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孙丽荣(黑龙江省石油化学研究院，黑龙江省哈尔滨市 150040)     0 前言     C／C复合材料是随着航空、航天技术的发展而发展起来的，C／C复合材料的粘接技术也是同时开始研究的。由于C／C复合材料表面极性低，属于难粘材料，有关其粘接机理以及所使用胶粘剂结构演化行为的研究虽然有文献介绍，但主要集中在高温氮气条件下固化后的粘接性能和耐热性能。而在现有常规工艺条件下粘接C／C复合材料的中温固化耐高温胶粘剂还没有相关报道，对于胶粘剂粘接C／C复合材料的粘接接头表界面形貌和元素组成随温度及湿度变化行为，以及水分在粘接接头扩散行为的研究也没有相关报道。     1 C／C复合材料在航空、航天领域的应用     C／C复合材料是由碳纤维和碳基体复合而成，它既保持了碳纤维和碳基体二者的优点，又克服了二者的缺点。同其它碳素材料相比，C／C复合材料具有较高的强度和模量，一般C／C复合材料的弯曲强度介于150~1400MPa之间，而弹性模量介于50~200MPa之间。C／C复合材料热膨胀系数低，高温尺寸稳定性好、热应力小，在1627oC高温下仍保持其力学性能。C／C复合材料还能承受极高的温度和极大的加热速率，因此C／C复合材料的表面烧蚀温度极高，它是目前所知的惰性气氛下最为理想的耐高温结构材料。C／C复合材料的发展是和航空、航天技术的发展密切相关的，其中细编穿刺C／C复合材料作为一种新型耐高温材料，还具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐热冲击、耐腐蚀和吸振性好等～系列优异性能。这种材料随着温度的升高(可达2200~C氮气条件)其强度不仅不降低，甚至比室温还高，这是其它材料所无法比拟的独特性能。     C／C复合材料的应用范围越来越宽，消费量日益扩大。但仍有一些问题需进一步改进和提高，比如：C／C复合材料与自身以及其它材料的连接问题，如果采用机械连接，虽然耐热性能好，但工艺复杂，容易产生应力集中，而且重量大，造成可靠性能和有效载荷下降；而采用粘接技术，虽然工艺简单、耐久性能优异、重量轻、但耐热性能较差。由于C／C复合材料主要用于瞬间耐热，因此采用瞬间耐高温材料进行粘接，可以克服以上缺点，简化制造工艺、提高有效载荷，从而满足航天器对C／C复合材料连接的技术要求。因此C／C复合材料的粘接对于航空、航天领域显得尤为重要。     2 C／C复合材料粘接用胶粘剂的选择     耐高温胶粘剂目前没有严格的界限，一般在200~C以上长期使用的胶粘剂，通常被称为耐热胶粘剂，一般的聚合物胶粘剂最高使用温度仅350oC，温度再高只能短期或瞬间使用川。而无机胶粘剂耐热温度虽然很高，但粘接强度和耐久性能很差，无法用于结构粘接。各种胶粘剂长期使用温度如下： 1O00~C——无机／有机杂化胶粘剂(瞬间耐高温)； 800~C— —无机胶粘剂； 4oocI=—— 酚醛树脂改性有机硅聚合物； 350~C——聚苯并咪唑、聚酰亚胺； 3oocI=——有机硅聚合物、双马来酰亚胺； 20o℃一一环氧树脂、缩醛或橡胶改性酚醛树脂。     其中有机硅聚合物、酚醛树脂、聚苯并咪唑和聚酰亚胺作为耐热性能优异的高分子材料翻，广泛用于耐热材料的粘接。有机硅聚合物由于固化温度较低，并具有良好的韧性，主要用做密封胶粘剂；聚酰亚胺由于耐热老化性能优异，粘接强度较高，主要用于航空、航天领域的耐高温结构粘接 ；酚醛树脂由于含有大量苯环，高温下可以碳化形成石墨化层和碳化层，因此瞬间耐热性能优异，在航空、航天瞬间耐热胶粘剂领域得到广泛应用；而聚苯并咪唑虽然耐热性能优异，但制备工艺复杂、成本过高、粘接强度过低，工艺性能差，在胶粘剂领域已经不再使用141。 ．     C／C复合材料由于具有良好的耐热性能和力学性能，因此所选择的胶粘剂也同样要求具有与之相匹配的良好耐热性能和力学性能，以克服外界各种破坏作用。此外航天、航空器还要求粘接部件长期贮存性能基本不变，所以胶粘剂还要具有良好的耐久性能，保证长期贮存条件下，性能下降符合可靠性要求。     由于C／C复合材料的制造难度大，应用部位大多结构复杂，并处于高温和振动环境中，其最高温度可以达到几百度甚至上千度。此外由于导弹等航天器还要求在多变的气候和环境下长期储存而性能不变，例如：高纬度寒冷的冬季、低纬度炎热的夏季和潮湿的雨季；以及在舰船上长期贮存，受到盐雾腐蚀、高湿热和低振动等破坏作用。如果采用机械连接容易造成应力集中，耐久性能下降，而且还会使结构重量增大，降低有效载荷。所以只有采用胶接技术，才能基本满足使用和贮存要求。这就要求所使用的胶粘剂不仅要具有良好的耐高温性能，特别是瞬间耐高温性能(耐热700~C以上)，满足C／C复合材料粘接技术要求；还要求胶粘剂具有良好的韧性和耐久性能，从而保证粘接接头在长期盐雾、湿热、疲劳和冷热交变环境条件下贮存而性能不变。此外胶粘剂还要具有良好的贮存性能和工艺性能，特别是满足在不同温度和时间，以及简单的操作环境下可以正常进行粘接，而且固化温度不很高、固化时间不很长，不会造成C／C复合材料或其它粘接材料由于高温受热，使结构和性能发生变化；以及粘接时不需要预先配胶、涂胶和烘干等工序，例如：将胶粘剂制备成膜状，贮存数月性能不变，粘接时被粘接部件贴上胶膜就可以直接加压升温固化，这样可以简化制造工艺、降低成本、满足对多种材料粘接工艺的要求。 第 1/3 页　首页　下页　尾页 中国艺术涂料网“转载文章，请注明：文章来源中国艺术涂料网”