航空工業(yè)使用膠黏劑最早,環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠黏劑起了非常重要的作用,用于金屬結(jié)構(gòu)、金屬與塑料、金屬與橡膠、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)與壁板等粘接,逐步代替部分鉚釘、螺栓、焊接,具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、表面光滑、應(yīng)力集中小、密封性好等優(yōu)點,正適合于飛機不斷減輕自身質(zhì)量和提高航速發(fā)展的需要。第二次世界大戰(zhàn)后,由于飛機制造工業(yè)的新要求,開始重視環(huán)氧膠黏劑,尤其是加入鋁粉及其他改性劑,提高了粘接強度。在20世紀60年代對環(huán)氧膠的研究和應(yīng)用都有了新飛躍,1970年,三叉戟和波音707客機都采用Redux系列改性環(huán)氧膠黏劑進行結(jié)構(gòu)粘接,強度和耐熱性較高者為Redux312膠膜。1972年第3代中溫固化改性環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠黏劑FM-73、EA-9628、M1133等問世。美國空軍在20世紀70年代中期提出的主結(jié)構(gòu)粘接工藝計劃中所推薦的中溫固化結(jié)構(gòu)膠黏劑體系為BR127底膠+FM73膠膜。1980年先涂膠后點焊工藝制造的粘接-點焊結(jié)構(gòu)件用于A-10戰(zhàn)斗機。一架波音747飛機粘接所用膠膜達3700㎡。一種新型中溫固化環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠黏劑可在低壓(0.07~0.1MPa)中溫(115~120℃/50~60min)迅速固化,已用于空中客車A340的機身生產(chǎn)。世界上最大的客機空中“巨無霸”空客A380大量使用新型復(fù)合材料,其制造和連接都離不了高性能環(huán)氧膠黏劑。美國海軍F-18大黃蜂戰(zhàn)斗機就是用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠黏劑將碳纖維復(fù)合材料制得的翅膀粘接在機身兩側(cè)的鈦裝配件上,即主要結(jié)構(gòu)完全靠粘接固定。波音787夢幻客機是首架機身和機翼不用鋁而用高強度碳纖維增強塑料制成的客機,是飛機制造史上的一個創(chuàng)舉,其連接當(dāng)然離不開環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接技術(shù)。
代飛機制造應(yīng)用粘接結(jié)構(gòu)日益增多,對于提高質(zhì)量和性能、減輕結(jié)構(gòu)重量、簡化生產(chǎn)工藝、降低成本的作用十分顯著。環(huán)氧膠黏劑用于飛機制造主要是機身、殼體、蜂窩結(jié)構(gòu)材料等的結(jié)構(gòu)粘接。特別是大量使用的蜂窩夾層結(jié)構(gòu),其面板與蜂窩芯之間必須用環(huán)氧膠黏劑粘接。目前世界上各種高速飛機都大量使用鈦合金結(jié)構(gòu)件,正在逐步由傳統(tǒng)的鉚接結(jié)構(gòu)改為粘接結(jié)構(gòu),所用膠黏劑主要為環(huán)氧-聚砜結(jié)構(gòu)膠,采用合適的表面處理方法(過氧化氫-堿蝕法)會獲得良好的粘接耐久性。飛機的鉚接結(jié)構(gòu)75%~80%可用粘接結(jié)構(gòu)代替。
在飛機維修上采用環(huán)氧膠黏劑更是方便快捷,例如蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的不慎損傷,可以用環(huán)氧膠注入、填充、粘貼,固化后牢固可靠,性能依舊。又如整體油箱出現(xiàn)裂紋滲漏,若焊接動火,必須將油全部放掉,也難以處理干凈,又不能保證安全。最為有效、簡便的方法是粘接修理,選用快固高強環(huán)氧膠黏劑,不僅可迅速完成粘接密封治漏,而且因環(huán)氧膠耐油可確保日后使用安全可靠耐久。
