室温固化复合材料结构件胶接修理用J—135胶粘剂

材料以其高的强重比和高性能成为航空、航天高性能武器装备广泛使用的结构材料之一。但复合材料没有金属材料一样良好的延展性 ，材料表面光滑且内聚强度较低。应用中由于型面配合间隙较大和接头形状多变，使其与其他材料或零件的联接特别是胶接以及复合材料构件各种缺陷的修复出现很大困难 。为此，国内外开展了不少研究工作[1，2]。

为了满足复合材料结构件的胶接与修理要求，胶粘剂应具有以下性能：1）室温下可充分固化（不需要加热后处理）；2）具有足够高的强度；3）胶粘剂室温下具有较好的流动性；4）胶粘剂的胶粘强度对胶层厚度不敏感，即胶粘剂在较厚的胶层下仍然具有高强度；5）耐久性能应满足结构型胶粘剂的总体要求。

本文研制的J-135室温固化厚胶层高韧性环氧树脂结构胶粘剂的各项性能可以满足以上要求 。该胶粘剂是双组分改性环氧树脂糊状胶，在胶层厚度达到1.6 mm时仍具有较好的性能，适用于金属、陶瓷、玻璃、复合材料的粘接与修补，对固化时不能加压、配合间隙较大或不规整的表面有良好的粘接效果，可在-55～80 ℃长期使用。其性能完全可以与美国Hysol公司EA9309.3N/A室温固化高强度环氧胶相媲美。

1 实验部分

1.1 实验原料

E-51环氧树脂，蓝星树脂厂；改性环氧树脂，自制；CTBN端羧基液体丁腈橡胶，兰州化学工业公司；多醚胺、DMP-30，市售；N-氨乙基哌嗪，AR，市售；KH-560，无机填料，市售；颜料，市售。

1.2 制备工艺

J-135胶粘剂的甲组分由E-51 环氧树脂、改性环氧树脂、CTBN端羧基液体丁腈橡胶、KH-560、无机填料等材料合成；乙组分由多醚胺、N-氨乙基哌嗪、DMP-30、颜料等材料合成。

使用时，2组份按m甲组分：m乙组分=100：23配制。固化条件为：（25±2）℃/7 d。

1.3 检验方法

剪切强度：按GB/T 7124—1986测试（胶层厚度为1.0 mm）。

剥离强度：按GB/T 7122—1996（浮辊法）测试。

黏度：采用NDJ-1旋转黏度计测定。

2 结果与分析

2.1 外观与黏度

甲组分：白色黏稠糊状液体，（23±2）℃下黏度为5 000 Pa·s；

乙组分：蓝色稀液，（23±2）℃下黏度为0.25 Pa·s。

2.2 剪切强度

用国产LY12CZ 铝合金试片，按国标进行测试，胶层厚度为1.0 mm，经室温固化7 d 后，各温度下J-135胶粘剂的剪切强度见表1。

用进口2024PC/T3铝合金梳状试片，按法国宇航公司标准IGC 04.26.101之11进行测试，胶层厚度为1.6 mm，经室温固化7 d 后，各温度下J-135胶粘剂的剪切强度见表2。

2.3 浮辊剥离强度

用国产LY12CZ 铝合金试片，按国标进行测试，试件的薄板厚度为0.3 mm，厚板厚度为3.0 mm，胶层厚度为0.15 mm，经室温固化7 d 后，室温下J-135胶粘剂的浮辊剥离强度为54.7 N/cm。

用进口2024PC/T3 铝合金试片，按法国宇航公司标准IGC 04.26.101之13进行测试，胶层厚度为0.15 mm，经室温固化7 d 后，室温下J-135胶粘剂的浮辊剥离强为85.2 N/cm。

2.4 湿热老化试验

按Z9-1277胶粘剂湿热老化试验方法进行。采用国产LY12CZ 铝合金试片试验，试件经过RH 100%，70 ℃/30 d的湿热老化试验后，剪切强度的下降率≤20.2%。

