改性密封剂用于铝合金与复合材料之间的弹性粘接

关永安等

1 前言

在航空制造业中，根据产品的使用设计要求，需要在铝合金产品表面糊制一定厚度的复合材料功能层来提高某些特性。对于这种使用过程中需要承受弯曲变形的铝合金与复合材料之间的粘接而言，采用普通的刚性连接必将在使用过程中出现脱胶现象，严重影响产品的使用安全。本文进行了铝合金与复合材料之间弹性过渡粘接用胶粘剂的选择与可行性研究工作，确定了改性密封剂作为铝合金与复合材料之间弹性过渡粘接胶粘剂效果最佳。

2 实验部分

2.1 实验原料

改性密封剂，自制；XY-502橡胶液，西北凯迪公司；QS-7粘接底涂，北京航空材料研究院；KH-550偶联剂，盖州市化学工业有限责任公司；EWR200-90无碱玻璃布，常州天马集团有限公司；铁锚102胶，上海新光化工厂；YM-6基体材料，自制；细帆布。

2.2 试验设计

1）由于产品在使用过程中会出现弯曲变形情况，所以铝合金与复合材料功能层之间粘接用胶粘剂必须具有足够的粘接强度与韧性。选用自制改性密封剂、XY-502橡胶液、铁锚102胶粘剂作为铝合金与复合材料功能层之间粘接用胶，在2种材料之间建立弹性过渡粘接层，减少产品弯曲时的界面应力集中。

为了提高粘接强度，在铝合金上刷涂QS-7粘接底涂与KH-550偶联剂。

2）为了考核上述试验方案的可行性，测定了反映铝合金与复合材料之间在工作状态下的粘接强度与柔韧性的技术指标——弯曲强度。由于铝合金与复合材料之间在承受弯曲应力时分为铝合金在上与在下2种形式，因此测定了这2种试样的弯曲强度、观察了试样的破坏形貌。

2.3 试验数据与破坏形貌

2.3.1 试验数据

改性密封剂测试数据详见表1。

试验说明：（1）剪切强度测试按HB 5250—93进行；

（2）剥离强度测试按HB5248—93进行；

（3）数据变化率按下列公式计算：

4）密封剂的配制与稀释按相关工艺文件进行。

弹性过渡粘接胶粘剂筛选试验数据详见表2。

2.3.2 破坏形貌

破坏形貌详见图1。

3 分析与讨论

由表1可以看出，改性密封剂的剪切强度随增粘剂加入量的增加而增大，在加入量为6 g时，出现最大值4.05 MPa，比2-1配方增加17.7%；T型剥离强度随增粘剂加入量的增加而降低，在加入量为6 g时，出现降低的最小值-1.46%，所以改性密封剂中增粘剂加入量为6 g最佳，因此选用2-2#配方为改性密封剂的标准配方。

由表2、图1可以看出，使用XY-502橡胶液作为过渡粘接的1#试验方案、使用KH-550偶联剂的3#试验方案、使用QS-7粘接底涂的4#试验方案、使用铁锚102胶加细帆布的5#试验方案试样在弯曲强度测试中，均出现界面应力开裂与界面分层现象，说明上述4种试样在弯曲变形达到一定值后，铝合金与复合材料特别层之间因刚性粘接而在其界面产生应力集中，导致界面出现应力开裂与分层现象，不能用于铝合金与复合材料特别层之间粘接。

而使用QS-7粘接底涂加改性密封剂作为弹性过渡粘接的2-2#试验方案，在试样弯曲强度测试中，无论铝合金在上还是在下试片，均无界面开裂与分层现象。这是由于这种弹性过渡粘接形式既保证了界面的粘接强度，又降低了粘接界面的应力集中，故没有出现应力开裂与分层现象。所以使用改性密封剂作为弹性过渡粘接的试验方案对铝合金与复合材料特别层之间粘接具有一定的可行性与可靠性。