米南
航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150000
摘要：运载火箭、卫星、飞船等航天器的各种结构部件广泛采用轻合金、蜂窝结构和复合材料，因此胶黏剂密封剂及胶接技术在航天产品上扮演着十分重要的角色。对航天产品用胶黏剂密封剂的特殊要求及热防护层粘接剂、防热密封剂、耐低温胶黏剂、耐空间环境胶黏剂、功能性胶黏剂和复合材料结构胶黏剂等高性能胶黏剂密封剂的性能及其在运载火箭、卫星、飞船和空间站等航天产品上的应用进行了综合评述。
关键词：胶黏剂；密封剂；粘接；航天；应用
1前言
胶黏剂密封剂及胶接技术在发展的同时也在向其它连接技术渗透，形成了形式多样优势互补的混合连接，如胶接与铆接复合、胶接与螺纹连接复合等，以实现连接的多种功能。近60年来，航天材料及工艺研究所在高性能树脂、特种胶黏剂及胶接技术领域开展了大量研究工作，研制了百余种特种胶黏剂密封剂，主要有聚氨酯类、酚醛树脂类、环氧树脂类、有机硅类、丙烯酸酯类、有机硼类等，其中绝大多数已应用于我国运载火箭、卫星及飞船等航天产品。
2航天产品对胶黏剂密封剂的特殊要求
运载火箭、卫星、飞船等航天器上使用的胶黏剂密封剂与一般工业领域不同，行业标准高、要求严、使用环境苛刻，要经历发射环境、空间轨道环境、再入环境等，承受高温、烧蚀、空间温度的急剧变化、高真空、超低温、热循环、紫外线、带电粒子、原子氧等特殊环境的考验。因此往往对胶黏剂密封剂等有一些特殊的要求，主要可归纳为：（1）瞬时耐高温及耐烧蚀：飞行器再入大气层的环境特点是瞬时高焓、高热流、高温，胶黏剂要以满足耐高温烧蚀性能为主。对长时间、高焓、低热流的情况，则以满足高温绝热性能为主。（2）耐超低温耐特种介质：液氢液氧是目前常用的火箭推进剂，与其相关部位的粘接密封用材料必须满足-253℃下的使用要求，与其接触的部位还要满足与推进剂的相容性要求。（3）耐空间环境：主要包括空间温度的交变、高真空、紫外线、带电粒子、原子氧等对胶黏剂密封剂的影响。（4）多功能化：随着对航天产品要求的不断提高，航天产品对胶黏剂密封剂的多功能要求愈来愈高，如在满足粘接密封性能的同时，要具有导电、绝缘、导热、阻尼、电磁屏蔽、高介电等功能。（5）良好的密封性能、工艺性能和高可靠性。
3高性能胶黏剂密封剂的性能及其在航天产品上的应用
3.1热防护层粘接胶黏剂及其应用
航天飞行器在高速飞行过程中与空气摩擦产生高温，因此其结构壳体表面通常带有防热层。由于防热材料与结构材料线膨胀系数的差异，必须采用胶黏剂粘接的方式连接结构壳体与防热层。同时，再入飞行器需要承受一系列特殊的环境条件，因此要考虑粘接体系的应变能力。为此研制了具有触变性能，适于大部件之间套装粘接的HYJ-16环氧树脂胶黏剂，适于一般零部件粘接的流动型胶HYJ-4和适于缝隙填充的HYJ-40环氧树脂胶黏剂，可室温固化，具有三防性能，贮存寿命10年以上。研制的HYJ-29橡胶改性环氧胶黏剂，中温固化，在110℃下可安全使用，耐老化性能优异。研制的环氧聚酰胺型胶黏剂，室温固化，在120℃下可安全使用。研制的柔性多功能胶黏剂，具有隔热、粘接、低密度等多重功能，很好地满足了产品的需求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆返回式卫星要经受“轨道运行段”高真空及高低温交变等轨道环境的考验和“再入段”长时间的低热流冲击，要求胶黏剂不仅具有一定的粘接强度和室温固化的特性，而且还必须具有良好的柔性和在高低温范围内足够的伸长率，以便调节结构层和防热层之间由于线膨胀系数不同而引起的应力。研制了室温固化硅橡胶胶黏剂GXJ-34,室温剪切强度4.8MPa,不均匀扯离强度22.4kN/m，-150℃下剪切强度29.8MPa。
3.2防热密封剂及其应用
