淺談結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展與生產(chǎn)應(yīng)用

　　【摘要】對(duì)結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展及生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)述，并將結(jié)構(gòu)膠粘劑的具體分類以及在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用做分析。文中對(duì)于結(jié)構(gòu)膠粘劑的所做的研究是采用J-系列的環(huán)氧樹脂基耐高溫結(jié)構(gòu)膠粘劑做實(shí)例分析，主要對(duì)此類型的結(jié)構(gòu)膠粘劑的生產(chǎn)種類、技術(shù)優(yōu)勢(shì)、要點(diǎn)和性能做演技。

　　【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)膠粘劑 發(fā)展 研究

　　1·前言

　　在上個(gè)世紀(jì)的40年代為滿足飛機(jī)的上產(chǎn)需求，結(jié)構(gòu)膠粘劑被應(yīng)運(yùn)而生，直至現(xiàn)在結(jié)構(gòu)膠粘劑已經(jīng)被電子產(chǎn)業(yè)、汽車產(chǎn)業(yè)和航空生產(chǎn)領(lǐng)域所所采用，并且在其技術(shù)和性能上擁有很大的突破。為保證飛機(jī)的正常起飛，在制造飛機(jī)時(shí)就需要考慮其自身的重量，因此在飛機(jī)的制造業(yè)中，多用鋁合金在制成，此類金屬本身具有質(zhì)地輕、強(qiáng)度高等優(yōu)質(zhì)，但缺陷是不能進(jìn)行焊接，在應(yīng)力擴(kuò)張的阻止措施上也不能采用螺接或者鉚接來(lái)進(jìn)行，因此結(jié)構(gòu)粘接劑所具有的優(yōu)勢(shì)便被飛機(jī)制造業(yè)所看重[1]。在飛機(jī)膠接的要求上普通膠粘接劑不能夠滿足要求，因此要采用具有高強(qiáng)度、耐高溫并且能夠持久使用的膠粘劑開展膠接工作。

　　結(jié)構(gòu)膠粘劑的迅速發(fā)展階段是從上個(gè)世紀(jì)的70年代開始，因?yàn)榇藭r(shí)飛機(jī)制造業(yè)對(duì)于飛機(jī)各個(gè)零部件和機(jī)身的生產(chǎn)商開始大量的使用高強(qiáng)度的鈦合金以及碳纖維符合材料來(lái)參與制造。直至上個(gè)世紀(jì)的90年代初，為適應(yīng)這種類型的飛機(jī)生產(chǎn)，美國(guó)就已經(jīng)研制出數(shù)萬(wàn)個(gè)結(jié)構(gòu)膠粘劑的品種。此外在歐洲地區(qū)的其他國(guó)家、前蘇聯(lián)、日本也開展大量結(jié)構(gòu)膠粘劑的生產(chǎn)。隨著時(shí)代的需求，新型飛機(jī)的研制和改良在國(guó)內(nèi)的航天領(lǐng)域中不斷被生產(chǎn)，因此國(guó)內(nèi)為適應(yīng)這種趨勢(shì)而制造出的結(jié)構(gòu)膠粘劑其性能上也具有很大的突破，并且能夠滿足國(guó)內(nèi)航天、航空以及相應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的需要。文中筆者主要采用國(guó)內(nèi)自行研制的J-系列耐高溫結(jié)構(gòu)膠粘劑做實(shí)例的分析研究。2·結(jié)構(gòu)膠粘劑的簡(jiǎn)述

　　2.1結(jié)構(gòu)膠粘劑的類別

　　目前在學(xué)術(shù)界中并沒(méi)有對(duì)結(jié)構(gòu)粘膠劑的分類做特別明顯的區(qū)分，根據(jù)使用溫度的區(qū)分點(diǎn)上，可將其劃分成耐高溫型、耐中溫型等；根據(jù)固化溫度來(lái)區(qū)分，可將其分成高溫固化型、中文固化型、室溫固化型等；根據(jù)材料來(lái)劃分，可將其分成聚酰亞胺型、酚醛-縮醛型、環(huán)氧樹脂型、酚醛-橡膠型等；根據(jù)供貨方式來(lái)進(jìn)行區(qū)分，可有多組分型、單組分型、雙組分型等[2]。

