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| 高温结构胶粘剂现状与发展 | |
| 黑龙江省石油化学研究院 李公淳 | |
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摘要：本文详细地介绍了黑龙江省石化院航空结构胶粘剂的发展历程和现状。
关键词：结构胶；高温固化；石化院；现状
1 前 言
结构胶粘剂系能在预定的时间内承受许用应力，环境作用而不失效的，用于承力结构胶接的胶粘剂。航空结构胶粘剂的发展已有半个多世纪的历史。虽然，它在整个胶粘剂工业中所占有的比重并不大，但是它在航空、航天和交通运输等方面起到非常大的作用。近40多年来，由于采用了先进的胶接体系致使飞行器，宇航器进一步安全可靠。目前国内外所有的高性能的飞行器和宇航器无一不采用胶接结构，由于胶接结构和复合材料的采用大大地促进航空工业的高速发展。本文只介绍石化院研制的高温结构胶粘剂即175～200℃固化，在-55～250℃长期使用的高温结构胶粘剂的现状和发展趋势。
2 航空结构胶粘剂的发展简史
1940年问世Redux系列酚醛－缩醛高性能结构胶粘剂后，1943年首次用于木质结构的大黄蜂号飞机的胶接，1946年De Havilland公司制造了铝合金胶接结构的飞机。尤其是1959年出现喷气式飞机以来，进一步推进了胶接技术的发展。但同时暴露了一些问题，即发现有孔蜂窝结构进水引起增重和脱胶的问题。因此，上世纪60年代初开始飞机夹层结构由有孔蜂窝夹层结构改用无孔蜂窝夹芯，所用的胶粘剂是环氧基的胶粘剂。上世纪70年代初始，使用抑制腐蚀底胶和表面处理方法改用磷酸阳极化工艺，1976年以后开始出现的新的胶接体系，即耐久胶接体系使胶接结构件的寿命可由原来的7－8年延长到20多年。
我国是上世纪50年代末开始研制飞机金属胶接结构。我国胶接结构的特点是：a、板金结构和蜂窝夹层结构并重；b、采用的胶接面积不大。其发展历程大体上是上世纪60年代酚醛类胶粘剂时飞机结构是有孔蜂窝夹层结构，上世纪70年代改用无孔蜂窝夹层接结构时胶粘剂是环氧基为主，上世纪90年代初开始采用耐久胶接体系。
石化院的航空结构胶粘剂研制历程，可以说是我国航空结构胶粘剂发展历史的缩影。航空结构胶粘剂的研制开始于上世纪50年代末，当时飞机结构采用有孔蜂窝夹层结构时，石化院研制的酚醛－橡胶类型胶粘剂J－01结构胶粘剂，上世纪60年中期用于歼－八飞机的有孔蜂窝夹层结构的胶接，当时所采用的胶接工艺是“浸胶瘤”，铝合金的表面处理是铬酸阳极化。65年J－03结构胶粘剂用于Z－5飞机上，大大地提高了其耐久性。
上世纪70年代，飞机结构由有孔蜂窝改用无孔蜂窝夹层结构时，需要环氧基结构胶粘剂。当时，石化院研制了环氧基的J－30无孔蜂窝结构胶粘剂和J－23－1胶粘剂。
上世纪80年代，国内开始研制耐久蜂窝夹芯和所用的胶粘剂的研制。石化院研制的J－70和J－71胶，成功地用于耐蚀夹芯的制造，由此大大地提高蜂窝夹芯的寿命。
上世纪80年代末到90年初，我国飞机制造工艺上有了较大的发展。飞机的夹层结构开始采用耐久夹芯，表面处理为磷酸阳极化，对胶粘剂的要求是必须配合抑制底胶使用。从此，我国飞机胶接史上出现了新的胶接体系－耐久胶接体系。上世纪90年代初研制的J－116、J－98、J－99和SJ－2是高剪切强度，高剥离强度的环氧基载体和无载体胶膜，这些胶粘剂分别与抑制底胶J－117和J－100配合使用。为新胶接体系的发展做出了应有的贡献。
