航空工程材料（第3版）課件 7高分子材料

第七章高分子材料概述高分子材料具有十分出色的性能：如高韌性、高彈性、良好的絕緣性、低密度、有較高或較低的熔點。便于模塑加工成型等。因此它在航天技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用，例如宇宙飛船上用的粘合劑、涂料、潤滑劑、絕緣漆、溫度控制的包層材料、線路板以及高強度復(fù)合高分子材料:是指相對分子質(zhì)量為104以上的有機化合物，它是以聚合物為基本組分的材料，所以又稱聚合物材料或高聚物材料。常見的高分子材料包括：天然的:如松香、淀粉、天然橡膠等人工合成的:如塑料、合成橡膠、膠黏劑等。（工業(yè)用高分子材料主要是人工合成的。）由于高分子材料來源豐富，生產(chǎn)成本低廉，品種繁多，故在航空航天領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們?nèi)粘Ｉ钪幸殉蔀椴豢扇鄙俚囊活惒牧稀?.1高分子材料的結(jié)構(gòu)與分類一個高分子化合物中可能包含成千上萬個原子，原子之間以共價鍵連接起來。高分子化合物的分子量可高達(dá)幾萬、幾十萬甚至上百萬。高分子化合物的分子量雖然非?！熬薮蟆?，但其化學(xué)組成一般都比較簡單。表現(xiàn)在以下兩個方面：一是元素種類少，組成高分子的元素主要是碳、氫、氧、氮和硅等少數(shù)幾種元素；二是結(jié)構(gòu)簡單，整個高分子只不過是許多簡單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接起來的長鏈而已，所以叫做大分子鏈。

以聚乙烯分子n(C2H4)為例，它是由許多個乙烯小分子C2H4連接起來的。其中只包含碳和氫兩種元素，可以寫成下面的化學(xué)式：n(CH2—CH2)→(…—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—…)或?qū)懗桑邸狢H2—CH2—］n

再如聚氯乙烯分子n(C2H3Cl)是由許多氯乙烯小分子C2H3Cl重復(fù)連接而成，可以表示為n(CH2—CH─Cl)→(…—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—…)

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∣ClClCl或?qū)懗桑邸狢H2—CH—］n∣Cl

上述兩例中，構(gòu)成聚乙烯的分子“CH2—CH2”和構(gòu)成聚氯乙烯的分子“CH2—CH─Cl”是合成高分子所用的小分子，稱為單體，而“─CH2─CH2─”和“—ＣＨ2—CH—”是高分子中的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，簡稱

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Cl重復(fù)單元，又叫鏈節(jié)。結(jié)構(gòu)式中的n稱為聚合度，代表一個高分子中包含的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目，聚合度n在一定程度上反映了大分子鏈的長短和分子量的大小。

任一種高分子材料都是由大量大分子鏈聚集而成，而各個大分子鏈的聚合度卻不盡相同，所以任一種高分子材料所包含的大分子鏈的長短不一，分子量也不相同。材料的不同分子量(或不同長度)的大分子鏈的數(shù)量呈統(tǒng)計規(guī)律分布(圖7-1)。所以，某一種高分子材料的分子量實際上是其中大量大分子鏈分子量的平均值。圖7-1聚合物分子量分布規(guī)律

按照大分子鏈的幾何形狀，高分子化合物可以分為三種結(jié)構(gòu)形式：線型結(jié)構(gòu)、支鏈型結(jié)構(gòu)和體型結(jié)構(gòu)，如圖7-2所示。線型結(jié)構(gòu)：大分子為卷曲成線團(tuán)狀的長鏈，這種結(jié)構(gòu)高聚物的彈性、塑性好，硬度低，是熱塑性材料（可以重復(fù)加熱變形的材料）；支鏈型結(jié)構(gòu)：大分子的主鏈上帶有支鏈，其性能和加工都接近于線型分子結(jié)構(gòu)；體型結(jié)構(gòu):大分子的分子鏈之間有許多鏈節(jié)互相交連，構(gòu)成一種網(wǎng)狀，其特點是硬度高，脆性大，無彈性和塑性，是熱固性材料（一次加熱定形的材料）。圖7-2聚合物大分子鏈的結(jié)構(gòu)型式(a)線型；(b)支鏈型；(c)體型。高分子材料的分類方法很多，常用的有以下幾種。（2）按聚合物反應(yīng)類型可分為加聚物和縮聚物。加聚物：是由單體經(jīng)加成聚合反應(yīng)（簡稱加聚反應(yīng)）得到，由一種單體形成的加聚物叫均聚物（1+1+1=3），由兩種或多種單體形成的加聚物叫共聚物（1+1+2+2=6）縮聚物：是由兩種或多種單體經(jīng)帶有小分子副產(chǎn)物的縮合聚合反應(yīng)（簡稱縮聚反應(yīng)）得到聚合物叫縮聚物（2+2+3+3＝9+0.5+0.5），由于縮聚反應(yīng)中會生成低分子副產(chǎn)物，縮聚高分子的組成不可能與原料單體的組成完全相同，縮聚高分子的分子量也不可能是單體分子量的整數(shù)倍。（1）按用途性能可分為纖維、塑料、橡膠、膠黏劑、涂料等。（分子鏈由大變?。┧芰显诔叵掠泄潭ㄐ螤?，強度較大，受力后能發(fā)生一定變形。橡膠在常溫下具有高彈性。纖維的單絲強度高。有時把聚合后未加工的聚合物稱為樹脂，如電木未固化前稱為酚醛樹脂。