飞行器各部件的连接处以及部件上的窗口等需解决局部防热和密封粘接问题。研制了中温固化FHJ-5酚醛树脂胶黏剂，粘接玻璃纤维/酚醛复合材料时，300℃下剪切强度≥20MPa，短期耐温可达500℃；粘接45号钢时使用温度为230℃；烧蚀模拟试验表明，其胶缝不裂不凹，与壳体烧蚀同步。某些航天产品的局部区域需要防热密封粘接，由于材料间的线膨胀系数相差达数十倍，这时大多采用耐烧蚀性能良好的GXJ系列硅橡胶胶黏密封剂，
3.3耐低温胶黏剂及其应用
目前国内用于航天产品且可在-253℃下使用的低温胶黏剂主要有,由航天材料及工艺研究所研制的用于运载火箭液氢液氧贮箱共底和绝热层粘接的NHJ-44胶、聚氨酯改性环氧胶、与聚酰亚胺和铝贮箱膨胀系数相匹配的DWJ-46胶等。其中NHJ-44胶与美国联邦规范MMM-A-132Al型结构胶的性能指标完全一致，其工作温度范围-253~82℃，工艺性好，可制成薄膜。该胶黏剂室温下剪切强度在40MPa以上，-196℃下剪切强度20MPa以上。还有用于氢氧发动机表面温度传感器粘接的低温导热绝缘胶,其热导率为0.63~0.7W/m·K。采用DWJ-46胶黏剂，并对其粘接系统和粘接工艺进行适当的调整和改进后，在-253~-196℃温度下的粘接强度明显提高，其破坏模式从粘附破坏变为内聚破坏，粘接的试件经过一系列地面试验的考核，粘接的产品则通过了一系列地面试验和大量飞行试验的考核。航天材料及工艺研究所研制的低温改性环氧胶黏剂在室温、液氮及液氢温度下的剪切强度均超过17MPa,室温下断裂伸长率大于16%，液氢液氮温度下的断裂伸长率大于8.2%，具有良好的韧性。经历10个室温至液氮的温度循环试验不开裂不脱粘，可以在液氢液氧温度下使用。此外，上海华谊树脂有限公司的DW-1聚醚聚氨酯胶、DW-3四氢呋喃聚醚环氧胶也可应用。卫星在轨道运行期间舱内必须保持一定的压力，以保证各种仪器仪表正常工作。单纯采用橡胶“O”型圈进行密封，有时会出现微少泄漏，而采用涂敷GXJ-33胶黏剂与上述“O”型密封圈结合使用后，低温下密封性能良好，甚至在“O”型密封圈受损被压断及挤出的情况下，仍可保证密封性能良好。
3.4空间级胶黏剂及其应用
国外从1960年末就已开始使用加成型硅橡胶作为卫星太阳能电池的胶黏剂,并已逐渐代替缩合型硅橡胶。其中最有代表性的产品有美国的DC93-500和德国的RTV-S691与RTV-S695，其最大特点是热真空失重低,其中DC93-500为0.22%,RTV-S695为0.23%,RTV-S691为1%[15]。中国科学院化学研究所较系统地开展了这方面的研究工作,现已研制出6种具有低热真空失重的加成型和缩合型空间级硅橡胶（其真空热失重为0.1～0.3%）并已得到应用。空间级加成型室温硫化硅橡胶KH-SP-B具有低的热真空失重,在125℃，24h,1×10-10MPa下的热真空失重可小于0.3%，高的粘接强度,与金属及聚酰亚胺等的粘结强度可达到2MPa以上，高的热稳定性能,分解温度可达524℃，优异的低温性能,脆性温度为-114℃，良好的电性能,体积电阻率可达1.3×1016Ω·cm。
4结束语
随着我国国民经济的迅速发展和经济实力的增强，载人航天、探月工程等重点工程的开展需要众多新材料的支撑。胶黏剂密封剂及胶接技术在结构轻质化的过程中尤其独特的优势，工艺性好，可功能化，适合于制备结构复杂的零部件，尤其适合批量生产，加工成本低，已经开始在航天工业领域得到愈来愈广泛的应用，且应用于许多主承力结构件。
参考文献：
[1] 赵云峰.高性能黏弹性阻尼材料及其应用[J].宇航材料工艺，2009(05)
[2] 赵云峰.航天特种高分子材料研究与应用进展[J].中国材料进展，2013(04)
[3] 叶青萱.聚氨酯胶黏剂技术(一)[J].化学推进剂与高分子材料，2016(01)
论文作者:米南
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2019/1/2
标签：粘接论文; 航天论文; 室温论文; 性能论文; 密封剂论文; 防热论文; 强度论文; 《防护工程》2018年第28期论文;