浅谈胶接技术与胶黏剂

浅谈胶接技术与胶黏剂摘要本文分四个部分，分别对胶接技术的国内外发展现状，常用胶黏剂航天和光学仪器用胶的牌号性能与特点，胶接技术在航天领域的应用实例以及胶接技术发展前景预测进行浅谈。关键字胶接技术发展现状航天胶黏剂1胶接技术的国内外发展现状11国外胶接技术的发展现状上世纪40年代初，英国开发出综合性好、老化新能突出的REDUX775，它以热固型酚醛树脂为主。40年代中后期，美国又开发出韧性较好的MELTBOND4021。这两种胶黏剂至今仍在沿用。50年代中期由于加聚反应型环氧树脂的出现，开发出无孔蜂窝用尼龙环氧结构胶。70年代中后期，耐久的结构胶相继而出。开发出磷酸阳极化，使得铝氧化膜极其稳定，并用一只腐蚀底胶提供了稳定的表面，胶缝密封性显著加强。1995年美国胶接剂销售量为926万T，主要用于建筑、运输和其他工业部门。欧洲胶接剂销售量约为140万T，其中德国市场最大。日本1995、1996年胶接剂产量分别为12088万T和12222万T。自航空工业诞生以来，胶接技术就开始应用于国外的大型运输机，如美国的L1011、BOEING707、737、747、C130、C141A、KC135，俄罗斯的伊尔76等等，都采用了胶黏剂来制造飞机构件。到目前为止，胶黏剂在飞机上的应用已有六七十年的历史。胶黏剂品种多且配套齐全，技术日益完善，在军机和民机上都得到广泛应用。12国内胶接技术的发展现状我国发展历程和国外相似，但时间上比国外晚了一二十年。初期是50年代末到70年代初，其间为引进直五机仿制尼龙酚醛有孔蜂窝结构胶，但后来因为此胶不耐水，故改用自行研制的丁腈酚醛胶。70年代中到80年代中，以EP为基础开发多种无孔蜂窝结构胶和相应的配套胶。80年代中期至上世纪末，用IPN技术改性EP研制出多种高中低温固化结构胶。我国从事胶黏剂开发和生产的单位共1000余家，品种2800多个，已形成门类比较齐全的体系。我国胶黏剂主要品种有水基胶、三醛胶、热固性树脂胶黏剂、热熔胶和密封胶等。我国航空用胶黏剂首先是在军用飞机的基础上发展起来的。为满足军用飞机的需求，国内主要有北京航空材料研究院（SY系列）、黑龙江省石油化学研究院（J系列）、上海橡胶制品研究所（JX系列）、上海合成树脂研究所、晨光化工研究所（DG系列）等单位从事胶黏剂的研发工作。在胶接技术方面，铝合金的磷酸阳极化表面处理技术和耐久铝蜂窝制造技术以及大型胶接之间所需的大型热压罐的使用都标志着我国已在胶接领域跨入了国际水平。我国已经具备了较为完整的航空胶接体系和与国际同步的胶接技术。现在航空结构胶黏剂的主要研究方向如下高温固化结构胶接体系，中温固化耐久结构胶接体系，低能固化结构胶接体系，非铬酸盐抑制腐蚀底胶的研究，铝锂合金胶接结构的应用。随着环保理念深入人心，环保型胶黏剂越来越受到人们的欢迎，热熔型胶黏剂、无溶剂型胶黏剂、水基型胶黏剂都属于环保型胶黏剂。随着对性能要求的日益提高和环境法规的日益严格，环保型胶黏剂正在逐渐成为主流胶黏剂产品。国内的胶接技术仍存在不足之处，主要集中在（1）需进一步开展胶黏剂与树脂基复合材料胶接的研究（2）需进一步完善胶接体系耐久性性能的考核（3）需进一步改善体系的工艺性能（4）胶黏剂的品种和规格有待丰富（5）需尽快累积国产胶接体系的型号应用经验（6）质量和批次稳定性有待进一步提高。2常用胶黏剂（航天和光学仪器用胶）的牌号性能与特点21飞机飞船制造常用胶黏剂牌号在飞机制造过程中使用的胶黏剂主要有（1）EP/丁腈结构胶，如自力2、J441、SY13、J40、SY18等。