（3）按聚合物的熱行為可分為熱塑性聚合物和熱固性聚合物。熱塑性聚合物的特點是熱軟冷硬，如聚乙烯；熱固性聚合物受熱時固化，成形后再受熱不軟化，如環(huán)氧樹脂。（4）按主鏈上的化學(xué)組成可分為碳鏈聚合物、雜鏈聚合物和元素有機聚合物。碳鏈聚合物的主鏈由碳原子一種元素組成，如─C─C─C─C─C─。雜鏈聚合物的主鏈除碳外還有其他元素，如─C─C─O─C─、─C─C─N─、─C─C─S─等。元素有機聚合物的主鏈由氧和其他元素組成，如─O─Si─O─Si─O─等。

高分子材料多采用習(xí)慣命名，常用的有以下幾種。（1）在單種原料單體名稱前加“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙烯等。（2）在多種原料單體名稱后加“樹脂”或“橡膠”，如（苯）酚（甲）醛樹脂、丁（二烯）（丙烯）腈橡膠等。（3）采用商品名稱，如聚酰胺稱為尼龍或綿綸、聚酯稱為滌綸、聚甲基丙烯酸甲酯稱為有機玻璃等。（4）采用英文字母縮寫，如聚乙烯用PE、聚氯乙烯用PVC等。7.2高分子材料的性能及應(yīng)用7.2.1高分子化合物的基本性質(zhì)不同高分子材料的性能、特點各不相同，即使是同一種高分子材料，也會因為其聚合物反應(yīng)類型不同（如聚甲醛的均聚和共聚）而在性能方面有所差異。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，新型高分子材料不斷涌現(xiàn)，它們的性能也會出現(xiàn)一些新的特點（如摻雜的聚乙烯膜具有導(dǎo)電性等），但絕大多數(shù)高分子材料具有如下基本性質(zhì)。1.密度小高分子合成材料都比金屬輕，一般密度為1g/cm3~2g/cm3。純塑料中最輕的是聚丙烯，其密度為0.91g/cm3，比紙還輕。有些泡沫的密度甚至可達(dá)0.01g/cm3，即比水輕100倍。

2.比強度高

材料的抗拉強度與材料的密度之比叫做比強度。材料的比強度高，說明與其他材料的構(gòu)件相比，相同強度下可以減輕構(gòu)件重量，或者相同質(zhì)量下可以提高構(gòu)件強度，這正是航空工程對材料的基本要求。由于一個高分子化合物中有幾萬個甚至百萬個原子，而且分子的長度超過直徑幾萬倍，分子與分子之間接觸點很多，相互間作用力很大。同時，大分子鏈中有很多單鏈，這些單鏈都可以做內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因而使大分子鏈卷曲成各種不同形狀，大分子鏈又互相糾纏在一起。這樣，高分子化合物就具有高（比）強度的特征。7.2.1高分子化合物的基本性質(zhì)3.彈性強

由于高分子化合物的分子鏈?zhǔn)蔷砬m纏在一起的，當(dāng)受力拉伸時，這種卷曲的分子可以拉長，但當(dāng)去掉外力時，又會恢復(fù)到原來的形狀。因此，橡膠和塑膠之類的高分子化合物都具有較大的彈性。

4.可塑性好

由于高分子化合物是由許多很長的分子鏈構(gòu)成，當(dāng)鏈的某一部分受熱時，其他部分有的則受熱不多，甚至還沒有受熱。因此，高分子化合物受熱后不是立刻就變成液體，而是先經(jīng)過一個軟化過程，即具有可塑性。7.2.1高分子化合物的基本性質(zhì)5.難結(jié)晶由于高分子化合物的分子很大，分子鏈蜷曲，所以不容易排列整齊，自然也就不容易結(jié)晶。然而，也有不少線型高分子化合物具有部分結(jié)晶，但它們是在分子鏈的鏈帶之間。如果分子鏈和分子鏈之間含有某些基團(tuán)，它們彼此發(fā)生較強的吸引力，這種結(jié)晶狀態(tài)就可以固定下來。利用這種性質(zhì)，可以把高分子化合物拉成細(xì)而堅實的纖維，這就是纖維高分子化合物。7.2.1高分子化合物的基本性質(zhì)

