橡膠粘結(jié)劑在航空產(chǎn)品制造中的應(yīng)用

張春婧 路敏菲 邱航波

摘要：隨著航空產(chǎn)品不斷升級，航空產(chǎn)品對粘結(jié)材料的FST（火焰、煙霧和毒性）和FR（阻燃）性能提出更高的要求，橡膠粘結(jié)劑不但能解決飛機設(shè)計和組裝問題，還能解決飛機內(nèi)部和外部組件的修理問題，能夠滿足航空產(chǎn)品高溫和高濕度環(huán)境下對粘結(jié)劑高性能屬性的需求。為了更好的研究橡膠粘結(jié)劑在航空產(chǎn)品制造中的作用，提出橡膠粘結(jié)劑在航空產(chǎn)品制造中的應(yīng)用。通過對橡膠粘結(jié)劑在航空產(chǎn)品殼體表面、各部件連接處以及儀器儀表中的應(yīng)用進行分析，完成了提出的應(yīng)用研究。通過研究分析得出，橡膠粘結(jié)劑具有優(yōu)良的彈性，能夠粘接熱膨脹系數(shù)相差懸殊的材料，在航空產(chǎn)品制造中得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：橡膠粘結(jié)劑;航空產(chǎn)品;環(huán)氧樹脂膠黏劑;酚醛樹脂膠黏劑

引言

航天工業(yè)的發(fā)展對航空產(chǎn)品制造提出了更高的要求，各種航空產(chǎn)品都在不斷尋找能夠提高效率、簡化結(jié)構(gòu)的有效方法。采用性能優(yōu)異的橡膠粘劑及其相應(yīng)的粘接技術(shù)，已經(jīng)成為航空產(chǎn)品提高效率的有效手段之一，橡膠粘劑也因此被廣泛用于運載火箭、衛(wèi)星和導(dǎo)彈等航天領(lǐng)域中。為此提出橡膠粘結(jié)劑在航空產(chǎn)品制造中的應(yīng)用，橡膠粘結(jié)劑分為無機膠粘結(jié)劑和有機膠粘劑，無機膠粘結(jié)劑耐熱可達1500℃甚至更高，主要用于航天飛機隔熱瓦的粘接;有機膠粘劑耐熱300℃以上，主要用于導(dǎo)彈彈翼蜂窩結(jié)構(gòu)的粘接和先進超音速巡航飛機蒙皮的粘接^[1]。橡膠粘結(jié)劑為航空航天工業(yè)中的應(yīng)用提供專業(yè)配套、輔層、內(nèi)外部的結(jié)構(gòu)粘結(jié)、蜂窩芯增強及各類特種應(yīng)用，具有傳遞結(jié)構(gòu)應(yīng)力，消除消極載荷、增大有效載荷、提高目標航程作用。

1橡膠改性環(huán)氧膠黏劑耐老化性能分析

航空產(chǎn)品在飛行過程中會與空氣發(fā)生摩擦，由于飛行的速度一般會超過260km/h，所以會產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致航空產(chǎn)品殼體表面高溫，因此需要在航空產(chǎn)品殼體表面設(shè)置防熱層。其中飛行速度與航空產(chǎn)品殼體表面最高溫度，如公式（1）所示：

式中，v代表飛行器飛行速度，單位km/h;T代表飛行器外殼最高溫度，單位℃;D代表飛行器外殼材料阻尼系數(shù);f代表飛行器外殼導(dǎo)熱系數(shù)，q代表飛行器與空氣摩擦系數(shù);X代表空氣阻力。

考慮到航空產(chǎn)品在飛行過程中承受的一系列特殊環(huán)境條件、粘接體系的應(yīng)變能力以及結(jié)構(gòu)材料線膨脹系數(shù)與防熱材料的差異，航空產(chǎn)品殼體表面的防熱層必須采用橡膠粘結(jié)劑，通過橡膠粘結(jié)劑粘接航空產(chǎn)品殼體表面，形成一層防熱層。

HYJ-16環(huán)氧樹脂膠黏劑作為一種具有觸變性能的橡膠粘結(jié)劑，適于大部件之間套裝粘接。HYJ-40環(huán)氧樹脂膠黏劑作為一種具有三防性能的橡膠粘結(jié)劑，其貯存壽命達到10年以上，同時可室溫固化，適用于航空產(chǎn)品殼體表面的縫隙填充^[2]。HYJ-29橡膠改性環(huán)氧膠黏劑作為一種具有優(yōu)異耐老化性能的橡膠粘結(jié)劑，在l10℃下可安全使用，中溫固化，同時還具有低密度、隔熱、粘接等多重功能，可以更好的滿足航空產(chǎn)品殼體表面的需求。

航空產(chǎn)品在飛行過程中要經(jīng)受高低溫交變、“軌道運行段”高真空等軌道環(huán)境的考驗，在長時間的沖擊下，航空產(chǎn)品殼體表面的橡膠粘結(jié)劑根據(jù)自身特性，可以調(diào)節(jié)航天產(chǎn)品殼體表面防熱層和結(jié)構(gòu)層之間由于線膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的形變。