　　2.2結(jié)構(gòu)膠粘劑的要求

　　耐高溫是結(jié)構(gòu)粘膠劑區(qū)別于普通膠粘劑的一大特性，就算是在室溫內(nèi)使用的膠粘劑其耐溫程度也能夠超過(guò)80℃，而在室內(nèi)固化耐溫膠粘劑已經(jīng)成功的研制出超過(guò)200℃的產(chǎn)品。在結(jié)構(gòu)膠粘劑的生產(chǎn)指標(biāo)上，對(duì)于高溫固化結(jié)構(gòu)膠的要求，其耐溫程度不能低于175℃，中溫固化結(jié)構(gòu)膠不能低于130℃。對(duì)于結(jié)構(gòu)膠的強(qiáng)度的要求，在室溫中進(jìn)行剪切的強(qiáng)度不能低于30MPa，必須要超過(guò)50KN/m是剝離強(qiáng)度的要求，如果在高溫環(huán)境下的剪切強(qiáng)度應(yīng)該超過(guò)10MPa。結(jié)構(gòu)膠粘劑耐久性能的內(nèi)容要能夠耐高溫、低溫，以及在高溫環(huán)境下耐老化，能夠承受振動(dòng)帶來(lái)的抗疲勞性能，以及冷熱交替的沖擊，耐燃油、耐蠕動(dòng)、耐鹽霧、并且能夠承受各種液體和溶劑的浸泡。

　　2.3膠接工藝要求

　　在將結(jié)構(gòu)膠粘劑應(yīng)用到實(shí)際材料的膠接上時(shí)，開展的工藝比較復(fù)雜。文中采用鋁合金試片做實(shí)例的分析，在進(jìn)行膠粘前，需要將鋁合金的表面進(jìn)行打磨、除油、磷酸陽(yáng)極化等，在烘干后再將底膠涂抹上去，隨后是主膠的涂抹，疊合后開始定位，再施加壓力進(jìn)行加熱固化，隨后將其冷卻。針對(duì)器件較大的部件是在熱壓罐中利用氣動(dòng)加熱或者加壓后將其固化。

　　3·J-系列結(jié)構(gòu)膠的材料性能

　　該結(jié)構(gòu)膠的研制是國(guó)內(nèi)近幾年研發(fā)出的具有高性能結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。由增韌材料、環(huán)氧樹脂和潛伏性固化劑等共同制成的膠粘劑，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在飛機(jī)的平尾、襟翼、方向舵、副翼等部件的生產(chǎn)。在J-系列結(jié)構(gòu)膠中含有J-71芯條膠、J-117緩蝕底膠、J-116膠粘劑、J-60粉狀發(fā)泡結(jié)構(gòu)膠、J-118帶狀發(fā)泡結(jié)構(gòu)膠等[3]。在和相應(yīng)的器件進(jìn)行交接時(shí)，不同部位的器件對(duì)于膠粘劑膠接的性能要求不盡相同，下文便對(duì)這幾種膠粘劑做簡(jiǎn)要的陳述。

　　3.1J-71芯條膠的簡(jiǎn)述

　　J-71芯條膠常被用來(lái)參與鋁蜂窩中夾芯部件的生產(chǎn)，因?yàn)槠涫悄透邷匦偷墓袒z粘劑。在被用來(lái)制作鋁蜂窩的夾芯部件前先要經(jīng)過(guò)磷酸對(duì)其進(jìn)行陽(yáng)極化后再將其拉展開。因此其剝離的強(qiáng)度應(yīng)該要超過(guò)13.0KN/m；3.0KN/m為夾芯部件的節(jié)點(diǎn)T型的剝離強(qiáng)度；對(duì)此膠粘劑的合格檢查需要先進(jìn)行自來(lái)水的浸泡工作，隨后是人造的海水，其次是2號(hào)噴氣燃油，隨后是工業(yè)使用的乙醇做侵泡的檢測(cè)工作，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半個(gè)月，從檢測(cè)的結(jié)果中顯示，夾芯部件的節(jié)點(diǎn)T型玻璃強(qiáng)度損耗量小于5%。