6.耐磨性高由于高分子化合物有較高的分子量，因此耐磨性和抗撕裂程度都比較高。如尼龍、聚四氯乙烯不僅耐磨，而且自潤滑比金屬和天然材料都強。合成橡膠比天然橡膠耐磨，合成纖維也比天然纖維耐磨。7.絕緣性好由于高分子化合物分子中的化合鍵是共價鍵，不能電離，因此不能傳遞電子；又因高分子化合物的分子細(xì)長、卷曲，在受熱和聲的作用之后，分子間振動不大，因此具有對電、熱、聲的良好絕緣性。

8.耐腐蝕性強由于高分子化合物的分子鏈?zhǔn)羌m纏在一起的，許多分子鏈上的基團(tuán)被包在里面。當(dāng)接觸到能與高分子的某一基團(tuán)起反應(yīng)的試劑時，只有露在外面的基團(tuán)才比較容易發(fā)生反應(yīng)，因此高分子化合物比較穩(wěn)定，具有耐酸、堿腐蝕的特性。

9.抗射線能力強高分子化合物對多種射線，如α、β、γ、X射線的抵抗能力較好。7.2.1高分子化合物的基本性質(zhì)1、利用高分子材料的具有質(zhì)輕、透明的特點可制作視鏡、儀器儀表罩蓋；2、利用高分子材料的導(dǎo)熱性能差，特別是經(jīng)過發(fā)泡成形的塑料、其熱導(dǎo)率與靜態(tài)的空氣相當(dāng)，廣泛用于冷藏、隔熱、節(jié)能裝置和其他絕熱工程；3、利用高分子材料具有彈性的特點，例如橡膠，可做阻尼材料，用于減振、消聲；4、利用大多數(shù)高分子材料具有減摩、耐磨和自潤滑特性，制成可在各種液體（如油、水、腐蝕介質(zhì)等）、邊界摩擦和干摩擦等條件下有效工作的摩擦件。特別是某些塑料，其可貴的摩擦性能為許多金屬耐磨材料所不及，因此常被制成軸承、保持架、活塞環(huán)及動密封磨塊等。7.2.2高分子材料的應(yīng)用

在航空工業(yè)中，腐蝕與防腐是一個重大工程問題，在腐蝕介質(zhì)條件下，一般金屬材料或合金的耐腐蝕能力很有限，特別是對酸、堿、鹽等強腐蝕介質(zhì)，更難以達(dá)到有效的防腐效果。由于高分子材料結(jié)構(gòu)的多樣性和性能的可設(shè)計性，在一定溫度范圍內(nèi)，高分子材料耐酸、堿、鹽介質(zhì)的腐蝕性優(yōu)于金屬及其合金材料，并且可以現(xiàn)場施工，能充分發(fā)揮其他材料不能替補的作用，廣泛用于防腐設(shè)備、管道、管件、襯里、涂層及其他防腐元件。例如利用HD型環(huán)氧煤瀝青漆對航空煤油輸送管道進(jìn)行防腐保護(hù)。

密封材料的用量雖然不多，但卻占據(jù)了很重要的地位。用丁腈橡膠或氯丁橡膠材料制造的各種軸用密封件廣泛地應(yīng)用在有油介質(zhì)的密封上。7.2.2高分子材料的應(yīng)用

特別是近年來，出現(xiàn)了以氟塑料為主制作靜密封或動密封耐腐蝕部件的發(fā)展趨勢，如塑料活塞環(huán)、導(dǎo)向環(huán)等，特別是制氧機、氣體壓縮機上作無油潤滑材料，應(yīng)用效果顯著?？諝鈮嚎s機上使用氟塑料做活塞環(huán)，不會磨損汽缸。耐高溫、高壓的聚酰亞胺及聚苯硫酸的密封環(huán)和含有氟的聚甲醛填料，在循環(huán)壓縮機中應(yīng)用效果也較好。用石墨填充尼龍作密封圈，密封性好，不泄漏油也不易燒壞。盡管由于絕大多數(shù)高分子材料與鋼材相比強度和剛度較低，耐熱能力尚差等原因，作為結(jié)構(gòu)材料使用還不令人滿意，但對一些受力不大的零件，如儀器儀表外殼、蓋板、底座、機械設(shè)備上的手柄、葉片、膨脹節(jié)等零件則可以采用高分子材料制造。相信隨著新型高分子材料的開發(fā)，利用高分子材料作為結(jié)構(gòu)材料是發(fā)展的必然趨勢。7.2.2高分子材料的應(yīng)用7.3航空塑料

塑料是指由高分子化合物（天然或合成樹脂）為基礎(chǔ)組成的具有可塑性質(zhì)的材料。這種材料在加熱、加壓等條件下具有良好的可塑性，可以制成一定形狀的零件。塑料具有許多優(yōu)良的性能，如密度小，比強度高，良好的電絕緣性、絕熱性、隔聲性、吸振性、耐磨性、耐水性和化學(xué)穩(wěn)定性等，而且它的原料來源非常廣泛，又適合大批量工業(yè)生產(chǎn)，制取方便，加工簡單，在航空工業(yè)和宇宙飛行等尖端技術(shù)方面的應(yīng)用越來越普遍，是很有發(fā)展前途的航空工程材料。