按AIR 4108规定的湿热老化试验方法进行。采用进口2024PC/T3铝合金试片试验，试件经过同样条件的湿热老化试验后，剪切强度的下降率≤15.9%。

2.5 耐碳氢化合物燃油试验

按Z9-1403胶粘剂耐液体浸泡试验方法进行。采用国产LY12CZ 铝合金试片试验，胶层厚度为1.0 mm，试件经过40 ℃/90 d的连续浸泡试验后，80 ℃的剪切强度的下降率为-4.2%，即，比浸泡前上升4.2%。

按AIR 4108胶粘剂耐液体浸泡试验方法进行。采用进口2024PC/T3 铝合金试片试验，胶层厚度为1.0 mm，试件经过40 ℃/90 d的连续浸泡试验后，80 ℃的剪切强度的下降率为-29.3%。

2.6 耐航空液压油试验

按Z9-1403胶粘剂耐液体浸泡试验方法进行。采用国产LY12CZ 铝合金试片试验，胶层厚度为1.0 mm，试件经过70 ℃/90 d的连续浸泡试验后，80 ℃的剪切强度的下降率为-8.5%。

按AIR 4108胶粘剂耐液体浸泡试验方法进行。采用进口2024PC/T3铝合金试片试验，胶层厚度为1.0 mm，试件经过70 ℃/90 d的连续浸泡试验后，80 ℃的剪切强度的下降率为-26.8%。

2.7 贮存期试验

将J-135胶粘剂的甲、乙组分按规定包装后分别置于20～32 ℃的室温环境下贮存6个月，其强度实验结果见表3。

由表3可以看出，J-135胶经过20～32 ℃室温环境6个月的贮存 ，其剪切强度下降率小于20%，仍能满足设计要求；

将J-135胶粘剂的甲、乙组分按规定包装后分别置于0～5 ℃的环境下贮存1年，其强度实验结果见表4。

由表4可以看出，J-135胶经过0～5 ℃低温环境1年的贮存 ，其剪切强度仍能满足设计要求。

2.8 复合材料试件的胶接

采用3 mm厚环氧基碳纤维复合材料制成的标准试片，分别以常规胶层厚度和1.0 mm胶层厚度胶接，测定室温和80 ℃的剪切强度。所得结果均为：试件破坏，常温剪切强度不小于17 MPa；80 ℃剪切强度不小于10 MPa。

2.9 实际应用

用户对J-135胶进行入厂检验并与进口的EA9309.3N/A胶粘剂的综合性能对比，测试数据见表5。

3 结论

J-135 室温固化胶粘剂室温条件下可充分固化，综合性能优异、批次稳定。其剪切强度、浮辊剥离强度，耐70 ℃湿热老化性能均高于进口的EA9309.3N/A胶。

J-135 室温固化胶粘剂具有在厚胶层状态下仍保持高强度的特点，因而可广泛应用于型面结构复杂、配合间隙较大、不能加热固化、固化时不能加压的超大型部件的结构性胶接。多年来经各用户使用，获一致好评。

参考文献

[1]International Plastics Selector Adhesives Digest[M].Edition 7.A Product Group of DATA BISINESS PUBLISHING，1993.

[2]孙韶渝. 室温固化耐高温复合材料结构修理用DG-8灌注胶的研制[C]//首届全国特种胶粘剂行业研究和应用研讨会论文集.2005： 101-102.

Abstract：In this paper， J-135 room temperature curable structural adhesive was introduced which was made from epoxy resins and polyamine and packaged with two parts. The main characteristic for this adhesive was a double toughening system in the adhesive， i.e. the epoxy resin part was toughened with the CTBN liquid rubber and the amine curing agent used in the curing agent part was a polyamine with some ether bonds. After full time curing， this adhesive would still keep a higher tear strength even as it was a room temperature curable， two part， liquid epoxy resin adhesive. Since this adhesive has so many excellent properties， it has been applied in the manufacture of airplane composite wings and repairing the carbon black composite parts.

Key words：epoxy adhesives； room temperature curable； double toughening mechanism； thick adhesive layer with high-strength

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