为适应隐身技术和阻尼构件的胶接需要，上世纪90年代中期研制了J－193吸波胶粘剂和J－165阻尼构件结构胶粘剂已用于新型武器上。J－188耐高温结构胶粘剂是双马改性的结构胶粘剂，固化温度为200℃，使用温度达250℃。
3 石化院航空结构胶粘剂现状
航空结构胶粘剂具有较好的综合性能，同时每一种胶粘剂应突出它的特殊性能并满足特定的工艺要求。在一种飞机或一颗卫星的胶接结构件所处的位置不同，对胶粘剂性能及其工艺的要求不同。因此，完成一种机种的胶接往往需要十几种甚至几十种胶粘剂。“直九”飞机需要四十多种胶粘剂，其中有的需要量只有几十克，但不能用别的胶来替代它。因此，航空结构胶粘剂的系列化和配套化是非常必要的。
3．1 系列化
经四十多年研制与开发工作中石化院的航空结构胶粘剂已形成了常温、中温和高温等航空结构胶粘剂系列。
常温固化结构胶：以J－135和J－204为代表的常温固化胶，其常温剪切强度大于30MPa，其中J－135已用于“直九”国产化。
中温固化结构胶：以J－47和J－95为代表的中温固化航空结构胶粘剂已用于卫星、导弹和“直九”飞机的国产化。
高温固化的航空结构胶粘剂：SJ－2、J－98、J－99和J－116系列高温结构胶粘剂，其技术水平达到国外同列产品的水平，已用于我国卫星、导弹、“直九”及10#工程的研制和生产。
3．2 配套胶
发泡胶：J－29、J－60、J－118、J－121和J－94等。这些胶粘剂分别与SJ－2、J－116、J－98和J－99配合已用于飞行器和宇航器的生产。
芯条胶：J－71耐蚀胶和J－123高剥离强度胶。这些胶分别与J－70和J－122配合制造耐久蜂窝夹芯。
修补胶：J－48，配合J－116等主胶配合已用于飞行器和宇航器的生产。
工艺性胶膜：J－137校验工艺膜、SJ－2G工艺膜和J－177蜂窝拼接胶膜等。
总之，石化院经过四十多年的航空结构胶粘剂的研制与开发，航空结构胶粘剂已形成了体系并实现了配套化，胶粘剂的性能已达到国外同类产品的性能，胶粘剂的生产工艺采用了无溶剂的先进的成膜工艺，较完善的检验测试手段，使石化院的航空结构胶粘剂的性能更加稳定，生产和供应有保障。
4 石化院高温航空结构胶粘剂与应用
(1)J－01高强度结构胶粘剂：属酚醛－橡胶型胶粘剂。胶液或胶膜形式使用，固化温度为160℃x3h，-60－150℃下长期使用，特点是耐介质，耐湿热性能较好，上世纪60年代中期已用于歼－八机有孔蜂窝的副翼和襟翼的胶接。
(2)J－03高弹性结构胶粘剂：属酚醛－橡胶型胶粘剂，胶液或胶膜形式使用固化温度为160℃x3h，-60－150长期使用，上世纪60年中期用于直－五飞机生产，1989年获国家发明三等奖。
(3)J－15结构胶粘剂：属高邻位酚醛－橡胶型，胶液或胶膜形式使用，固化温度为180℃x3h，在-60－150℃下长期使用其实特点是板－板剥离强度较高，耐环境性能较好，已用于运输机水上飞机，反坦克导弹等板金结构胶接。
(4)J－04结构胶粘剂：属酚醛－橡胶型，胶液或胶膜形式使用，固化温度为180℃x2h，在-60－250℃下长期使用。 （图片） （图片） （图片） （图片） （图片） （图片） | |
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