橡胶粘结剂在航空产品制造中的应用

张春婧 路敏菲 邱航波

摘要：随着航空产品不断升级，航空产品对粘结材料的FST（火焰、烟雾和毒性）和FR（阻燃）性能提出更高的要求，橡胶粘结剂不但能解决飞机设计和组装问题，还能解决飞机内部和外部组件的修理问题，能够满足航空产品高温和高湿度环境下对粘结剂高性能属性的需求。为了更好的研究橡胶粘结剂在航空产品制造中的作用，提出橡胶粘结剂在航空产品制造中的应用。通过对橡胶粘结剂在航空产品壳体表面、各部件连接處以及仪器仪表中的应用进行分析，完成了提出的应用研究。通过研究分析得出，橡胶粘结剂具有优良的弹性，能够粘接热膨胀系数相差悬殊的材料，在航空产品制造中得到广泛应用。

关键词：橡胶粘结剂;航空产品;环氧树脂胶黏剂;酚醛树脂胶黏剂

引言

航天工业的发展对航空产品制造提出了更高的要求，各种航空产品都在不断寻找能够提高效率、简化结构的有效方法。采用性能优异的橡胶粘剂及其相应的粘接技术，已经成为航空产品提高效率的有效手段之一，橡胶粘剂也因此被广泛用于运载火箭、卫星和导弹等航天领域中。为此提出橡胶粘结剂在航空产品制造中的应用，橡胶粘结剂分为无机胶粘结剂和有机胶粘剂，无机胶粘结剂耐热可达1500℃甚至更高，主要用于航天飞机隔热瓦的粘接;有机胶粘剂耐热300℃以上，主要用于导弹弹翼蜂窝结构的粘接和先进超音速巡航飞机蒙皮的粘接^[1]。橡胶粘结剂为航空航天工业中的应用提供专业配套、辅层、内外部的结构粘结、蜂窝芯增强及各类特种应用，具有传递结构应力，消除消极载荷、增大有效载荷、提高目标航程作用。

1橡胶改性环氧胶黏剂耐老化性能分析

航空产品在飞行过程中会与空气发生摩擦，由于飞行的速度一般会超过260km/h，所以会产生大量的热量，导致航空产品壳体表面高温，因此需要在航空产品壳体表面设置防热层。其中飞行速度与航空产品壳体表面最高温度，如公式（1）所示：

式中，v代表飞行器飞行速度，单位km/h;T代表飞行器外壳最高温度，单位℃;D代表飞行器外壳材料阻尼系数;f代表飞行器外壳导热系数，q代表飞行器与空气摩擦系数;X代表空气阻力。

考虑到航空产品在飞行过程中承受的一系列特殊环境条件、粘接体系的应变能力以及结构材料线膨胀系数与防热材料的差异，航空产品壳体表面的防热层必须采用橡胶粘结剂，通过橡胶粘结剂粘接航空产品壳体表面，形成一层防热层。

HYJ-16环氧树脂胶黏剂作为一种具有触变性能的橡胶粘结剂，适于大部件之间套装粘接。HYJ-40环氧树脂胶黏剂作为一种具有三防性能的橡胶粘结剂，其贮存寿命达到10年以上，同时可室温固化，适用于航空产品壳体表面的缝隙填充^[2]。HYJ-29橡胶改性环氧胶黏剂作为一种具有优异耐老化性能的橡胶粘结剂，在l10℃下可安全使用，中温固化，同时还具有低密度、隔热、粘接等多重功能，可以更好的满足航空产品壳体表面的需求。

航空产品在飞行过程中要经受高低温交变、“轨道运行段”高真空等轨道环境的考验，在长时间的冲击下，航空产品壳体表面的橡胶粘结剂根据自身特性，可以调节航天产品壳体表面防热层和结构层之间由于线膨胀系数不同产生的形变。