1.塑料的基本組成

塑料主要由樹脂、填充劑（填料）、增塑劑、著色劑（顏料）組成，并根據(jù)需要加入適量的穩(wěn)定劑、潤滑劑和阻燃劑等。7.3.1塑料的組成、特性和分類樹脂的來源有兩個方面：一是天然樹脂，是自然界里植物和動物分泌出來的有機物質(zhì)，如松香、蟲膠等；二是合成樹脂，采用人工合成方法制出的、具有天然樹脂性質(zhì)的高分子物質(zhì)。1）樹脂樹脂可將塑料的各部分膠黏成整體，所以又稱黏合劑或黏料，它是塑料的基本組成部分，塑料的性質(zhì)基本是由它的性質(zhì)決定的。

2）填充劑填充劑又稱為填料。含量占50%~70%，從而降低塑料的成本。填料的主要作用是提高塑料的機械強度。有些填料還能賦予塑料耐熱性、絕緣性、減磨性等。常用的填料有木粉、紙、布、亞麻、石棉、石墨、玻璃纖維等。3）增塑劑增塑劑的作用是增加材料的可塑性、柔軟性、彈性、抗振性、耐寒性及延伸率等，但會降低塑料的強度和耐熱性。常用的增塑劑有樟腦、鄰苯二甲酸二丁酯等。增塑劑在塑料中的含量一般是5%~20%。4）抗氧化劑抗氧化劑的作用是增強材料的抗老化能力。常用的抗氧化劑有硬脂酸鹽類及鋁化物等。

此外，為了使塑料具有所需的顏色，還加入著色劑；為了防止塑料在成形過程中發(fā)生黏模的弊病，還加入潤滑劑；為了加速熱固性樹脂的硬化過程，還加入硬化劑。塑料一般可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩類。2.塑料的分類

1）熱塑性塑料熱塑性塑料是以熱塑性樹脂為基礎(chǔ)，加入少量填充劑、增塑劑和著色劑混合制成。這種塑料在受熱時會軟化，冷卻后又會變硬，并可多次重塑，如有機玻璃、聚氯乙烯塑料、尼龍等都是熱塑性塑料。

2）熱固性塑料熱固性塑料是以熱固性樹脂為基礎(chǔ)，加入填充劑、著色劑等混合制成。這種塑料一旦固化成形，即使加熱到接近分解溫度也不會軟化，同時也不能溶解于溶劑中，如酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料等都是熱固性塑料。

1.有機玻璃(代號PMMA)

有機玻璃的主要成分是聚甲基丙烯酸甲酯，另含有增塑劑。聚甲基丙烯酸甲酯是無色透明的高分子化合物。常用的增塑劑是鄰苯二甲酸二丁酯。7.3.2常用的航空塑料1）優(yōu)點有機玻璃具有很好的透光性，能透過99%以上的太陽光；在常溫下具有較大的強度；與普通玻璃相比脆性較小，受振動時不易碎裂；耐腐蝕性和絕緣性良好；容易成形。2）缺點有機玻璃的主要缺點是硬度小，容易磨損劃傷；導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)大；受到溫度、日光和溶劑等的作用時，性質(zhì)會發(fā)生變化。

（1）在溫度變化時力學(xué)性能會變差。隨著溫度升高，有機玻璃的活動能力增大，分子間的引力減小，因此強度和硬度會逐漸降低，而塑性則增大。當(dāng)溫度超過80℃后，有機玻璃很易發(fā)生變形。溫度降低，有機玻璃的脆性增大，受到振動時，容易產(chǎn)生裂紋。（2）在溫度急劇變化時容易產(chǎn)生銀紋。由于有機玻璃的導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)大，當(dāng)溫度急劇變化時，在它的表面層與內(nèi)層之間，往往因為溫差較大，膨脹收縮不一致而產(chǎn)生熱應(yīng)力，使有機玻璃表面出現(xiàn)細(xì)微的裂紋。這些細(xì)微裂紋在日光下或從一定的角度觀察時，呈現(xiàn)銀色光澤，所以通常把這種裂紋稱為銀紋。有機玻璃產(chǎn)生銀紋后，透光性會降低，強度和塑性下降。有機玻璃它在外界因素的作用下性質(zhì)的變化主要有以下幾方面。

