航空工程材料及应用第六章-飞机结构中非金属材料的应用

第六章飞机结构中非金属材料的应用知识目标[1]熟悉航空用非金属材料的主要种类和作用；[2]了解陶瓷材料、纺织材料的性能特点和应用；[3]了解绝缘材料、绝热材料的性能特点和应用；[4]了解密封材料、表面涂料的性能特点和应用。学习目标技能目标

[1]能根据不同的应用场景及工艺要求合理选用材料。素质目标

[1]具有自主学习的态度；[2]具备创新意识；[3]具有航空报国的爱国精怀。学习目标主要内容一、陶瓷材料与纺织材料二、绝缘材料与绝热材料三、密封材料与表面涂料一、陶瓷材料与纺织材料1.陶瓷材料

（1）陶瓷材料的分类一、陶瓷材料与纺织材料1.陶瓷材料

（2）陶瓷材料在航空工程中的应用

陶瓷可用于火箭排气堆中的热保护系统、航天飞机的隔热瓦、发动机部件和嵌入飞机的挡风玻璃中的陶瓷涂层，这些涂层是透明的且导电，能保持把雾和冰从玻璃上清除。陶瓷纤维能用作飞机和航天飞机的防火和隔热的保护系统，因为它们耐热，重量轻且不腐蚀，此外，还具有高熔融温度，高回弹性，高拉伸强度和化学惰性等其他优异性能。一、陶瓷材料与纺织材料2.纺织材料

（1）纺织材料的分类1）天然纤维纺织材料

天然纤维纺织材料主要有棉布和亚麻布，也称为有机纤维材料。2）人造纤维纺织材料

人造纤维纺织材料主要有玻璃纤维和热收缩的合成纤维。一、陶瓷材料与纺织材料2.纺织材料

（2）常用航空纺织材料及其特性航空工程常用的纺织材料主要是有机纤维和合成纤维布两大类。有机纤维和合成纤维都被用来制造覆盖飞机的蒙布。

1）棉布A级棉布是一种由高级长纤维棉织成的，且经过丝光处理的4盎司／码2蒙布。经过压光以减少厚度，并压平绒毛使其表面光滑。2）涤纶布

涤纶是一种很光滑的单丝聚脂纤维，它是由二甲苯盐酸和乙二酸冷凝而成的。可用来代替A级棉布制作飞机蒙布。3）玻璃布

玻璃布或玻璃纤维布是由拉制的细玻璃丝制成的。玻璃布的特点是：不受潮湿、霉、化学试剂或酸的影响，而且耐火性能良好。二、绝缘材料与绝热材料1.绝缘材料

（1）对绝缘材料的要求

1）具有高的绝缘性材料的绝缘性用表面电阻系数、体积电阻系数和电压击穿强度等指标来表示。理想的绝缘材料不会发生漏电现象，但实际上都会漏过一些电流，而漏过电流数量的多少由绝缘材料的电阻系数大小而决定。电压击穿强度，是绝缘材料在试验条件下被击穿时所需的电位强度。绝缘材料在被击穿的顷刻间，电阻显著降低，发生短路，甚至被烧化、烧焦或着火，导线和设备被击坏。1.绝缘材料

（1）对绝缘材料的要求

2）最小的吸湿性绝缘材料受潮后，会使表面电阻系数和体积电阻系数降低，漏过的电流数量增加，从而影响绝缘性能。3）其它性能要求绝缘材料还应具有一定的耐温性能、一定的机械强度、良好的化学稳定性，容易加工和紧固，比重小、价格低廉等特点。二、绝缘材料与绝热材料1.绝缘材料

（2）绝缘材料在航空工程的应用航空工程常用的绝缘材料可分为有机绝缘材料和无机绝缘材料两类。

1）有机绝缘材料包括橡胶、塑料、绝缘树脂、绝缘清漆、蜡以及用这些有机物浸渍的纸、线、布、绸等制成的绝缘物，都是有机绝缘材料。包卷导线用的棉纱和丝线，制造绝缘层时用的纸、棉布和绸等，都是绝缘性差、容易吸湿、不耐温但容易缠绕的材料。为了减少吸湿，提高绝缘性能，将棉纱和丝线、纸、棉布、绸用绝缘树脂、绝缘清漆浸渍，便可以获得很好的绝缘效果。二、绝缘材料与绝热材料1.绝缘材料

（2）绝缘材料在航空工程的应用航空工程常用的绝缘材料可分为有机绝缘材料和无机绝缘材料两类。

2）无机绝缘材料无机绝缘材料，也就是矿物电介质。常用的有瓷、云母和云母层合胶片等。

①瓷用作绝缘材料的瓷是由粘土、长石和石英等原料，按一定比例配制成瓷泥，经模型或手工成型后，再经干燥、烧制和上釉等工序制成。瓷的优点是：很高的绝缘性，硬度高，电压击穿强度高，不吸湿，耐热性和化学稳定性好，抗压强度大，价格低廉等。瓷的缺点是：比重大，质脆，受力时不易产生塑性变形，急剧受热时容易开裂。二、绝缘材料与绝热材料1.绝缘材料