2橡胶粘结剂室温硫化固化吸收部分冲击功

航空产品各部件连接处的密封要求很高，同时连接处还需保证局部防热的问题，因此选择酚醛树脂胶黏剂作为各部件的连接剂。

试验数据表明，酚醛树脂胶黏剂在300℃的高温环境下，能够保证剪切强度大于20MPa，能够良好的连接玻璃纤维材料，因此橡胶粘结剂在航空产品各部件连接处中得到应用。

另酚醛树脂胶黏剂在只需在230℃的温度环境下就可完成45#钢的粘结，且在此温度下，45#钢的形变非常小^[3]。虽然45#钢的线膨胀系数与其他材料相差达数十倍，但是酚醛树脂胶黏剂其胶缝不裂不凹，能够保证酚醛树脂胶黏剂与45#钢连接部位同步膨胀。测得证酚醛树脂胶黏剂与45#钢连接部位同步膨胀变化规律如公式（2）所示：

式中，E代表45#钢的弹性模量;c代表酚醛树脂胶黏剂变化系数;d代表粘结系数;u代表环境因素;

试验表明，酚醛树脂胶黏剂作为航空产品各部件连接处的粘接剂，能够确保航空产品各部件连接完美的密封、粘结和保护。典型的应用包括在航空产品密封侧窗，密封热源（烤箱，热交换器，蒸汽回路）、HCR聚硅氧烷键合。酚醛树脂胶黏剂组成成分单一，不需混合，室温就能完成硫化固化，应用粘接或密封连接处，能够增加连接处的灵活性，同时还能吸收部分冲击功。

3橡胶粘结剂在航空制造中的抗压密

航空产品在轨道运行期间，会受到一定的压力，造成产品出现渗漏的情况，常规橡胶“O”型圈作为密封圈，在高压情况下无法完全密封，导致仪器仪表还会出现微少泄漏，最终造成仪器仪表无法正常工作。

采用橡胶“O”型圈与GXJ-33胶黏剂结合，试验结论表明，使得航空产品的仪器仪表在高压下密封性能仍然良好，甚至在仪器仪表中“O”型密封圈受损的情况下，仍可保证仪器仪表密封性能良好。基于此橡胶粘结剂在航空产品仪器仪表中得到广泛应用。其密封性验证数据如表1所示：

又因，航空产品的传感器与测温部件内壁温度极高，配合具有优良的导热绝缘性能的粘结剂来完成粘结。导热胶HYJ-51作为一种耐高温的橡胶粘结剂，其热导率≥0.84w/m*K，可以保证仪器仪表粘接和装配质量。橡胶粘结剂应用在航空产品微型扬声器中，无论是将微型扬声器膜还是盖子连接到组件模块，橡胶粘结剂都可以确保小至0.8毫克的沉积物粘接极度准确。

橡胶粘结剂可以填充并密封仪器仪表所有金属法兰表面上的瑕疵，在金属、无空气的状态下可以固化形成持久密封的组件，将各个接触面最大化。橡胶粘结剂可以消除腐蚀并为仪器仪表提供及时的低压密封，固化后橡胶粘结剂不会收缩、裂开或松脱，它可以提供比传统平面密封更好的固定能力。

4总结

本文提出了橡胶粘结剂在航空产品制造中的应用，通过对橡胶粘结剂在航空产品壳体表面、各部件连接处以及仪器仪表中的应用进行分析，完成了橡胶粘结剂在航空产品制造中的应用研究。橡胶粘结剂在航空产品制造中发挥着重要作用，能够有效提升航空产品的质量。

参考文献

[1]张旭，杨柳，王志. 四种典型航空用橡胶材料的燃烧行为研究[J]. 消防科学与技术，2017（3）.

[2] 张旭，王东林，李仁鹏. 典型航空密封胶的热解和燃烧特性研究[J]. 中国胶粘剂，2018（6）.

[3] 何恩球，王世杰，吕晓仁. 钾离子对丁腈橡胶在含砂介质中摩擦磨损行为的影响[J]. 润滑与密封，2017（1）.