（3）在日光作用下會氧化。有機玻璃化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，但受到日光長期的作用后，由于日光中的紫外線能使空氣中的氧分子和有機玻璃的分子變得更活潑，所以也會發(fā)生氧化。有機玻璃氧化后，原來的分子會分解成許多小分子，它的顏色就逐漸變黃，透明度降低。此外，日光的長期照射，還會促使有機玻璃中的增塑劑揮發(fā)，而使它變脆。在溫度較高的情況下，不應(yīng)使有機玻璃受力過大，以防止變形。冬季氣溫低時，由于有機玻璃變脆，應(yīng)注意防止振動。此外，還應(yīng)注意不要使硬物與有機玻璃接觸，以免劃傷。（4）在丙酮、乙酸乙酯等溶劑中會溶解。丙酮、乙酸乙酯（油漆和褪漆劑中常含有此類溶劑）與有機玻璃接觸時，很快就會使有機玻璃表面溶解而變成乳白色，透光性變差。這種現(xiàn)象通常稱為“發(fā)霧”（有時稱為“龜裂”）。所以應(yīng)防止丙酮、乙酸乙酯與有機玻璃接觸。汽油、酒精等對有機玻璃影響較小，但能使它輕微膨脹，也不宜長時間黏附在有機玻璃上。

塑料王即聚四氟乙烯，是氟塑料的一種。氟塑料的優(yōu)點：耐高低溫、耐腐蝕、耐老化、電絕緣性良好，以及吸水性小、摩擦系數(shù)低等性能。在氟塑料中，尤其是塑料王的這些特性最為突出。

塑料王的優(yōu)點：耐高低溫可達(dá)－180℃~260℃，在此溫度范圍內(nèi)零件可長期使用；它幾乎不受所有化學(xué)藥品的腐蝕，不易黏合，不吸水，電絕緣性良好，是現(xiàn)有固體中摩擦系數(shù)最低的。用途：塑料王是航空工程常用的一種塑料。可用作航空軸承、渦輪噴氣發(fā)動機加力燃燒室噴管的操縱系統(tǒng)中的漲圈；可用作電絕緣材料，在航空電器及電子設(shè)備中使用很多；可用來做各種耐腐蝕的零件，如噴氣發(fā)動機的滑油管路、燃油箱的密封墊圈等。2.塑料王(代號PTFE)

聚氯乙烯塑料是在聚氯乙烯樹脂中加入抗氧化劑、增塑劑等制成的。不含增塑劑或含增塑劑很少的稱為硬聚氯乙烯塑料，具有較高的機械強度（相對軟聚氯乙烯而言），良好的耐酸堿性和電絕緣性，易焊接或黏合。其缺點是使用溫度范圍小，其正常工作溫度是－15℃~60℃，主要用作耐腐蝕材料和電絕緣材料。3.聚氯乙烯塑料含增塑劑較多的稱為軟聚氯乙烯塑料，其性質(zhì)柔軟，耐摩擦和撓曲，耐酸堿性、耐油性和電絕緣性也很好。但是由于含有較多的增塑劑使它的分子間距離增大，減少了分子之間的引力，故它的強度、硬度較小。它的耐寒性較差，隨著溫度降低會變脆。軟聚氯乙烯塑料在飛機上常用作電線和電纜的保護(hù)套、液壓系統(tǒng)和冷氣系統(tǒng)的密封墊，以及作為封存或包裝各種航空零件和設(shè)備的材料。由于軟聚氯乙烯塑料在低溫下會變脆變硬，所以電纜保護(hù)套等在冬天應(yīng)注意不要彎曲、折疊，以防損壞。

酚醛塑料俗稱電木，又稱膠木。主要組成是酚醛樹脂，其余是填料和顏料等。酚醛塑料是一種熱固性塑料。4.酚醛塑料優(yōu)點：酚醛塑料有較大的強度，良好的絕緣性，不易受溶劑的侵蝕，能在100℃~130℃溫度下工作，即使在非常高的溫度下也不軟化變形，僅在表面發(fā)生燒焦現(xiàn)象而保持原有形狀。用途：以木粉、云母粉、石英粉等為填料的酚醛塑料，可以在模具內(nèi)壓制成外形復(fù)雜而光亮的零件。主要用來制造飛機上電器開關(guān)裝置，如旋鈕、按鈕、插銷、插座以及手柄、儀表外殼等。以布、玻璃布、紙等纖維材料作為填料的酚醛塑料，其抗彎強度、抗拉強度和沖擊強度等力學(xué)性能都很高，吸振性能也很好。

用途：在航空工程用途較廣，如齒輪、滑輪、發(fā)動機架的緩沖器墊片、飛機操縱踏板、駕駛盤、配電盤、接頭座板、軟油箱槽、電器絕緣件等。以石棉為填料的酚醛塑料有很好的耐熱性、耐磨性和很大的摩擦系數(shù)，用來制造飛機剎車系統(tǒng)零件，如剎車塊。在維護(hù)工作中，應(yīng)注意防止液壓油、滑油等落在剎車塊上，以免使其摩擦系數(shù)減小，降低剎車效果。

成分：環(huán)氧樹脂塑料是向環(huán)氧樹脂（常用的是由環(huán)氧氯丙烷與二酚基丙烷縮聚而成的二酚基丙烷環(huán)氧樹脂）中加入填料制成的一種熱固性塑料。

