淺談結構膠粘劑的發展與生產應用

　　【摘要】對結構膠粘劑的發展及生產狀態進行簡述，并將結構膠粘劑的具體分類以及在航空領域中的應用做分析。文中對于結構膠粘劑的所做的研究是采用J-系列的環氧樹脂基耐高溫結構膠粘劑做實例分析，主要對此類型的結構膠粘劑的生產種類、技術優勢、要點和性能做演技。

　　【關鍵詞】結構膠粘劑 發展 研究

　　1·前言

　　在上個世紀的40年代為滿足飛機的上產需求，結構膠粘劑被應運而生，直至現在結構膠粘劑已經被電子產業、汽車產業和航空生產領域所所采用，并且在其技術和性能上擁有很大的突破。為保證飛機的正常起飛，在制造飛機時就需要考慮其自身的重量，因此在飛機的制造業中，多用鋁合金在制成，此類金屬本身具有質地輕、強度高等優質，但缺陷是不能進行焊接，在應力擴張的阻止措施上也不能采用螺接或者鉚接來進行，因此結構粘接劑所具有的優勢便被飛機制造業所看重[1]。在飛機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度、耐高溫并且能夠持久使用的膠粘劑開展膠接工作。

　　結構膠粘劑的迅速發展階段是從上個世紀的70年代開始，因為此時飛機制造業對于飛機各個零部件和機身的生產商開始大量的使用高強度的鈦合金以及碳纖維符合材料來參與制造。直至上個世紀的90年代初，為適應這種類型的飛機生產，美國就已經研制出數萬個結構膠粘劑的品種。此外在歐洲地區的其他國家、前蘇聯、日本也開展大量結構膠粘劑的生產。隨著時代的需求，新型飛機的研制和改良在國內的航天領域中不斷被生產，因此國內為適應這種趨勢而制造出的結構膠粘劑其性能上也具有很大的突破，并且能夠滿足國內航天、航空以及相應新技術發展的需要。文中筆者主要采用國內自行研制的J-系列耐高溫結構膠粘劑做實例的分析研究。2·結構膠粘劑的簡述

　　2.1結構膠粘劑的類別

　　目前在學術界中并沒有對結構粘膠劑的分類做特別明顯的區分，根據使用溫度的區分點上，可將其劃分成耐高溫型、耐中溫型等；根據固化溫度來區分，可將其分成高溫固化型、中文固化型、室溫固化型等；根據材料來劃分，可將其分成聚酰亞胺型、酚醛-縮醛型、環氧樹脂型、酚醛-橡膠型等；根據供貨方式來進行區分，可有多組分型、單組分型、雙組分型等[2]。

　　2.2結構膠粘劑的要求

　　耐高溫是結構粘膠劑區別于普通膠粘劑的一大特性，就算是在室溫內使用的膠粘劑其耐溫程度也能夠超過80℃，而在室內固化耐溫膠粘劑已經成功的研制出超過200℃的產品。在結構膠粘劑的生產指標上，對于高溫固化結構膠的要求，其耐溫程度不能低于175℃，中溫固化結構膠不能低于130℃。對于結構膠的強度的要求，在室溫中進行剪切的強度不能低于30MPa，必須要超過50KN/m是剝離強度的要求，如果在高溫環境下的剪切強度應該超過10MPa。結構膠粘劑耐久性能的內容要能夠耐高溫、低溫，以及在高溫環境下耐老化，能夠承受振動帶來的抗疲勞性能，以及冷熱交替的沖擊，耐燃油、耐蠕動、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

　　在將結構膠粘劑應用到實際材料的膠接上時，開展的工藝比較復雜。文中采用鋁合金試片做實例的分析，在進行膠粘前，需要將鋁合金的表面進行打磨、除油、磷酸陽極化等，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，再施加壓力進行加熱固化，隨后將其冷卻。針對器件較大的部件是在熱壓罐中利用氣動加熱或者加壓后將其固化。

　　3·J-系列結構膠的材料性能

　　該結構膠的研制是國內近幾年研發出的具有高性能結構的產品。由增韌材料、環氧樹脂和潛伏性固化劑等共同制成的膠粘劑，現已經被廣泛的應用在飛機的平尾、襟翼、方向舵、副翼等部件的生產。在J-系列結構膠中含有J-71芯條膠、J-117緩蝕底膠、J-116膠粘劑、J-60粉狀發泡結構膠、J-118帶狀發泡結構膠等[3]。在和相應的器件進行交接時，不同部位的器件對于膠粘劑膠接的性能要求不盡相同，下文便對這幾種膠粘劑做簡要的陳述。

　　3.1J-71芯條膠的簡述

　　J-71芯條膠常被用來參與鋁蜂窩中夾芯部件的生產，因為其是耐高溫型的固化膠粘劑。在被用來制作鋁蜂窩的夾芯部件前先要經過磷酸對其進行陽極化后再將其拉展開。因此其剝離的強度應該要超過13.0KN/m；3.0KN/m為夾芯部件的節點T型的剝離強度；對此膠粘劑的合格檢查需要先進行自來水的浸泡工作，隨后是人造的海水，其次是2號噴氣燃油，隨后是工業使用的乙醇做侵泡的檢測工作，時間長達半個月，從檢測的結果中顯示，夾芯部件的節點T型玻璃強度損耗量小于5%。