　　3.2J-117緩蝕底膠的簡(jiǎn)述

　　J-117緩蝕底膠是作為一種底膠而研制出，在對(duì)金屬的表面涂上緩蝕膠后在涂抹主膠，主膠和緩蝕底膠的混雜的成分中會(huì)存在有顆粒性的緩蝕劑，等到結(jié)構(gòu)膠變干后膠中的緩蝕性顆粒就會(huì)沉淀金屬的表面，就能夠?qū)饘佼a(chǎn)生相應(yīng)的保護(hù)作用。將緩蝕底膠涂抹到被磷酸陽(yáng)極化的鋁合金屬的表面后，待其干燥后，整個(gè)緩蝕底膠應(yīng)該呈現(xiàn)5~10μm的厚度。在將其應(yīng)用到膠接工作時(shí)無(wú)需單獨(dú)做固化處理，應(yīng)將器件和J-116主膠進(jìn)行共同固化，在室溫情況下對(duì)板-芯進(jìn)行檢測(cè)時(shí)其剝離強(qiáng)度可以達(dá)到5.8KN/m；是在室溫情況下對(duì)板—板的剝離強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，其數(shù)值超過(guò)8.1KN/m；在涂抹J-117緩蝕底膠后，將此器件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的加熱老化處理，隨后在濕熱環(huán)境中進(jìn)行老化處理，其次是鹽霧環(huán)境中存放，并在很多介質(zhì)中侵泡后，測(cè)得的剝離強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的下降數(shù)值小于20%。

　　3.3J-116膠粘劑的簡(jiǎn)述

　　在經(jīng)高溫固化后環(huán)氧樹脂攜帶載體的結(jié)構(gòu)膠粘劑類型中便有J-116膠粘劑，膠粘劑的膜狀結(jié)構(gòu)被劃分常A、B兩種，在板芯的膠接上主要應(yīng)用A膠膜的J-116膠粘劑，在板-板的膠接上主要應(yīng)用B膠膜的J-116膠粘劑。J-116的膠膜顏色呈黃綠色，不同種類的膠膜其厚度也不一樣，而在固化過(guò)程的檢測(cè)中，膠粘劑揮發(fā)除去的成分均不超過(guò)1.0%。

　　在對(duì)J-116膠粘劑性能的檢測(cè)上其剝離強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的下降數(shù)值較低。在空氣中進(jìn)行J-116膠粘劑的耐熱環(huán)境老化檢測(cè)時(shí)，其老化后剝離強(qiáng)度的下降數(shù)值小于0.3%，剝離強(qiáng)度的下降數(shù)值小于1.0%。在對(duì)J-116膠粘劑做耐鹽霧性能檢測(cè)時(shí)，現(xiàn)將試件放到35℃的環(huán)境下進(jìn)行氯化鈉含量為5%噴霧測(cè)試，時(shí)間持續(xù)1個(gè)月。剝離強(qiáng)度的下降數(shù)值小于0.4%，剪切強(qiáng)度的下降數(shù)值小于2.0%。在對(duì)J-116膠粘劑做耐冷熱交替的性能測(cè)試時(shí)，現(xiàn)將其放到室溫的常溫環(huán)境中，隨后將其轉(zhuǎn)換到溫度為55℃的環(huán)境中，隨后在回到室溫環(huán)境中，隨后再放入溫度為135℃的環(huán)境中，最后再回到室溫環(huán)境中，測(cè)試時(shí)在每個(gè)溫度環(huán)境中放置的時(shí)間均為15分鐘，連續(xù)進(jìn)行400個(gè)周期性的循環(huán)，其測(cè)試結(jié)果為，剝離強(qiáng)度的下降數(shù)值均小于0.4%，剪切強(qiáng)度的下降數(shù)值均小于4.0%。

　　3.4J-60粉狀發(fā)泡結(jié)構(gòu)膠簡(jiǎn)介

　　該結(jié)構(gòu)膠是在經(jīng)過(guò)高溫進(jìn)行固化處理的改性環(huán)氧樹脂模狀的結(jié)構(gòu)膠，J-60粉狀發(fā)泡結(jié)構(gòu)膠是生產(chǎn)商按照國(guó)內(nèi)飛機(jī)生產(chǎn)的實(shí)際需要而研制，在沒(méi)有對(duì)該結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行固化處理之前其應(yīng)呈細(xì)粉顆粒的狀態(tài)，在結(jié)束固化后結(jié)構(gòu)膠會(huì)自發(fā)冒泡并且脹大，J-60粉狀發(fā)泡結(jié)構(gòu)膠所具有的這種特性被夾芯結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)需要所看重，因此被用于夾芯抗壓強(qiáng)度的增補(bǔ)工作，以及夾芯內(nèi)各種零部件的膠接、密封、填充、定位工作。