5.環(huán)氧樹脂塑料

用途：航空工程應(yīng)用較多的是以玻璃纖維為填料的環(huán)氧樹脂塑料（玻璃鋼），其強度大，有良好的絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，吸濕性低，成形收縮率小。環(huán)氧樹脂塑料可用于制造雷達(dá)天線整流罩、翼尖等航空結(jié)構(gòu)零件及絕緣零件等。環(huán)氧樹脂與金屬、木材、陶瓷、橡皮、塑料、玻璃等都有很好的黏接性，所以還用來制造膠黏劑和涂料等。7.4航空膠黏劑

任何型號的飛機上都有需要密封的區(qū)域，例如承受空氣增壓的密封艙，阻止燃油滲漏、氣味竄流、腐蝕性液體侵蝕等結(jié)構(gòu)區(qū)域。作為密封用的封嚴(yán)材料，多為兩種或多種物質(zhì)成分按適當(dāng)?shù)谋壤旌险{(diào)制而成。膠黏劑是一種具有良好黏合性能，能將各種相同或不同的材料牢固地黏合在一起的物質(zhì)。也稱為“黏合劑”，通常稱為“膠”。用膠黏劑進(jìn)行各種材料的連接的方法，稱為“膠接”或“黏接”。膠黏劑已成為實現(xiàn)飛行器零部件連接的重要材料之一，廣泛用于各種接合面的連接，現(xiàn)代飛機的接合面有67%左右是用膠黏劑連接的。

航空結(jié)構(gòu)用膠黏劑都是合成樹脂材料，其組成有以下幾種。

1.樹脂常被用于膠黏劑的熱固性樹脂有酚醛、環(huán)氧、脲醛、有機硅等，常用的熱塑性樹脂有聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮醛、聚苯乙烯等。應(yīng)用較廣的是熱固性樹脂，它的黏接強度較高。為了改善黏接性能，常在熱固性樹脂中再加入熱塑性樹脂或彈性材料（如橡膠）。7.4.1膠黏劑的組成2.固化劑和催化劑

固化劑也叫硬化劑。在膠黏劑配方中，往往加入一定比例的固化劑，使某些線性高分子化合物與它交聯(lián)成體型結(jié)構(gòu)，從而硬化成堅固的膠層。

催化劑也叫促進(jìn)劑。在膠黏劑中加入催化劑是為了加速高分子化合物的硬化過程。3.填料在膠黏劑中，有時加入一定重量的填充物來改善膠的性能，如提高膠層的抗沖擊韌性、強度、耐熱性、黏度等。常用的填料有石棉粉、石英粉、滑石粉、金屬粉等。4.溶劑膠黏劑分為有溶劑型及無溶劑型兩種類型。在溶劑型膠黏劑中，是向樹脂中加入溶劑來溶解黏料、調(diào)節(jié)膠黏劑的黏度，目的是便于施工。5.附加劑某些膠黏劑為適應(yīng)特殊需要，還需加入一些附加劑，如增塑劑、防腐劑、防老劑等。

膠黏劑的應(yīng)用十分廣泛，是因為它具有良好的黏接性能，它不僅可以膠接木材、玻璃、陶瓷、橡膠、塑料、織物、紙張等非金屬材料，而且還能普遍地膠接鋁合金、合金鋼等各種金屬材料。特別是飛機上大量采用復(fù)合材料和蜂窩結(jié)構(gòu)，使膠黏劑的應(yīng)用范圍更加廣泛。7.4.2膠黏劑的特點膠黏劑不僅黏接性能好，黏接強度高，而且還具有密封性、耐水性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性。（1）可以減輕飛機的結(jié)構(gòu)重量，增加航速。如大型雷達(dá)采用膠接，重量可減輕20%；重型轟炸機采用膠接，重量減輕34%。不僅如此，機體表面采用膠接時，表面光滑平整，保證了良好的氣動力外形，有利于改善飛機飛行性能，增加飛機的飛行速度。7.4.2膠黏劑的特點（2）膠接結(jié)構(gòu)強度高，應(yīng)力分布均勻。采用膠接時，整個膠接面都能承受載荷，應(yīng)力分布均勻，因此抗剪強度、抗壓強度和抗疲勞強度都比較高。比如飛機鋁合金蒙皮與長桁膠接壁板比同類鉚接壁板的抗壓強度高出10%～20%。

（3）膠接結(jié)構(gòu)具有密封和防腐作用。飛機上的一些部位都要制造成密封隔艙，對于這些隔艙來說，燃油或空氣被密封住。某些密封艙裝有燃油，某些密封艙是增壓艙，如機艙。由于不能單獨用鉚接達(dá)到密封這些部位，因此必須使用密封劑。采用膠接的結(jié)構(gòu)可以防止水分及其他腐蝕性液體進(jìn)入，起到較好的防腐作用。（4）采用膠接方法，節(jié)省勞動力，降低成本。膠接工藝可同時大面積進(jìn)行，既節(jié)省了時間，又提高了效率。（5）膠接可以在較低溫度（甚至室溫）下進(jìn)行，這樣可以避免熱敏感的部位受到損壞。