　　3.2J-117緩蝕底膠的簡述

　　J-117緩蝕底膠是作為一種底膠而研制出，在對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存在有顆粒性的緩蝕劑，等到結構膠變干后膠中的緩蝕性顆粒就會沉淀金屬的表面，就能夠對金屬產生相應的保護作用。將緩蝕底膠涂抹到被磷酸陽極化的鋁合金屬的表面后，待其干燥后，整個緩蝕底膠應該呈現5~10μm的厚度。在將其應用到膠接工作時無需單獨做固化處理，應將器件和J-116主膠進行共同固化，在室溫情況下對板-芯進行檢測時其剝離強度可以達到5.8KN/m；是在室溫情況下對板—板的剝離強度進行檢測，其數值超過8.1KN/m；在涂抹J-117緩蝕底膠后，將此器件經過長時間的加熱老化處理，隨后在濕熱環境中進行老化處理，其次是鹽霧環境中存放，并在很多介質中侵泡后，測得的剝離強度和剪切強度的下降數值小于20%。

　　3.3J-116膠粘劑的簡述

　　在經高溫固化后環氧樹脂攜帶載體的結構膠粘劑類型中便有J-116膠粘劑，膠粘劑的膜狀結構被劃分常A、B兩種，在板芯的膠接上主要應用A膠膜的J-116膠粘劑，在板-板的膠接上主要應用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，而在固化過程的檢測中，膠粘劑揮發除去的成分均不超過1.0%。

　　在對J-116膠粘劑性能的檢測上其剝離強度和剪切強度的下降數值較低。在空氣中進行J-116膠粘劑的耐熱環境老化檢測時，其老化后剝離強度的下降數值小于0.3%，剝離強度的下降數值小于1.0%。在對J-116膠粘劑做耐鹽霧性能檢測時，現將試件放到35℃的環境下進行氯化鈉含量為5%噴霧測試，時間持續1個月。剝離強度的下降數值小于0.4%，剪切強度的下降數值小于2.0%。在對J-116膠粘劑做耐冷熱交替的性能測試時，現將其放到室溫的常溫環境中，隨后將其轉換到溫度為55℃的環境中，隨后在回到室溫環境中，隨后再放入溫度為135℃的環境中，最后再回到室溫環境中，測試時在每個溫度環境中放置的時間均為15分鐘，連續進行400個周期性的循環，其測試結果為，剝離強度的下降數值均小于0.4%，剪切強度的下降數值均小于4.0%。

　　3.4J-60粉狀發泡結構膠簡介

　　該結構膠是在經過高溫進行固化處理的改性環氧樹脂模狀的結構膠，J-60粉狀發泡結構膠是生產商按照國內飛機生產的實際需要而研制，在沒有對該結構膠進行固化處理之前其應呈細粉顆粒的狀態，在結束固化后結構膠會自發冒泡并且脹大，J-60粉狀發泡結構膠所具有的這種特性被夾芯結構件的生產需要所看重，因此被用于夾芯抗壓強度的增補工作，以及夾芯內各種零部件的膠接、密封、填充、定位工作。

　　在J-60粉狀發泡結構膠性能測試上，壓縮強度的測試，在常溫環境進行測試時，試件的密度每增加0.05g/cm-3，抗壓強度的下降數值均小于3.8%；在175℃常壓環境的中，試件的密度每增加0.05g/cm-3，抗壓強度的下降數值均小于0.9%。剪切強度的檢測，常溫常壓下，試件的密度每增加0.05g/cm-3，剪切強度大的下降數值均小于1.7%；在175℃常壓環境的中，試件的密度每增加0.05g/cm-3，剪切強度的下降數值均小于1.3%。耐久性的檢測是將J-60粉狀發泡膠開展多項耐介質和耐濕熱老化的檢測后從統計數據中綜合分析出，其強度的下降數值小于15%。

　　3.5J-118帶狀發泡結構膠

　　該結構膠跟J-60粉狀結構膠一樣都是在高溫環境中進行固化后的改性環氧樹脂膜狀結構膠，其固化的過程中也會冒泡膨脹，因此被征用來進行夾芯結構各個零件的膠接，如在和腹板、梁、肋等處進行膠接、密封、填充等。

　　對于J-118帶狀發泡結構膠的性能測試。抗壓強度的測試，先將其加熱固化成30mm×30mm×30mm的膠塊后，再室溫環境下進行測試，試件的密度每增加0.02g/cm-3，其抗壓強度的下降數值均小于2.7%。在對試件進行剪切強度的測試時，不同溫度情況下剪切強度的下降數值均小于1.0%。J-118發泡膠粘劑的耐久性能檢測，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試、耐疲勞震動測試、耐介質侵泡測試、耐濕熱持久應力的測試，其耐久性能的下降數值均小于15%。

　　4·結語

　　對結構膠粘劑的部分類型開展相應性能檢測后，發現其所具備的綜合性能已經能夠擔任國內航空航天事業發展的要求，為更能夠進一步的跟進航天技術的發展需要，結構膠粘劑的研發還應該在耐久性能和耐高溫性能上做進一步的提升。并且將膠粘劑在固化時所需的溫度、時間、壓力做減降工作，盡量在保證質量的同時能夠降低成本的投入，逐漸將其向環境友好型、安全可靠性做更好的轉變工作。

來源：中國膠粘劑網

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