胶黏剂在航空航天方面的应用

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一、引言
        随着航空航天工业的发展，先进飞机、运载火箭和导弹、卫星等的高性能、高可靠性和低成本，很大程度上是由于新材料和新工艺的广泛应用。先进复合材料是航空航天高技术产品的重要组成部分，它能有效降低飞机、运载火箭、导弹和卫星的结构重量，增加有效载荷和射程，降低成本。国外各类航空航天器结构已经广泛采用了先进的纤维增强树脂基复合材料，其中应用最多的是碳纤维增强环氧树脂复合材料。目前，先进复合材料已经取代了铝合金，成为现代大型飞机的首要结构材料。

        目前，国内在环氧树脂增韧、增强研究方面取得了很大进展，但仍存在一些问题。如用反应性液态聚合物和热塑性树脂增韧环氧树脂，可使冲击强度成倍地提高，但模量、耐热性能、拉伸性能均有所下降；用热致液晶改性环氧树脂虽然在增加韧性的同时，保持了其它力学性能和耐热性，但其合成和原料来源困难，造价昂贵，且热致性液晶的热变形温度很高，难与通用型基体聚合物匹配，加工成型困难。因此，今后环氧树脂增韧增强的研究可从以下几个方面着手：
（1）合成和寻找新的具有优异力学性能，能与环氧树脂很好相容且能在环氧树脂中分散良好的增韧增强材料。
（2）寻找新的制备方法，使改性剂和环氧树脂成型、加工方便，改性易于进行。
（3）拓宽环氧树脂研究和应用领域，使改性环氧树脂真正得到广泛的实际应用。
        双马来酰亚胺是由聚酰亚胺树脂派生的一类具有双活性端基的化合物，在加热或催化剂作用下可以交联固化。具有优异的耐热性、电绝缘性、透波性、阻燃性、耐候性，良好的力学性能和尺寸稳定性。其成型工艺类似于环氧树脂，原材料来源广泛、成本低廉。作为先进复合材料的树脂基体、耐高温绝缘材料和胶粘剂等，双马来酰亚胺广泛应用于航空航天、机械电子、交通运输等工业领域。但是，目前商品化的双马来酰亚胺还存在着熔点高、溶解性差、成型温度高、固化物脆性大等缺点。对双马来酰亚胺的改性主要是在不降低其优良耐热性的前提下，尽量降低熔点和成型温度，改善溶解性、加工性能和韧性等。
        氰酸酯树脂具有优良的力学、耐热、耐湿热和介电性能，其介电常数和介电损耗在比较宽的温度（-50℃～230℃）和电磁波频率范围内变化较小，主要用于高性能印刷电路板基材和先进战斗机雷达罩树脂基体。20世纪80年代开始应用于雷达天线罩。如BASF公司的一种以氰酸酯/石英纤维复合材料做成的天线罩，比环氧树脂制备的天线罩介质损耗小3倍，介电常数降低10%，吸湿率更小，湿态介电性能更优。但氰酸酯树脂存在固化后脆性较大的缺点，可以通过共混和共聚来改善。共混改性主要是在氰酸酯树脂中加入少量橡胶或高性能热塑性树脂；共聚改性主要是用环氧树脂、双马来酰亚胺或带不饱和双键的化合物等与氰酸酯树脂进行聚合反应来改善。
         聚酰亚胺树脂（PI）是近年来研究最多的耐高温树脂，其在很宽的温度和频率范围内仍能保持较高的介电性能。PI复合材料的力学强度相当于或超过环氧复合材料，是一种理想的高性能导弹天线罩材料。其缺点是固化困难，常需高温高压和复杂的升温程序；由于反应生成的水或溶剂的存在导致孔隙率较高，从而引起吸潮，使电性能降低。典型代表是PMR型PI，第一代PMR型PI的代表有美国的PMR-15、Larc-RP-46和国内的KH-304、LP-15等，可在316℃下长期使用；第二代PMR型PI的代表有美国的PMR-Ⅱ-50、V-CAP-75、AFR-700B和国内的KH-305、KH- 307、KH-320B、KH-330、KH-310- 10、MPI等，可在370℃下长期使用；第三代PMR型PI的目标是长期使用温度达到426℃以上。
        美国用PI复合材料制作航天发动机的涡轮叶片，B-2隐形轰炸机的机身基材；在航天飞机轨道器上用GR/ PI代替铝制主结构件，可以减重1.5 万磅以上；石墨纤维增强PI复合材料具有优异的耐高温性能和力学性能，以及优良的介电性能，可作为高速巡航导弹的雷达天线罩；可用添加重金属粉末的PI制造用来保护鼻锥、舵面和航空电子设备的辐照防护罩。PI以多种形式得到了广泛应用。PI树脂用作先进复合材料的树脂基体，可用于制备绝缘漆、耐高温涂料、耐高温胶黏剂和密封剂、耐高温工程塑料；PI薄膜可用作电机绝缘及电缆绕包材料，柔性印刷线路板、太阳能电池底板及耐高温衬底等；PI纤维可用作先进复合材料的增强剂、高温过滤材料及防弹防火织物；PI泡沫塑料可作用耐高低温隔热和吸音材料。
       高性能热塑性树脂主要包括聚酰胺类、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜类、聚苯硫醚和聚醚酮类等树脂。该树脂不仅使材料的耐热性能得到极大提高，也使以该树脂为基体制作的复合材料的力学性能得到提高。热塑性树脂具有加工周期短、高韧性、可修复、易于二次成型和可长期储存等特点，应用范围在逐步扩大