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胶粘剂的功能化及应用要求分析三

4 飞机结构粘接—使用的耐久性

飞机结构粘接是在接头形式、受力状况、被粘材料以及使用氛围等方面非常复杂的一种粘接，它对胶粘剂的性能要求高、内容多，随着航空工业的发展，要求还在变化，内容继续增加，而且要求更加苛刻。航空结构胶的发展几乎包含了高性能化、功能化的全部内容。由于其应用的特点，又提出了更为重要的使用耐久性的要求，使得其功能化向更高的目标前进。航空结构胶的发展，大致可以分为4个阶段[11，12]。

第1阶段(20世纪初～30年代末)—性能改进阶段这个阶段主要使用天然胶，莱特兄弟第1架飞机木材和纺织物的粘接，用的就是动物蛋白基胶。该胶耐湿性不好，后来换成乳基酪素胶，虽耐湿性有所改进，但在潮湿气氛中，时间一长就会失效。1931年福克飞机的坠落，标志这个阶段的结束。想用天然胶解决耐湿等性能问题，走进了死胡同。 第2阶段(第2次世界大战～20世纪70年代初)—高性能化、功能化阶段

这个阶段由于合成高分子科学技术的进步，为胶粘剂性能提高创造了有利的条件。而胶粘气缸活塞剂的高性能化与功能化，满足了使用中各种高性能要求，完成了胶种从天然胶到合成胶的转变；被粘材料由木（3）钢丝材、钢铁向铝合金、复合材料的转变；粘接结构由单纯的板金到板金与蜂窝夹层板复合结构、由有孔峰窝向无孔蜂窝的转变。结构胶的类别与系列逐步增加，基本满足性能要求。这时耐久性的解决便提上了日程。

第3阶段(70年代初～80年代末)—解决使用耐久对夹球阀性—高功能化阶段

早期飞机结构粘接一直对耐久性没有引起注意。第1阶段的莱特兄弟飞机，虽然动物胶耐水性差，但当时飞行时间短、而且在天气好的时候才飞行，UD带的另外一重要利用是热塑性复合材料的管道(简称“TCP”)问题未被发现。福克飞机的坠毁笼统地说是木结构的破坏，是木材破坏，还是胶接破坏?不得而知。第2阶段的第一架喷气式客机重大事故—德哈威兰慧星号飞机坠毁，它是用合成弹性体改性酚醛进行主承力结构胶接的，当时认为事故原因是此胶耐久性不好。然而，后来证明事故是金属疲劳造成的，而此类胶耐久性还相当不错。因为当时表面预处理方法所形成的氧化层的较薄弱，所以早期环氧—铝胶接结构耐久性差，而且在湿气与循环负荷下，许用应力明显下降。人们从中获得启示：解决胶接问题，不能只孤立地考虑胶粘剂的性能，要把胶接接头作为一个体系，综合各种性能要求，使其接受耐久性考验。这个阶段航空结构粘接的最大成就是，波音公司铝材表面磷酸阳极化预处理方法的引入和美国空军主承力胶接结构技术(Primary Adhesively Bonded Structure Technology，缩写为PABST)计划的实施。PABST计划依据上述观点，在磷酸阳极化工作的基础上，首先在胶粘剂制备技术上加以改进，再在多家试验室中予以证实，最后转入机身全尺寸段件试验，进行了包括湿热环境条件下低频循环实验在内的大量、反复及综合研究，最后取得成功。其意义在于：为铝材获得最高耐久性指明了方向；推动了机身结构在成本、重量、完整性与耐久性等综合性能的改进；成功地研制了一系列耐久性好、与铝板金和蜂窝夹层结构相匹配的胶粘剂；为其他如钛合金、树脂基复合材料等用胶粘剂的开发开阔了思路。

第4阶段(90年代～现在)—解决与环境相容性—高功能化、智能化阶段

PABST计划在航空航天用胶粘剂发展史上具有重要意义，为胶粘剂在此领域的应用奠定检查3、拉力实验机量程不够了坚实的基础，但近年来胶粘剂技术发展并没停止。如果说上一阶段是以接头为体系考虑胶粘剂性能提高的话，这个阶段之主要是以整机为体系来考虑胶粘剂高性能化与功能化的。以战机为例，喷式战斗机已发展到第4代，其设计思想发生了很大变化，空战样式从尾追攻击、近距离格斗发展到全面攻击、中距离作战。第4代战机如F—22要求高机动性、隐身性、超音速巡航，高可靠性和长寿命。这对当年“更高、更快、更远”(higher，faster and farther)目标提出了更新的要求与内容，胶粘剂高性能化与功能化必须与之相适应；另外，从节约军费和可持续发展战略出发，美国空军在原高性能要求的基础上，又提出了“更久、更廉、更绿”(older，cheaper and greener)的要求[13掌上电脑]。因此，近年来除应用胶种和性能更优异的胶粘剂不断出现外，环境相容(environmentallyfriendly)胶粘剂的开发也有了新进展。例如，不含石棉、亚甲基双(4—苯胺)等致癌可疑物质的高温胶已研制成功，而溶剂型底胶正向低羽绒服VOC底胶或无VOC的无机底胶和水基底胶方向发展[14]。正在酝酿中的第5代军机为智能化的飞机，要采用精巧设计与材料，航空用胶也要随之发展。

5 智能化—功能化的发展

(1)智能化的提出

粘接应用由简到繁、性能要求由低到高，胶粘剂随之也从高性能化向功能化发展。在功能化过程中，目前有一种新的功能非常引入注目，这就是生物材料具备的特殊优异功能。一般材料在负荷和外界因素长期作用下只会性能下降、劣化，无修复、再生的能力，而生物材料却有此功能。工业上称赋有此功能的材料为智能材料(Intelligent material)，其“智能”是通过三个互相联系的部分实现的：感知外部影响的传感器(sensor)部分，相当于生物的知觉神经，具判断功能；将其做出正确判断和适当处理的处理器(Processor)部分，相当于脑部，具判断功能；起恢复、再生作用的执行器(Actuator)部分，相当于生物肌肉骨骼，具应答功能。三者互相作用，形成其智能。胶粘剂作为材料之一，所以对生物所具备的这种功能感兴趣，要求智能化，是因为其在粘接过程中遇到了难以解决的问题。

粘接作为连接方式，较之螺接、铆接等机械连接方式有许多优点：连接勿需附加物，结构紧凑，表面美观，且有密封性能，广泛应用于轻量制品的装配之中。但其有两大缺点：一是粘接破坏，通常产生于胶层应力集中的部位，而且一旦破坏就不能停止，一直延伸下去；再一是粘接完成后就不能将其剥离、解体，即无粘接的可逆性。这两个问题不解决，粘接的应用与推广就受到限制，而其解决则寄希望于智能化。

(待续)

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