缺點：膠黏劑也有一些不足之處，如工作溫度過高會使強度迅速下降；某些膠黏劑容易老化；膠黏工藝復(fù)雜，需加溫加壓，固化時間長；膠接后的質(zhì)量還沒有完善的無損檢驗方法來檢驗等。

常用航空膠黏劑主要是以合成高分子化合物為基礎(chǔ)的膠黏劑?？梢苑譃槿悾?/p>

一是熱固性樹脂膠黏劑；二是熱塑性樹脂膠黏劑；三是合成橡膠膠黏劑。其中以熱固性樹脂膠黏劑應(yīng)用最為廣泛。在飛機機體設(shè)計制造中引進(jìn)膠接蜂窩結(jié)構(gòu)（夾芯結(jié)構(gòu)）是膠接結(jié)構(gòu)形式的一個重大突破。7.4.3常用航空膠黏劑

1.酚醛樹脂膠酚醛膠是以酚醛樹脂為主要成分。酚醛樹脂固化后，性能很脆，只能用來膠接木料、泡沫塑料以及其他多孔性物質(zhì)。7.4.3常用航空膠黏劑飛機上使用的酚醛樹脂膠主要有以下三種。

l）E-5膠由酚醛樹脂、聚乙烯醇縮甲乙醛樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂和丁腈橡膠作為主要原料。具有良好的韌性和密封性，適用于鋁、鋼、銅等金屬之間的連接，也適用于膠鉚方法制造密封的容器。

2）酚醛-丁腈膠（J-03）由酚醛樹脂與丁腈橡膠在有機溶劑中冷混而成。具有良好的耐熱性、耐寒性，優(yōu)異的彈性和良好的黏接性，適用于膠接各種材料或制造蜂窩結(jié)構(gòu)。3）204膠由酚醛-縮醛型膠加有機硅化合物組成。常溫至350℃時都有滿意的強度，彈性不高，適用于鈦合金和硬鋁等金屬材料、蜂窩結(jié)構(gòu)的膠接。

2.環(huán)氧樹脂膠

環(huán)氧樹脂膠俗稱“萬能膠”。由環(huán)氧樹脂、胺類或酸酐（固化劑）、無機填料等按一定的比例配制而成。航空工程常用的環(huán)氧樹脂膠有：自力-3、H-703、HYJ-6三種。

自力-3膠具有優(yōu)良的抗疲勞強度，固化過程揮發(fā)物少。適用于鈑金件、蜂窩結(jié)構(gòu)以及膠鉚等復(fù)合連接；用于鋼、鋁、銅等金屬和部分非金屬材料的黏接。

H-703膠耐老化和耐水性能良好。用于膠接不銹鋼、銅等金屬和玻璃、陶瓷、木材、膠木等非金屬材料。

HYJ-6膠具有良好的耐淡水、海水、乙醇、丙酮、燃油和耐氣性。適用于金屬玻璃鋼的大面積膠接，還適用于膠接木材、玻璃、陶瓷等材料。

3.101膠（聚氨酯膠）

101膠具有良好的黏接性、柔軟性、絕緣性、耐水性和耐磨性。用于鋁、鋼、玻璃、陶瓷、木材、皮革、塑料等材料的膠接，還用作尼龍等織物、皮革、滌綸薄膜上的涂料。7.4.3常用航空膠黏劑

（1）采用膠接的金屬或非金屬構(gòu)件的連接表面必須徹底清洗干凈，以確保黏接表面之間有最大的黏接力，達(dá)到連接強度要求。（2）當(dāng)進(jìn)行修理時，如果使用人工照明，一定要使用防爆型燈。穿上不受褪洗劑和清潔劑腐蝕的工作服，防止化學(xué)藥劑與皮膚接觸，工作區(qū)應(yīng)充分通風(fēng)，當(dāng)在封閉區(qū)工作時，應(yīng)戴上防毒面具。（3）為了確保構(gòu)件表面的連接強度，必須注意膠接時的溫度和固化時間。如對木制構(gòu)件膠接，溫度在21℃情況下搭接中的黏接劑層固化到充足的強度，所需的時間可長達(dá)一周。較高的溫度可大大縮短固化時間。但當(dāng)在21℃以下進(jìn)行膠接固化，連接強度不能得到保證。7.4.4維護(hù)使用中應(yīng)注意的事項

（4）使用中，由于事故或因為施加到膠接部位上過大的機械載荷（或受拉，或受剪），黏接結(jié)構(gòu)可能損壞。由于膠接結(jié)構(gòu)的抗剪切能力較強，所以黏接結(jié)構(gòu)通常被設(shè)計成承受剪切載荷。（5）膠接結(jié)構(gòu)在受日光紫外線的照射，或受到腐蝕性溶劑侵蝕時容易老化，應(yīng)加強檢查。7.5航空橡膠7.5.1橡膠的組成

