橡膠粘結劑在航空產品制造中的應用

張春婧 路敏菲 邱航波

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

關鍵詞：橡膠粘結劑;航空產品;環氧樹脂膠黏劑;酚醛樹脂膠黏劑

引言

航天工業的發展對航空產品制造提出了更高的要求，各種航空產品都在不斷尋找能夠提高效率、簡化結構的有效方法。采用性能優異的橡膠粘劑及其相應的粘接技術，已經成為航空產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、衛星和導彈等航天領域中。為此提出橡膠粘結劑在航空產品制造中的應用，橡膠粘結劑分為無機膠粘結劑和有機膠粘劑，無機膠粘結劑耐熱可達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，主要用于導彈彈翼蜂窩結構的粘接和先進超音速巡航飛機蒙皮的粘接^[1]。橡膠粘結劑為航空航天工業中的應用提供專業配套、輔層、內外部的結構粘結、蜂窩芯增強及各類特種應用，具有傳遞結構應力，消除消極載荷、增大有效載荷、提高目標航程作用。

1橡膠改性環氧膠黏劑耐老化性能分析

航空產品在飛行過程中會與空氣發生摩擦，由于飛行的速度一般會超過260km/h，所以會產生大量的熱量，導致航空產品殼體表面高溫，因此需要在航空產品殼體表面設置防熱層。其中飛行速度與航空產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;f代表飛行器外殼導熱系數，q代表飛行器與空氣摩擦系數;X代表空氣阻力。

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

HYJ-16環氧樹脂膠黏劑作為一種具有觸變性能的橡膠粘結劑，適于大部件之間套裝粘接。HYJ-40環氧樹脂膠黏劑作為一種具有三防性能的橡膠粘結劑，其貯存壽命達到10年以上，同時可室溫固化，適用于航空產品殼體表面的縫隙填充^[2]。HYJ-29橡膠改性環氧膠黏劑作為一種具有優異耐老化性能的橡膠粘結劑，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品殼體表面的需求。

航空產品在飛行過程中要經受高低溫交變、“軌道運行段”高真空等軌道環境的考驗，在長時間的沖擊下，航空產品殼體表面的橡膠粘結劑根據自身特性，可以調節航天產品殼體表面防熱層和結構層之間由于線膨脹系數不同產生的形變。

2橡膠粘結劑室溫硫化固化吸收部分沖擊功

航空產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。

試驗數據表明，酚醛樹脂膠黏劑在300℃的高溫環境下，能夠保證剪切強度大于20MPa，能夠良好的連接玻璃纖維材料，因此橡膠粘結劑在航空產品各部件連接處中得到應用。

另酚醛樹脂膠黏劑在只需在230℃的溫度環境下就可完成45#鋼的粘結，且在此溫度下，45#鋼的形變非常小^[3]。雖然45#鋼的線膨脹系數與其他材料相差達數十倍，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;d代表粘結系數;u代表環境因素;

試驗表明，酚醛樹脂膠黏劑作為航空產品各部件連接處的粘接劑，能夠確保航空產品各部件連接完美的密封、粘結和保護。典型的應用包括在航空產品密封側窗，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橡膠粘結劑在航空制造中的抗壓密

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

采用橡膠“O”型圈與GXJ-33膠黏劑結合，試驗結論表明，使得航空產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。基于此橡膠粘結劑在航空產品儀器儀表中得到廣泛應用。其密封性驗證數據如表1所示：

又因，航空產品的傳感器與測溫部件內壁溫度極高，配合具有優良的導熱絕緣性能的粘結劑來完成粘結。導熱膠HYJ-51作為一種耐高溫的橡膠粘結劑，其熱導率≥0.84w/m*K，可以保證儀器儀表粘接和裝配質量。橡膠粘結劑應用在航空產品微型揚聲器中，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，固化后橡膠粘結劑不會收縮、裂開或松脫，它可以提供比傳統平面密封更好的固定能力。

4總結

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

參考文獻

[1]張旭，楊柳，王志. 四種典型航空用橡膠材料的燃燒行為研究[J]. 消防科學與技術，2017（3）.

[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中摩擦磨損行為的影響[J]. 潤滑與密封，2017（1）.