（2）酚醛/丁腈结构胶，如JX4、J04、XJ9、SF1、JX9、J01（用于粘接金属和非金属结构件，20剪切强度20MPA，150剪切强度9MPA）和J15（20剪切强度294MPA，150剪切强度,157MPA，250剪切强度80MPA）等。（3）氨酚醛/丁腈结构胶，如J03（20剪切强度20MPA，150剪切强度7MPA）等。（4）酚醛/EP/丁腈结构胶，如J42等。（5）改性EP结构胶，如SY16等。（7）酚醛/缩醛/EP结构胶，如SY32等。（8）酚醛/缩醛/有机硅结构胶，如204等。22SY系列结构胶黏剂的性能特点SY系列胶黏剂具有强度高、韧性好、耐腐蚀、抗疲劳的特点既可以用于铝合金、钛合金、刚等金属材料的胶接，也可用于陶瓷、复合材料以及其他非金属材料的胶接。所有的胶膜均兼容板板和板芯胶接，与底胶、发泡胶配套粘接金属或蜂窝，可制成耐久性好的高性能结构，糊状胶黏剂固化温度从室温一直到150，适用于不同工艺的要求。其中主要用在航天领域的胶黏剂的牌号、固化温度时间、长期使用温度、剪切强度、剥离强度和特点如下表所示牌号固化温度/时间长期使用温度剪切强度（23）MPABELL剥离强度KN/M特点SY14178/2H5517535976强度高，韧性好，耐老化性好，抗疲劳，兼容板板、板芯胶接SY14C178/2H55175397100有载体，强度高，韧性好，耐老化性好，抗疲劳，兼容板板、板芯胶接SY24C125/2H557037979强度好，韧性好，耐介质，兼容板板、板芯胶接SY24C300125/2H557036587介电性好，强度高，韧性好，流动性可控，兼容板板、板芯胶接SY16150/2H55150137三组分糊状，适用于铝、镁、铜、碳纤维复合材料等的板板胶接，也可用于填补缝隙SY40室温/7天55200378双组分糊状，耐热性好，强度高SY53M室温/7天5560159双组分糊状，高弹性，适用于金属胶接SYH1100150/2H55120297单组分糊状，贮存期长，强度高，耐老化，耐疲劳，耐蠕变，耐介质SYH2130/2H558020035单组分糊状，贮存期长，强度高，耐老化，耐疲劳，耐蠕变，流动性好23J系列结构胶黏剂的性能特点231J47A、B、C、D中温固化结构胶黏剂体系性能使用温度范围为120120，由板与板、板与芯胶、发泡胶组成结构胶黏剂体系，可在同一固化条件，同时粘接上述各种结构，与各结构性能匹配。胶膜A、C、D）采用无溶剂辊压成型，具有自粘型，可自动定位，适用于曲面大面积胶接。既有较高比强度，C膜厚度可在010030MM。232J158及J159中温固化结构胶黏剂体系性能J158用于预警机天线罩环环氧碳纤维复合材料件二次链接，包括A、B、C胶种，剪切强度和剥离强度如下表剪切强度/MPA剥离强度N/CM60常温120板板板蜂芯J158A或AB板板胶膜25301550J158C或CB板芯胶膜25301540J159为歼击复合材料修理而研制，包括A、B、C、D四种胶，性能如下管剪强度/MPA常温150膨胀比视比重G/CMJ159D发泡胶4102306233J117缓蚀底胶基本组成有环氧树脂、弹性体、抑制腐蚀剂、固化剂等。除非另有说明，被粘物为LYL2CZ铝合金，表面经磷酸阳极化处理后涂J117底胶，制备剪切强度及板芯90剥离强度胶接试样时用J116A膜，制备板板90剥离强度胶接试样时用J116B膜。J116胶A膜与J117底胶配合使用，室温板芯90剥离强度为58KNM；J116胶B膜与J117底胶配合使用，室温板板90剥离强度为81KNM。