橡膠分為天然橡膠、合成橡膠兩種。早期使用的橡膠都是天然橡膠，它是從橡膠樹和橡膠草的膠乳中提取的，其主要成分是聚甲基丁二烯。隨著社會主產(chǎn)力的發(fā)展，天然橡膠的產(chǎn)量和性質(zhì)都不能滿足需要。工業(yè)上所使用的橡膠制品，都是經(jīng)過硫化處理，采用人工合成的辦法來生產(chǎn)。所謂硫化，是在橡膠中加入了硫化劑和其他配合劑，通過加溫、加壓，保持一定時間，使線性結(jié)構(gòu)的橡膠分子間形成橫鍵，交聯(lián)成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即體型結(jié)構(gòu)。這樣，橡膠就具有不溶解、也不熔融的性質(zhì)；力學(xué)性能（如硬度和彈性）也有所提高；克服了橡膠因溫度升高而變軟發(fā)黏的缺點，耐熱性、耐寒性和對有機溶劑作用的抗耐性都有提高。

沒經(jīng)硫化的橡膠，一般稱為生橡膠。硫化以后的橡膠稱為硫化橡膠，也稱為橡膠。硫化橡膠的主要成分是生橡膠。另有硫化劑、填充劑、防老劑。

1.硫化劑硫化劑的主要成分是硫。當(dāng)硫化劑較少時（2%～3%），可以得到柔軟富有彈性的軟橡皮；當(dāng)硫化劑較多時（25%～50%），則得到堅硬的硬橡膠。

2.填充劑常用的填充劑有碳黑和氧化鋅等。其作用主要是提高橡膠的強度和耐磨性，同時也能降低橡膠的成本。

3.防老劑常用的防老劑有石蠟和酚等。其作用是使橡膠的老化作用滯緩，從而延長橡膠件的使用壽命。7.5.1橡膠的組成

天然橡膠和合成橡膠都是高分子化合物，它們的分子主要由碳和氫兩種元素組成。橡膠在常溫下有很好的彈性。橡膠的彈性在溫度升高和降低時都會減少，強度也會降低。橡膠在空氣中還易于氧化，橡膠氧化后會變硬變脆或變軟發(fā)黏，彈性顯著下降，這種現(xiàn)象稱為橡膠的老化。7.5.2橡膠的性質(zhì)橡膠除有高彈性的特點以外，還具有良好的絕緣性、耐磨性、密封性、減振性和隔聲性等許多特點。橡膠在性質(zhì)上的缺點，除容易老化以外，天然橡膠的耐油性也很差，在汽油、煤油中會溶解，力學(xué)性能較低。由于橡膠存在明顯的不足，所以不宜直接作承力零件使用。根據(jù)原材料的來源不同，橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠兩類。1.天然橡膠天然橡膠是一種密度為0.9g/cm3的彈性物質(zhì)，生橡膠呈棕色。具有較高的抗拉強度和彈性，具有不透氣和高度絕緣性，能耐水、弱酸和堿。天然橡膠耐熱老化性和耐大氣老化性較差。在50℃~70℃生橡膠便軟化，200℃~230℃便轉(zhuǎn)變成液體。在受日光、干熱空氣作用下，橡膠就會變脆而不強韌。它的耐油性和抵抗有機溶劑的性能也很差，能溶解于汽油、苯和礦物油中（但能耐受植物基油）。此外，它還是一種易燃的物質(zhì)。天然橡膠經(jīng)硫化處理后，其物理性能和力學(xué)性能都得到增強。天然橡膠在航空方面用作氣動和液壓系統(tǒng)的密封、減振零件和墊圈、墊片等。7.5.3橡膠的種類

2.合成橡膠合成橡膠的種類很多。航空工程常用的合成橡膠的組成、性質(zhì)和用途見表7-1（下頁）。

表7-1航空工程常用的合成橡膠

類別組成性質(zhì)用途丁苯橡膠

丁二烯和苯乙烯聚合而成良好的耐磨性、耐熱性和抗老化性外胎，密封和緩沖零件，膠布，膠管丁腈橡膠

丁二烯和丙烯腈聚合而成較高的強度和耐熱性、耐油性耐油零件，密封圈、墊，軟油箱氯丁橡膠

氯丁二烯聚合而成耐氧、耐臭氧、耐油、耐溶劑性好，不易燃燒，密度大，電絕緣性差膠管，膠帶，電纜膠黏劑，油箱保護(hù)套聚硫橡膠

多硫化鈉和二氯乙烷縮聚而成耐油性好，耐老化，氣密性好，強度小，絕緣性差，耐溫性差燃油箱，燃油管，燃油、滑油系統(tǒng)密封件硅橡膠

有機硅聚合物導(dǎo)熱、散熱、耐熱性好，透氣性高，耐寒性較好，電絕緣性好絕緣件、密封件、膠黏劑氟橡膠

偏二氟乙烯和全氟丙烯的共聚物較高的耐熱、耐油、耐有機溶劑、耐化學(xué)藥品性能，耐氧和大氣老化性好，力學(xué)性能差，耐寒性差特種電線、電纜護(hù)套，適用于高溫、有機溶劑