根據不同的使用要求,航天儀器的結構可以多種多樣。在很多部件中,由於使用鋁合金、不銹鋼、工程塑料、應時玻璃等特殊材料,不適合使用焊接、鉚接、螺紋連接等連接方式,有些結構要求小型化,不適合使用實心密封圈,必須使用密封膠進行部件的粘接和安裝。因為用液態密封膠安裝這些材料的組件和結構件是最方便、最有效、最可靠的。在我院最初研制的xx陀螺儀器中,有18處使用了各種不同性能的密封膠將兩個或兩個以上不同材料的部件粘接在壹起,以保證儀器的密封要求。因此,密封膠已成為航天儀器制造中必不可少的密封粘接材料。目前我研制生產的各類產品,如平臺觀察窗密封、陀螺儀表端密封、加速度計油嘴、絕緣子密封、氣浮轉子密封、引入插頭密封、電纜接頭密封、油位電位器板密封等,都是應用密封膠的成功範例。
以下是我車型產品使用的幾類密封膠膠的交流:聚硫橡膠密封膠是以液體聚硫橡膠為基料的密封膠膠。聚硫橡膠是壹種類似橡膠的聚硫乙烯基樹脂。其實是壹種介於合成橡膠和熱塑性塑料之間的物質。它可以通過二氯乙烷和四硫化鈉的縮合反應制備,反應如下:
ncl CH2—CH2Cl+nnas 4 na—→[CH2—CH2—S4]—2 nnacl
聚硫橡膠的分子鏈是飽和的,含有硫原子,因此具有良好的耐油性、耐溶劑性、耐老化性、耐沖擊性、低透氣性和優異的低溫柔韌性。
聚硫橡膠壹般為深琥珀色或深棕色粘稠液體,平均分子量為1000 ~ 5000。平均分子量為1000,主要用作環氧樹脂和酚醛樹脂的增韌改性劑。平均分子量4000通常單獨作為聚硫密封膠的基料。液體聚硫橡膠的分子鏈上有巰基,可與各種金屬過氧化物、有機過氧化物和壹些氧化劑反應。加入金屬過氧化物固化劑,可在加熱、常溫、低溫、油介質中固化成彈性體。目前應用最廣泛的是二氧化鉛和活性二氧化錳,它們的反應式如下:
HS—R—SH+PbO 2 —→( RSS)n+PbO+H2O
HSR—R—SH+PbO —→( RSP bsr)+H2O
—RSP bsr—+Pb02 —→( RSS)n+PbO+H2O
由於硫化後的聚硫橡膠具有耐油和彈性體的特性,我們用它作為角速度計定子座組件的密封膠。
角速度計定子座的外部結構為:定子座由不銹鋼制成,表面鍍金,由玻璃絕緣子、註油器、電阻元件和調諧螺釘組成,內部介質為矽油。為防止內部液體泄漏,要求膠粘劑具有耐矽油、耐沖擊、減震的特性,采用聚硫密封膠進行膠合更為合適。
聚硫密封膠的典型配方:(重量比)
液體聚硫橡膠(分子量4000) 100份。
3份E-51環氧樹脂
二氧化鈦30份
0.5份二硫化四甲基秋蘭姆(TMTD)
二苯胍0.5份。
10份二氧化鉛
在該配方中,二氧化鉛用作固化交聯劑,二苯胍和TMTD用作固化促進劑,二氧化鈦用作增強染料。為了獲得更高的粘接強度,在配方中加入少量的環氧樹脂,環氧樹脂的用量壹般控制在3-5%。該膠液在室溫下配制,在20-25℃的環境溫度下,12小時即可硫化成型,施工活動周期為2-4小時。硫化後的聚硫密封膠可在-45℃ ~ 100℃下長期使用。產品的絕緣電阻大於100兆歐,聚硫密封膠長期存放10年以上,耐老化性能好,彈性好,密封性能好,聚硫密封膠的粘接強度壹般不高,更適合內部介質壓力較低,需要方便拆卸的接頭的封裝。聚氨酯密封膠是壹種以聚氨酯橡膠為基料的彈性密封膠。聚氨酯橡膠是壹種特殊的橡膠,實際上是介於普通橡膠和塑料之間的高分子化合物。
聚氨酯彈性密封膠的特點是表面硬度高、彈性好,並具有優異的耐寒性和耐油性。其低溫粘結強度甚至高於室溫。如果改變原料的組成和比例,可獲得肖氏硬度20 ~ 80,彈性模量50 ~ 6000 kg/cm,拉伸強度50 ~ 80 kg/cm的優異彈性體。目前還沒有更合適的彈性體來替代這種優異的性能。
我院將聚氨酯橡膠膠粘劑應用於站臺觀察窗的粘接密封。平臺觀察窗由鋁合金框架和應時玻璃組成。觀察窗內外介質和壓力不同,要求膠粘劑具有良好的彈性和密封性能。由於結構尺寸的限制,固體密封材料不能用於密封。起初,環氧樹脂密封劑用於粘接和密封。然而,由於環氧膠的不柔性,在固化過程中產生了很大的內應力,導致了應時玻璃的開裂。即使在低溫下測試加工後沒有破裂的產品,由於熱膨脹和收縮的應用,在粘合接頭處也出現了裂紋。采用聚氨酯密封膠解決了應時玻璃開裂的質量問題。