2橡膠粘結(jié)劑室溫硫化固化吸收部分沖擊功

航空產(chǎn)品各部件連接處的密封要求很高，同時連接處還需保證局部防熱的問題，因此選擇酚醛樹脂膠黏劑作為各部件的連接劑。

試驗數(shù)據(jù)表明，酚醛樹脂膠黏劑在300℃的高溫環(huán)境下，能夠保證剪切強度大于20MPa，能夠良好的連接玻璃纖維材料，因此橡膠粘結(jié)劑在航空產(chǎn)品各部件連接處中得到應(yīng)用。

另酚醛樹脂膠黏劑在只需在230℃的溫度環(huán)境下就可完成45#鋼的粘結(jié)，且在此溫度下，45#鋼的形變非常小^[3]。雖然45#鋼的線膨脹系數(shù)與其他材料相差達數(shù)十倍，但是酚醛樹脂膠黏劑其膠縫不裂不凹，能夠保證酚醛樹脂膠黏劑與45#鋼連接部位同步膨脹。測得證酚醛樹脂膠黏劑與45#鋼連接部位同步膨脹變化規(guī)律如公式（2）所示：

式中，E代表45#鋼的彈性模量;c代表酚醛樹脂膠黏劑變化系數(shù);d代表粘結(jié)系數(shù);u代表環(huán)境因素;

試驗表明，酚醛樹脂膠黏劑作為航空產(chǎn)品各部件連接處的粘接劑，能夠確保航空產(chǎn)品各部件連接完美的密封、粘結(jié)和保護。典型的應(yīng)用包括在航空產(chǎn)品密封側(cè)窗，密封熱源（烤箱，熱交換器，蒸汽回路）、HCR聚硅氧烷鍵合。酚醛樹脂膠黏劑組成成分單一，不需混合，室溫就能完成硫化固化，應(yīng)用粘接或密封連接處，能夠增加連接處的靈活性，同時還能吸收部分沖擊功。

3橡膠粘結(jié)劑在航空制造中的抗壓密

航空產(chǎn)品在軌道運行期間，會受到一定的壓力，造成產(chǎn)品出現(xiàn)滲漏的情況，常規(guī)橡膠“O”型圈作為密封圈，在高壓情況下無法完全密封，導(dǎo)致儀器儀表還會出現(xiàn)微少泄漏，最終造成儀器儀表無法正常工作。

采用橡膠“O”型圈與GXJ-33膠黏劑結(jié)合，試驗結(jié)論表明，使得航空產(chǎn)品的儀器儀表在高壓下密封性能仍然良好，甚至在儀器儀表中“O”型密封圈受損的情況下，仍可保證儀器儀表密封性能良好?；诖讼鹉z粘結(jié)劑在航空產(chǎn)品儀器儀表中得到廣泛應(yīng)用。其密封性驗證數(shù)據(jù)如表1所示：

又因，航空產(chǎn)品的傳感器與測溫部件內(nèi)壁溫度極高，配合具有優(yōu)良的導(dǎo)熱絕緣性能的粘結(jié)劑來完成粘結(jié)。導(dǎo)熱膠HYJ-51作為一種耐高溫的橡膠粘結(jié)劑，其熱導(dǎo)率≥0.84w/m*K，可以保證儀器儀表粘接和裝配質(zhì)量。橡膠粘結(jié)劑應(yīng)用在航空產(chǎn)品微型揚聲器中，無論是將微型揚聲器膜還是蓋子連接到組件模塊，橡膠粘結(jié)劑都可以確保小至0.8毫克的沉積物粘接極度準確。

橡膠粘結(jié)劑可以填充并密封儀器儀表所有金屬法蘭表面上的瑕疵，在金屬、無空氣的狀態(tài)下可以固化形成持久密封的組件，將各個接觸面最大化。橡膠粘結(jié)劑可以消除腐蝕并為儀器儀表提供及時的低壓密封，固化后橡膠粘結(jié)劑不會收縮、裂開或松脫，它可以提供比傳統(tǒng)平面密封更好的固定能力。

4總結(jié)

本文提出了橡膠粘結(jié)劑在航空產(chǎn)品制造中的應(yīng)用，通過對橡膠粘結(jié)劑在航空產(chǎn)品殼體表面、各部件連接處以及儀器儀表中的應(yīng)用進行分析，完成了橡膠粘結(jié)劑在航空產(chǎn)品制造中的應(yīng)用研究。橡膠粘結(jié)劑在航空產(chǎn)品制造中發(fā)揮著重要作用，能夠有效提升航空產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻

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[2] 張旭，王東林，李仁鵬. 典型航空密封膠的熱解和燃燒特性研究[J]. 中國膠粘劑，2018（6）.

[3] 何恩球，王世杰，呂曉仁. 鉀離子對丁腈橡膠在含砂介質(zhì)中摩擦磨損行為的影響[J]. 潤滑與密封，2017（1）.