此外,環(huán)氧膠還可用于飛機蒙皮、機翼、壁板、復(fù)合材料、大直徑低壓導(dǎo)管等的粘接修補。
航空用環(huán)氧膠黏劑的典型配方(質(zhì)量份)如下。
①E-51環(huán)氧樹脂 100
AG-80氧樹脂 100
端羧基液體丁腈橡膠(CTBN) 20
JLY-55聚硫橡膠 100
DMP-30 10
KH-550 2
E-51、AG-80、CTBN先于150℃反應(yīng)30min,JLY-155和DMP-30于120℃反應(yīng)1h,再進行混合配制。
室溫固化10d,剪切強度室溫25.9MPa,120℃為14.9MPa,150℃為13.3MPa,200℃為5.6MPa;室溫剝離強度6.0kN/m。
用于航空、航天工業(yè)耐熱結(jié)構(gòu)部件的粘接。
②E-51環(huán)氧樹脂 100
651聚酰胺 65
DMP-30 2
鋁粉 16
KH-550 2
室溫/48h或60℃/4h固化。
用于飛機大直徑低壓導(dǎo)管的粘接修復(fù)。
宇航工業(yè)和空間技術(shù)發(fā)展極其迅速,航天器和空間站的制造與裝配都離不開膠黏劑,如宇宙飛船、航天飛機、運載火箭、人造衛(wèi)星、衛(wèi)星整流罩、中繼站、太陽能電池等都大量采用輕質(zhì)高強的蜂窩結(jié)構(gòu)材料、高強高模復(fù)合材料、玻璃鋼、泡沫材料、密封材料等。而這些材料的制造和連接都需要環(huán)氧膠黏劑,并要求能長期經(jīng)受惡劣的使用條件。
航天技術(shù)的要求非常嚴格、苛刻,例如阿波羅飛船發(fā)射后,火箭穿越大氣層飛往太空,高速飛行的火箭與大氣層摩擦,表面溫度高達2000℃以上。為保證指令艙能順利通過大氣層返回,必須要有一個絕熱層,外側(cè)是由酚醛樹脂處理過的聚酰亞胺薄板,而內(nèi)層則是由玻璃鋼制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)空心層,以環(huán)氧-酚醛復(fù)合型結(jié)構(gòu)膠黏劑進行粘接,保證了良好的絕熱效果。人造衛(wèi)星返回地面時,要求結(jié)構(gòu)膠黏劑能承受400℃/20min。最近10多年研制的運載火箭、戰(zhàn)略導(dǎo)彈采用改性環(huán)氧膠黏劑粘接第一、二級殼體,改性酚醛環(huán)氧膠黏劑用于整流罩的粘接,實際使用效果良好,曾出現(xiàn)過整流罩破壞而膠黏劑層仍完好的實例。
運載火箭氫氧發(fā)動機燃料箱中氧氣沸點為-183℃,氫氣沸點為-253℃。燃料箱密封及火箭共底的制造要求所用的膠黏劑能耐超低溫,在-253℃具有良好的強度和韌性,可用DW-3四氫呋喃聚醚改性環(huán)氧耐超低溫膠黏劑,剪切強度室溫19.2MPa,-253℃時≥17.6MPa。
航天器的電子元器件大部分采用改性環(huán)氧樹脂膠黏劑粘接或灌封,酚醛-環(huán)氧膠黏劑(J-163)用于伺服系統(tǒng)中磁鋼與殼體的粘接,耐高溫300℃,實際應(yīng)用效果良好。
改性環(huán)氧樹脂發(fā)泡膠主要用于蜂窩夾芯之間拼接,以及局部增強蜂窩結(jié)構(gòu)件的剛度,蜂窩夾芯與預(yù)埋件粘接和端框之間的粘接。
我國成功發(fā)射與返回的載人宇宙飛船“神舟五號” 、 “神舟六號” 的座艙、地板、天線、太陽能電池板等部位,都使用了高性能環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠黏劑替代傳統(tǒng)制造工藝中的鉚接和焊接。
航天用環(huán)氧膠黏劑的典型配方(質(zhì)量份)如下。
①E-51環(huán)氧樹脂 100
D-17環(huán)氧樹脂 20
SM-60稀釋劑 12
3051聚酰胺 10
2-乙基-4-甲基咪唑 5
KH-550 2
100℃/4h固化。
用于航天儀表的粘接和密封。
②AG-80環(huán)氧樹脂 80
聚醚酰亞胺 20
二氨基二苯砜 40
N-甲基吡咯烷酮(NMP) 適量
125℃/2h+200℃/2h固化。固化物玻璃化溫度256℃,200℃高溫剪切強度僅下降10%。用于航天飛行器輕質(zhì)高強的蜂窩結(jié)構(gòu)材料粘接。 環(huán)氧樹脂 - www.www.szysjc.com -(責(zé)任編輯:admin) |