具体性能如下表指标胶粘剂及底胶性能5523120135150175J116AJ117底胶剪切强度/MPA245245162147133120J116AJ117底胶板板90剥离强度/（KN/M）3058453530J116BJ117底胶板芯90剥离强度/（KN/M）357555454024光学零件的胶黏剂目前在光学仪器制造业中应用的胶有两种，一种是交接光学元件的透明胶，不影响胶接件的光学特性，称光学胶。另一种是把光学零件交接在非光学零件上，一般不要求光学特性，称为光学装配胶。部分光学胶的牌号和特点如下8211，厚度1MIL，低酸性，粘接光滑或纹理表面，胶粘力方面有一定增强；8212，厚度2MIL，8211胶带2毫英寸规格；8161，厚度1MIL，适用于粘接光滑、透明表面，易于加工，改进了在高温高湿环境下的防气泡能力、高黏结力，尤其是对极性表面而言；8180，厚度10MIL，8180胶带10毫英寸规格；8182，厚度2MIL，8180胶带2毫英寸规格；8185，厚度5MIL，适用于粘接光滑、透明表面，易于加工，改进了在高温高湿环境下的防气泡能力、高黏结力，尤其是对极性表面而言；8187，厚度7MIL，8180胶带7毫英寸规格；8188，厚度8MIL，8180胶带8毫英寸规格；8189，厚度9MIL，8180胶带9毫英寸规格；8271有机硅粘接密封胶作为一种通用型RTV粘接剂，中性固化，通过与空气中的水分缩合反应引起交联而成高性能弹性体，具有优异的粘接、密封、绝缘、防潮、耐老化及耐高温等性能，并且无毒无味、无腐蚀、无溶胀，厚度1MIL，尤其适用于释气基材如聚甲基丙烯酸脂甲脂和聚碳酸酯；8272，厚度2MIL，8271胶带2毫英寸规格；9483，厚度5MIL，8171胶带5毫英寸规格。常用的光学装配胶有RTV硅胶，有机硅粘接密封胶作为一种通用型RTV粘接剂，中温固化，通过与空气中的水分缩合反应引起交联而成高性能弹性体，具有优异的粘接、密封、绝缘、防潮、耐老化及耐高温等性能，并且无毒无味、无腐蚀、无溶胀。此外常用的还有改型聚氨酯胶，ACW系列胶，HZ系列胶等等。3胶接技术在航天领域的应用实例欧美自上世纪40年代在航天领域采用胶接技术，最早的应用是英国的DEHAVILLAND公司将酚醛缩醛胶REDUX775用于飞机制造，并在二战中成功运用。50年代前后NAMCO公司酚醛丁腈胶MELTBOND4021和环氧问世，相继在F102、F106、B58、F4得到较大面积的应用。1963年美国将300架飞机的有孔蜂窝结构全部改成无孔蜂窝结构，并将当时新开发的环氧聚酰胺胶黏剂广泛用于新机种中。由于175高温固化的结构胶容易引起铝合金的晶间腐蚀，1965年中温固化环氧丁腈结构胶研制成功。1968年一直腐蚀底胶（BR127）被发明，是防腐蚀性能得到显著改善。黑龙江石油化学研究院提供的中温固化胶J40、J47、J69等多胶黏剂已广泛使用在气象、通讯、资源、军事等多型号多系列卫星导弹雷达，特别是J47很好的解决了CM二次固化成型的工艺难题。长征系列运载火箭用了SJ2、J60等67种胶黏剂。宇宙飞船神州系列都各采用了10余种胶黏剂。嫦娥卫星也采用了多种高温胶黏剂。4胶接技术发展前景预测随着现代社会对胶黏剂和胶接技术越来越多的需求和越来越高的要求，胶技术仍在不断的发展研究中。尤其是航天工业中对胶黏剂的高要求，接下来我国胶接技术要解决的问题有改善国产胶黏剂的应用范围因耐热性较差而受到限制，改善胶黏剂以使其符合新材料的粘接工艺要求，进一步开发剥离强度高和耐高温性好的胶黏剂，改善胶黏剂在长期储存和短期使用过程中耐震动性和耐疲劳性较差的现状。随着这些问题的解决我国航空用胶黏剂和胶接技术可以摆脱对国外的依赖，进一步自主研发。至于国外的胶接技术未来的发展，应该会将重心放在开发更加智能的胶黏剂，比如纳米材料、隐身材料和耐高温结构材料的胶黏