（2）绝缘材料在航空工程的应用航空工程常用的绝缘材料可分为有机绝缘材料和无机绝缘材料两类。

2）无机绝缘材料②云母云母是层片状矿物，能分裂成薄而柔软的片。云母的主要特点是绝缘性能好，不吸湿，耐热性好（1200~1500℃时才熔化），化学稳定性好。飞机上用来制作航空发动机的电嘴、高频率电容器、真空管等零件。

③云母层合胶片云母层合胶片是采用云母和醇酸清漆胶合而成。耐热的云母层合胶片是用水玻璃胶合而成，工作温度范围可达600~700℃，具有云母的优点，但击穿电压强度较低。飞机上主要用来制作垫圈、垫片、直流电发生器中整流片绝缘物、电热设备的绝缘物等。二、绝缘材料与绝热材料2.绝热材料飞机上常用的绝热材料有毡、絮垫、石棉、水玻璃等。（1）毡毡是用密集纤维制成的软轻而坚固的制品，飞机上常用的是羊毛絮压制成的毛毡。毛毡有很好的绝热隔音性能，可作绝热、隔音、密封、减震、过滤等用途的材料。如用作飞机座舱部分（隔框等）的绝热隔音层，滑油管（即润滑油管）的绝热层，作动筒中的防尘密封圈，滑油滤芯，起动车和航空蓄电池的减震垫或保温套等。

二、绝缘材料与绝热材料2.绝热材料飞机上常用的绝热材料有毡、絮垫、石棉、水玻璃等。（2）絮垫絮垫是在松软的纤细层两面包覆棉布或玻璃布缝合制成的。根据所用的纤维层不同，可分为以下几种：1）毛絮垫它的纤维层为经过加工的鹿毛，其特点是轻而导热性小，但成本较高。常用作座舱及热气输送管的保温材料。

2）棉絮垫它的纤维层为经过防火处理的棉花，其保温性较毛絮垫差，吸水性较大，但成本较低。常用作毛絮垫的代用品。二、绝缘材料与绝热材料2.绝热材料飞机上常用的绝热材料有毡、絮垫、石棉、水玻璃等。（2）絮垫絮垫是在松软的纤细层两面包覆棉布或玻璃布缝合制成的。根据所用的纤维层不同，可分为以下几种：3）尼龙絮垫它的纤维层为尼龙纤维，其特点是吸湿性小。多用在易吸湿而又难以维护的结构部分。

4）玻璃絮垫它的纤维层为玻璃纤维，其特点是耐热性高。主要用作高温零件的绝热、隔音材料。二、绝缘材料与绝热材料2.绝热材料飞机上常用的绝热材料有毡、絮垫、石棉、水玻璃等。（3）石棉石棉是一种矿物纤维，可以纺织成石棉线、石棉带、石棉绳、石棉布，也可制成石棉纸、石棉板等。石棉不燃烧，有很好的耐热性，熔点约为1500℃。石棉工作温度范围为600~800℃，是良好的隔热材料。它还有很好的抗酸碱性和较小的吸湿性。缺点是强度较小，质脆易断。石棉制品在飞机上主要用作喷气式发动机隔热盘的绝热层，延伸管处的隔热层及发动机附近受高温影响的导管、导线和绝热层等。二、绝缘材料与绝热材料2.绝热材料飞机上常用的绝热材料有毡、絮垫、石棉、水玻璃等。（4）水玻璃水玻璃是硅酸钠的水溶液，为暗灰色粘性半透明的液体。涂在零件上后能形成坚硬的玻璃状薄膜。水玻璃粘结力很强，不燃烧并能隔热。它呈碱性特征，对金属有腐蚀作用。水玻璃在飞机上常用来涂在经过石棉或毡缠绕的导管和电缆等的表面，起胶合、保温、隔热等作用。二、绝缘材料与绝热材料1.密封材料

（1）对密封材料的要求密封材料应具有良好的密封性，足够的强度，足够的耐汽油和滑油性，具有较大的工作适应范围，具有重复使用的可能性和低廉的价格，还应具有吸水性和防腐蚀性能。（2）密封材料的分类按产品形态分，飞机上常用的密封材料有密封胶、密封垫、密封腻子、密封圈和刮圈（片）几类。三、密封材料与表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分类1）密封胶飞机上使用的密封胶，主要牌号有XM-18密封胶，XM-22密封胶。

