改性密封劑用于鋁合金與復(fù)合材料之間的彈性粘接

關(guān)永安等

1 前言

在航空制造業(yè)中，根據(jù)產(chǎn)品的使用設(shè)計(jì)要求，需要在鋁合金產(chǎn)品表面糊制一定厚度的復(fù)合材料功能層來提高某些特性。對于這種使用過程中需要承受彎曲變形的鋁合金與復(fù)合材料之間的粘接而言，采用普通的剛性連接必將在使用過程中出現(xiàn)脫膠現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用安全。本文進(jìn)行了鋁合金與復(fù)合材料之間彈性過渡粘接用膠粘劑的選擇與可行性研究工作，確定了改性密封劑作為鋁合金與復(fù)合材料之間彈性過渡粘接膠粘劑效果最佳。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

改性密封劑，自制；XY-502橡膠液，西北凱迪公司；QS-7粘接底涂，北京航空材料研究院；KH-550偶聯(lián)劑，蓋州市化學(xué)工業(yè)有限責(zé)任公司；EWR200-90無堿玻璃布，常州天馬集團(tuán)有限公司；鐵錨102膠，上海新光化工廠；YM-6基體材料，自制；細(xì)帆布。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1）由于產(chǎn)品在使用過程中會出現(xiàn)彎曲變形情況，所以鋁合金與復(fù)合材料功能層之間粘接用膠粘劑必須具有足夠的粘接強(qiáng)度與韌性。選用自制改性密封劑、XY-502橡膠液、鐵錨102膠粘劑作為鋁合金與復(fù)合材料功能層之間粘接用膠，在2種材料之間建立彈性過渡粘接層，減少產(chǎn)品彎曲時(shí)的界面應(yīng)力集中。

為了提高粘接強(qiáng)度，在鋁合金上刷涂QS-7粘接底涂與KH-550偶聯(lián)劑。

2）為了考核上述試驗(yàn)方案的可行性，測定了反映鋁合金與復(fù)合材料之間在工作狀態(tài)下的粘接強(qiáng)度與柔韌性的技術(shù)指標(biāo)——彎曲強(qiáng)度。由于鋁合金與復(fù)合材料之間在承受彎曲應(yīng)力時(shí)分為鋁合金在上與在下2種形式，因此測定了這2種試樣的彎曲強(qiáng)度、觀察了試樣的破壞形貌。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與破壞形貌

2.3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

改性密封劑測試數(shù)據(jù)詳見表1。

試驗(yàn)說明：（1）剪切強(qiáng)度測試按HB 5250—93進(jìn)行；

（2）剝離強(qiáng)度測試按HB5248—93進(jìn)行；

（3）數(shù)據(jù)變化率按下列公式計(jì)算：

4）密封劑的配制與稀釋按相關(guān)工藝文件進(jìn)行。

彈性過渡粘接膠粘劑篩選試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表2。

2.3.2 破壞形貌

破壞形貌詳見圖1。

3 分析與討論

由表1可以看出，改性密封劑的剪切強(qiáng)度隨增粘劑加入量的增加而增大，在加入量為6 g時(shí)，出現(xiàn)最大值4.05 MPa，比2-1配方增加17.7%；T型剝離強(qiáng)度隨增粘劑加入量的增加而降低，在加入量為6 g時(shí)，出現(xiàn)降低的最小值-1.46%，所以改性密封劑中增粘劑加入量為6 g最佳，因此選用2-2#配方為改性密封劑的標(biāo)準(zhǔn)配方。

由表2、圖1可以看出，使用XY-502橡膠液作為過渡粘接的1#試驗(yàn)方案、使用KH-550偶聯(lián)劑的3#試驗(yàn)方案、使用QS-7粘接底涂的4#試驗(yàn)方案、使用鐵錨102膠加細(xì)帆布的5#試驗(yàn)方案試樣在彎曲強(qiáng)度測試中，均出現(xiàn)界面應(yīng)力開裂與界面分層現(xiàn)象，說明上述4種試樣在彎曲變形達(dá)到一定值后，鋁合金與復(fù)合材料特別層之間因剛性粘接而在其界面產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致界面出現(xiàn)應(yīng)力開裂與分層現(xiàn)象，不能用于鋁合金與復(fù)合材料特別層之間粘接。

而使用QS-7粘接底涂加改性密封劑作為彈性過渡粘接的2-2#試驗(yàn)方案，在試樣彎曲強(qiáng)度測試中，無論鋁合金在上還是在下試片，均無界面開裂與分層現(xiàn)象。這是由于這種彈性過渡粘接形式既保證了界面的粘接強(qiáng)度，又降低了粘接界面的應(yīng)力集中，故沒有出現(xiàn)應(yīng)力開裂與分層現(xiàn)象。所以使用改性密封劑作為彈性過渡粘接的試驗(yàn)方案對鋁合金與復(fù)合材料特別層之間粘接具有一定的可行性與可靠性。