近年发射XX星和XX星分别采用J－47胶接了52个和54个结构件，神州号宇宙飞船应用了18个J－47胶接件。 1.4.3 长征系列运载火箭[8] 主要用于CZ－2C、CZ－3、CZ－3A等环氧碳纤维复合材料面板铝蜂窝夹芯的夹层结构的主承力结构件－卫星仪器舱及其支架、阻尼板等胶接。还用于CZ－2E的前锥整流罩粘接，该整流罩为环氧玻璃纤维面板酚醛树脂补强玻璃纤维蜂窝的夹层结构。本来采用高温固化结构胶粘接，由于固化后变形大无法使用，改用J－47中温固化结构胶顺利成功。 1.4.4 多型号导弹粘接[9] 环氧碳纤维复合材料用于多种导弹的弹翼，其壁板与各种加强筋需胶接。本采用高温固化胶，因变形大而采用J－47中温固化胶，至今已成功应用10年。 2 J－158 85°－90℃固化120℃使用结构胶粘剂体系 本胶为电子部14所研制，用于予警机天线罩环氧碳纤维复合材料件二次连接，包括A、B、C胶种，技术指标如下：(表12) 3 J－159中温固化150℃使用结构胶粘剂体系 本胶为歼击复合材料修理而研制，包括A、B、C、D四胶种，技术指标如下(见表13，14) 4 结 语 J－47等中温固化结构胶作为新一代胶种，用于环氧碳纤维复合材料二次成型应用日益广泛，并已有十七年良好实用效果。进一步降低固化温度和提高耐热性是该领域主要发展方向，这样可进一步扩大中温固化结构胶的应用。利用中温固化结构胶的研制基础(中温固化剂和促进剂等)，可进行中温固化基体树脂的研制，将有良好使用前景。 参考文献： [1] 航天部P508所，J－47A,B,C,D使用工艺报告，1987.10 [2] 美国波音公司，“Boeing Material Specificaltion”(BMSO)(5－90E)Stnictural,Foaming Adhesives P2－4. [3] 航空部132厂，关于J－47A用于歼七机复合材料垂尾整流罩壁板小结，1985.8 [4] 航空部625所，强一五机全复合材料垂尾静力试验结果，1985.2 [5] 哈尔滨飞机制造公司，J－47D使用证明，1991.6 [6] 航天部508所，J－47B,C,D使用证明，1991.6 [7] 航天部529厂，J－47B.C、D使用证明，1991.6 [8] 航天部703所，J－47A.B,C.D使用说明，1991.9 [9] 航天部三院三部，J－47A,B,C、D使用证明，1991.6(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/27/2005)