聚氨酯密封膠的基體通常是異氰酸酯與末端帶有羥基的多元醇反應後,末端帶有異氰酸酯基的線型聚氨酯高分子化合物。
異氰酸酯具有很大的活性,在室溫下可以與羥基酸、芳香胺和脂肪胺、醇、水以及幾乎所有含活潑氫原子的化合物反應。目前最常用的是甲基二異氰酸酯(TDI)和二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)。
聚醚和聚酯是最具代表性的多元醇。聚醚多元醇具有良好的彈性、耐寒性和耐介質性。
聚氨酯密封膠可以通過預先合成預聚物並加入硫化劑來制備,也可以在制備時同時合成。
聚氨酯密封膠配方:(重量比)
100份聚醚型聚氨酯預聚物(遊離異氰酸酯含量為4-6%)
3’二氯4.4二氨基二苯甲烷(MDCA) 9.5份。
固態條件:100 ℃/3h。
用聚氨酯密封膠粘接密封的窗玻璃組件壹般能達到以下技術質量指標:
(1)肖氏硬度在65和70之間。
(2)在-50℃±2℃的低溫下,通入65438±0.2kg/cm2的大氣壓,並保持2。
應時玻璃不開裂,膠縫處不漏氣。
(3)在+70℃和2℃的高溫下,引入65438±0.2kg/cm2的氣氛並保持2小時。
應時玻璃不開裂,膠縫處不漏氣。矽橡膠彈性懸掛密封膠的基體是高分子量線性聚矽氧烷。其分子主鍵由矽原子和氧原子交替組成,其分子結構可以用下式表示:
稀有
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-Si-01
|
稀有
由於矽氧鍵的鍵能遠高於其他聚合物分子的碳碳鍵,因此具有較高的耐熱性和耐寒性,在-65℃ ~ 250℃的溫度範圍內都能保持良好的彈性。此外,它在分子的側鍵上不含雙鍵,因此具有優異的抗老化性能,對紫外線和臭氧也有非常穩定的作用。經過十年的大氣老化和三年的人工加速老化,依然不會開裂、脆化、剝落。
矽酮彈性密封膠的缺點是機械強度低,高溫下耐介質性差。
根據固化溫度的不同,矽酮彈性膠粘劑可分為加熱固化型(HTV型)和室溫固化型(RTV型)兩種,目前廣泛使用的是RTV型。
根據施工時構件的數量,RTV型可分為多構件型和單構件型。單組份RTV式是利用空氣中的水分作為硫化劑,在接縫處塗上或填充膠水後,與空氣接觸,不斷吸收其水分,逐漸硫化形成分子結構,產生粘接強度,從而達到密封的目的。
在我院,連接器、電纜連接器等部件通常采用單組分RTV矽酮彈性體密封,如GD401、GD402、GD405等。
單組份RTV矽酮彈性膠封裝在密封的金屬軟管中,使用時從軟管中擠出,與大氣中的水分接觸後從表面逐漸硫化成彈性體。
單組分室溫硫化矽彈性膠粘劑可在0 ~ 80℃下硫化。提高環境溫度和濕度可以加速硫化。
以下兩種方法可用於深度超過10 mm或需要快速深度硫化的密封:
(1)分批硫化法:即每次澆註或填充5 ~ 10 mm厚度,硫化後再澆註或填充。
⑵添加氧化鎂深度硫化法:用GD-404或GD-405單組份室溫硫化矽彈性膠進行深度密封或灌封時,可在橡膠材料中混入5-20%的氧化鎂實現深度硫化。(以下簡稱厭氧膠)
厭氧膠的基質是熱固性樹脂,目前大部分是丙烯酸酯。厭氧膠的突出性能是耐壓和耐振動。在液壓系統連接處能承受300kg/cm2的高壓。對於壹些長時間承受各種外力的連接部位,可以省略彈簧墊圈等緊固密封。比彈簧墊圈具有更好的緊固效果。此外,厭氧膠還具有單組份、無溶劑、室溫固化、粘度低的優點。
與瞬發膠不同,厭氧膠不是由結構相同的同系物組成的。因此具有多品種、多表現的特點。
厭氧膠的密封效果主要取決於其在隔絕氧氣條件下的固化和交聯。目前厭氧膠的基質大多屬於丙烯酸酯類。其基質主要是甲基丙烯酸雙酯或丙烯酸雙酯及其衍生物。
早期的類型是乙二醇二甲基丙烯酸酯,其分子結構如下式所示:
CH CH3
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CH2 = C-首席運營官-(CHZ-CH2-O) NOC-C-CH2
厭氧膠配方中,丙烯酸酯單體90%,聚合引發劑5%,固化促進劑0.5-5%,穩定劑0.01%。