XM-18密封胶主要用于飞机座舱和座舱盖以及金属板材铆接、螺栓连接结构的缝内或表面密封，还可用在与燃油、水接触的螺栓、铆钉及其它金属结合处缝内或表面的密封。

XM-22密封胶主要用于飞机的机翼、机身和整体燃油箱的密封，尤其适用于尺寸大而不便于加温处理以及挠曲变形大的机件。三、密封材料与表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分类2）密封垫飞机上常用的密封垫材料有金属、非金属和复合材料，非金属垫又分橡皮垫、橡胶石棉垫和纤维垫等。①金属垫金属垫是用塑性较好的金属制成的，常用的有纯铜垫、黄铜垫、纯铅垫、硬铝垫、软钢垫等。金属垫与其它密封垫相比，有较大的强度和塑性，其中软钢垫和硬铝垫强度更大，但密封受力时变形量较小，这类垫主要用于结合面受力较大的附件上。三、密封材料与表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分类2）密封垫飞机上常用的密封垫材料有金属、非金属和复合材料，非金属垫又分橡皮垫、橡胶石棉垫和纤维垫等。②橡皮垫橡皮垫是在橡胶中加入各种配合剂再经硫化处理后制成的。不同橡胶制成的橡皮垫，其性能和用途也不完全相同。用天然橡胶制成的橡皮垫，抗油性差，通常用作防止漏气、漏水的垫子；用丁腈橡胶和聚硫橡胶等制成的橡皮垫，抗油性好，通常用作燃油、滑油、液压系统的密封垫。注意各系统的橡皮垫不能随便代替。三、密封材料与表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分类2）密封垫③橡胶石棉垫橡胶石棉垫是以橡胶、石棉等材料混合后经硫化处理而制成的，根据使用的橡胶不同，分为耐油和不耐油两种。耐油橡胶石棉垫是用丁腈橡胶制成的，主要用作燃油、滑油系统的密封垫。不耐油的橡胶石棉垫再根据使用温度和压力不同，分为高压、中压和低压三种。橡胶石棉垫的主要缺点是脆性较大，弯曲时容易折断，故在拆装这种垫子时应加以注意。三、密封材料与表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分类2）密封垫④纤维垫飞机上常用的纤维垫有纸垫和钢纸垫两类。纸垫是用甘油和蓖麻油或动物胶浸润过的纸板制成的。这类垫的抗油性好，常用作燃油、滑油、液压等系统的密封垫。缺点是能吸收水分，吸水后对金属有腐蚀作用，故不宜用作防水垫子。钢纸垫是将棉织品碎屑经氯化锌溶液处理后制成的。它具有良好的抗油性，一定的弹性和绝缘性，缺点是容易吸收水分。钢纸板分硬纸板和软纸板两类。硬钢纸板较光亮，无油渍，主要用作飞机冷气系统的密封。软钢纸板为深褐色，无光泽，有浓厚的油渍（用蓖麻油和甘油浸润过），主要用于燃油、滑油和液压等系统的密封垫。三、密封材料与表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分类2）密封垫

⑤复合垫飞机上常用的复合垫有铜包石棉垫和涂胶铜丝石棉垫两种。铜包石棉垫是用两层薄铜片，中间夹以石棉压制而成的。它能耐高温、高压，多用在高温零件结合处。如用作喷气式发动机燃烧室传焰管和活塞式发动机排气管、电嘴等零件的密封垫。涂胶铜丝石棉垫，是由纯铜丝或黄铜丝与石棉线织成的布，经橡胶及石墨处理后制成的。用来密封工作在150℃以下零件结合处。三、密封材料与表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分类3）密封腻子飞机上常用的密封腻子是牌号为JLYZll的座舱密封腻子。它是以聚硫橡胶为主，并加入石棉和白垩等制成的。这种密封腻子有良好塑性，能长期保持原有成分的物理、机械性质，不易干燥，对镁合金有腐蚀作用。主要用来密封飞机座舱玻璃与铝合金框架的结合处。也可用来封严飞机上管路等的间隙和孔洞，以防止油液、水分或气体等渗入或泄漏。

4）密封圈和密封皮碗飞机上还使用到各类密封圈、密封条等零件进行密封。其中属于“动态密封件”的密封皮碗，使用在诸如作动筒、油泵、选择阀门等的运动附件上，用合成橡胶或天然橡胶制成。常用的密封皮碗的外形有O形、V形和U形，应根据特定的用途而选用。三、密封材料与表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分类5）刮圈刮圈的功用是清洁和润滑裸露于外的作动筒或活塞杆表面，一方面防止灰尘污屑渗入系统，另一方面保护活塞杆不受刮伤。刮圈有金属或毡质两类成品，但在使用时常常两者共用（将毡制件装于金属制件之后），以达到更佳的效果。三、密封材料与表面涂料1.密封材料（3）橡胶密封材料由橡胶制成的密封件在飞机上起非常重要的作用，初步估计一架大型客机使用橡胶密封件超过万件，密封剂用量达1t。橡胶材料可分为通用橡胶和特殊橡胶。三、密封材料与表面涂料2.航空涂料（1）涂层的作用凡涂敷到物体表面上，干燥之后能结成坚韧完整的保护薄膜的物质，称为涂料。最早使用的涂料是以植物种子中榨取的油或漆树中取出的漆液为主要原料加工制成的，习惯上称为油漆材料或油漆。涂料在航空工程的作用主要有四个方面：