　　在J-60粉狀發(fā)泡結(jié)構(gòu)膠性能測(cè)試上，壓縮強(qiáng)度的測(cè)試，在常溫環(huán)境進(jìn)行測(cè)試時(shí)，試件的密度每增加0.05g/cm-3，抗壓強(qiáng)度的下降數(shù)值均小于3.8%；在175℃常壓環(huán)境的中，試件的密度每增加0.05g/cm-3，抗壓強(qiáng)度的下降數(shù)值均小于0.9%。剪切強(qiáng)度的檢測(cè)，常溫常壓下，試件的密度每增加0.05g/cm-3，剪切強(qiáng)度大的下降數(shù)值均小于1.7%；在175℃常壓環(huán)境的中，試件的密度每增加0.05g/cm-3，剪切強(qiáng)度的下降數(shù)值均小于1.3%。耐久性的檢測(cè)是將J-60粉狀發(fā)泡膠開展多項(xiàng)耐介質(zhì)和耐濕熱老化的檢測(cè)后從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中綜合分析出，其強(qiáng)度的下降數(shù)值小于15%。

　　3.5J-118帶狀發(fā)泡結(jié)構(gòu)膠

　　該結(jié)構(gòu)膠跟J-60粉狀結(jié)構(gòu)膠一樣都是在高溫環(huán)境中進(jìn)行固化后的改性環(huán)氧樹脂膜狀結(jié)構(gòu)膠，其固化的過(guò)程中也會(huì)冒泡膨脹，因此被征用來(lái)進(jìn)行夾芯結(jié)構(gòu)各個(gè)零件的膠接，如在和腹板、梁、肋等處進(jìn)行膠接、密封、填充等。

　　對(duì)于J-118帶狀發(fā)泡結(jié)構(gòu)膠的性能測(cè)試。抗壓強(qiáng)度的測(cè)試，先將其加熱固化成30mm×30mm×30mm的膠塊后，再室溫環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，試件的密度每增加0.02g/cm-3，其抗壓強(qiáng)度的下降數(shù)值均小于2.7%。在對(duì)試件進(jìn)行剪切強(qiáng)度的測(cè)試時(shí)，不同溫度情況下剪切強(qiáng)度的下降數(shù)值均小于1.0%。J-118發(fā)泡膠粘劑的耐久性能檢測(cè)，先將其跟其他的主膠配合使用后，再將試件分別做耐熱老化的測(cè)試、耐疲勞震動(dòng)測(cè)試、耐介質(zhì)侵泡測(cè)試、耐濕熱持久應(yīng)力的測(cè)試，其耐久性能的下降數(shù)值均小于15%。

　　4·結(jié)語(yǔ)

　　對(duì)結(jié)構(gòu)膠粘劑的部分類型開展相應(yīng)性能檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)其所具備的綜合性能已經(jīng)能夠擔(dān)任國(guó)內(nèi)航空航天事業(yè)發(fā)展的要求，為更能夠進(jìn)一步的跟進(jìn)航天技術(shù)的發(fā)展需要，結(jié)構(gòu)膠粘劑的研發(fā)還應(yīng)該在耐久性能和耐高溫性能上做進(jìn)一步的提升。并且將膠粘劑在固化時(shí)所需的溫度、時(shí)間、壓力做減降工作，盡量在保證質(zhì)量的同時(shí)能夠降低成本的投入，逐漸將其向環(huán)境友好型、安全可靠性做更好的轉(zhuǎn)變工作。

來(lái)源：中國(guó)膠粘劑網(wǎng)

　　版權(quán)及免責(zé)聲明：凡本網(wǎng)所屬版權(quán)作品，轉(zhuǎn)載時(shí)須獲得授權(quán)并注明來(lái)源“中國(guó)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)”，違者本網(wǎng)將保留追究其相關(guān)法律責(zé)任的權(quán)力。凡轉(zhuǎn)載文章，不代表本網(wǎng)觀點(diǎn)和立場(chǎng)。版權(quán)事宜請(qǐng)聯(lián)系：010-65363056。

延伸閱讀