1）防护金属零件不受腐蚀。

2）使飞机着色，起到装饰、伪装和标志的作用。

3）使飞机增进流线型，改善空气动力性能，提高反辐射能力。

4）在飞机电器上起绝缘、绝热作用。三、密封材料与表面涂料2.航空涂料（1）涂层的作用对航空涂层的要求可以归纳为以下几点：

1）涂膜要具有致密性和化学稳定性，足以防止空气和电解质的腐蚀。

2）涂膜要具有足够的强度和硬度，能抵抗含有杂质的气流的侵蚀。

3）涂膜能紧密地与金属粘结，并具有足够的弹性，以便在飞机振动时不产生剥落和龟裂。

4）涂膜要光滑，以减小飞机的飞行阻力。

5）有足够的耐温性和耐寒性。

6）涂层重量要轻。

7）涂刷方便、干燥快、价格低。三、密封材料与表面涂料2.航空涂料（2）涂料的基本组成目前使用的涂料大都是以植物油或树脂为主要成膜物质，以低分子有机物为溶剂，并根据需要加入增塑剂、干燥剂、颜料和填料等组成的。1）主要成膜物质主要成膜物质是涂料的最重要的成分，它的作用是使涂料很好地和底层材料粘附并形成一层保护膜，同时作为其它组成成分的粘合剂。常用的主要成膜物质有植物油、天然树脂及合成树脂三类。三、密封材料与表面涂料2.航空涂料（2）涂料的基本组成1）主要成膜物质①植物油植物油是涂料中使用最早的主要成膜物质，是制造油基涂料的主要原料。

②天然树脂树脂硬度较大，粘附性和防水性较好，且涂层表面光滑。常用的天然树脂有松香、虫胶和沥青等。

③合成树脂目前涂料中合成树脂应用较广，品种也最多，航空工业常用的有醇酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、过氯乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂等。三、密封材料与表面涂料2.航空涂料（2）涂料的基本组成2）溶剂溶剂用来溶解成膜物质，使涂料具有适当的粘度，便于使用。涂料成膜后，溶剂应能够全部挥发掉。目前使用较多的溶剂有以下两类：

①油基涂料溶剂常用的油基涂料溶剂有松节油、松香水、二甲苯等。

②树脂涂料溶剂常用的树脂涂料溶剂有酯、酮、醇、苯、醚等。也有的树脂涂料使用油基涂料的溶剂。一般溶剂都容易挥发，容易燃烧，大部分溶剂的蒸气对人体有毒。三、密封材料与表面涂料2.航空涂料（2）涂料的基本组成3）增塑剂增塑剂的作用是提高涂层的韧性和弹性。4）催干剂催干剂的作用是加速涂料的干燥过程。5）颜料（染料）颜料（染料）是瓷漆（又叫色漆）的重要组成部分，它除了给涂料必要的色彩之外，还能增加涂料的防护性能、耐热性能及延长涂膜的寿命。6）填料填料可以改进涂层的物理、化学和光学性能，以满足某些特殊性能的要求（如消光、打磨性能），并可降低涂料的成本。使用较多的填料有石膏粉、高岭土、滑石粉等。三、密封材料与表面涂料2.航空涂料（3）常用航空涂料航空涂料是指用于飞机上的涂料。按使用部位可分为：飞机蒙皮涂料、飞机舱室涂料、飞机发动机涂料、飞机零部件涂料、特殊专用涂料（包括隔热涂料、防火涂料和示温涂料）等。按成分，可以分为酚醛树脂漆类、醇酸树脂漆类、硝基漆类和过氯乙烯漆类。1）酚醛树脂漆类酚醛树脂漆类是以酚醛树脂和干性油为主要成膜物质的一类涂料。根据它的组成和功用不同又可分为酚醛清漆、酚醛瓷漆和酚醛底漆。三、密封材料与表面涂料2.航空涂料（3）常用航空涂料2）醇酸树脂漆类醇酸树脂漆是以醇酸树脂为主要成膜物质的一类涂料。按外观可分为醇酸清漆、醇酸瓷漆、醇酸无光漆和醇酸半无光漆。按配套涂层的