目前厭氧膠已廣泛應用於儀表行業、機械行業、汽車行業,解決了產品的三漏(漏水、漏油、漏氣)技術難題。它在產品裝飾、保證質量、節約能源、降低成本、提高經濟效益方面起著重要的作用。
從20世紀70年代開始,國外開始生產壹系列固化速度快、貯存穩定性好的單組份厭氧膠,並於1974年制定了新的軍用標準(MIL-S-46163)。
厭氧膠的品種有上百種,但其實應用最廣泛的也就20多種規格。自20世紀70年代初以來,中國壹直在開發厭氧粘合劑。Y-150和鐵錨350壹度成為國內最大的厭氧膠。70年代末制成單組份拒膠產品,如GY-340、鐵錨352等,固化快,儲存穩定性好。現在大連、廣州、上海等地的化工廠已相繼生產出性能更好的系列產品。
厭氧膠已經廣泛應用於我生產的產品中。例如,在伺服閥中,許多部件在裝配後需要密封,因為閥中充滿了油。過盈配合零件的加工精度要求較高(如銜鐵組件、噴嘴、殼體的配合精度高達O.005 mm,幾何精度為0.001 mm)。這不僅要求加工人員具有較高的操作技能和高精度的加工設備,而且要求工序多、時間長、加工成本高。為了解決這些問題,我們使用鐵錨352厭氧膠來精密零件的過盈配合。不僅降低了成本,提高了生產率,而且保證了伺服閥的密封性能。
用鐵錨352厭氧膠封口後,通過了以下產品測試:
⑴試件長時間浸泡在10#航空液壓油中,無漏油現象。
⑵將試件在-45℃的低溫下保持2小時,然後在+120℃的高溫下保持4小時,然後做強度試驗,檢查密封性,以免損壞和漏油。
(3)在-45℃和+120℃下重復三次循環試驗後,不應有損壞和漏油現象。
(4)在210kg/cm2的高壓下,試件充油進行高壓密封試驗時,應無漏油現象。
此外,我們生產的所有鋁鑄件外殼都必須經過嚴格的壓力測試。因為這些鑄件大多是薄壁結構,稍有砂眼,鑄件就會滲漏。我們用GY-340厭氧膠和鋁粉堵洞補漏,效果也很好,保證了炮彈的氣密性要求。以環氧樹脂為基礎的液體密封劑已廣泛應用於各種生產領域。因為環氧樹脂具有以下獨特的優點:
⑴附著力強:環氧樹脂分子結構中的極性基團su—CH—作為脂肪族羥基(-ch-)和醚鏈,在環氧樹脂與相鄰界面之間產生電磁引力,環氧基團可與含活潑氫的金屬反應形成化學鍵,因此對金屬、玻璃、塑料、陶瓷等材料有良好的附著力。
⑵收縮小:在固化過程中不產生副產物,所以不會產生氣泡。對於純樹脂的固化產物,收縮率小於2%,加入填料後可降至65438±0%左右。
⑶穩定性好:可長期儲存不變質。
⑷良好的耐介質性:耐壹般酸、堿和有機溶劑。
5.低蠕變:長期受力不會變形或變形很小。
[6]工藝性好:通過選擇不同的固化劑,添加其他樹脂、橡膠、填料實現改性,環氧樹脂可在室溫或低溫下固化或快速固化。
環氧樹脂的種類很多,固化劑也有幾十種。作為密封膠,壹般由低分子量雙酚a環氧樹脂、增韌劑、固化劑制成,可在中溫或室溫下固化。
我使用環氧樹脂密封劑都采用環氧-咪唑和環氧-聚酰胺的配方。下面介紹幾種環氧密封膠的配方和應用實例。
1.氣浮陀螺套筒組件的密封;
該組件由壹個外環和三個內環組成。內外圈采用LY-12硬鋁,組件表面采用瓷陽極氧化處理。內環套和外環套之間的配合間隙為3.5毫米深,1.5毫米寬。組裝調試後,內外環套組件在出氣口間隙達到最佳狀態後,用環氧密封膠粘接成壹個整體組件。
套管組件環氧密封膠配方:(重量比)
E-51環氧樹脂100份
20份2000聚丁二烯環氧樹脂
260脂環族環氧樹脂(活性稀釋劑)12份。
3051低分子聚酰胺樹脂10份
5份乙基-乙基-4-甲基咪唑。
養護條件:100 ℃/4小時。
粘合密封後的套筒組件需要通過以下測試:
(1)在-45℃ ~+70℃的溫度下,連續重復循環5次,每次保持4小時。
⑵在100℃下保持4小時。
⑶沖擊試驗,加速度60g,增長時間8 ~ 12ms。
⑷掃描振動試驗,頻率20 ~ 20~2000Hz,振幅0.2 mm,加速度5 g
⑸20℃浸泡試驗100小時。
[6]通過在汽油中浸泡20天進行耐溶劑性測試。
經過以上測試,施加4kg/cm2的氣壓,膠接處有漏氣現象,密封性能良好。
4.液體浮動陀螺儀組件密封劑;
液浮陀螺設計結構有***100種42件,其中29處92件粘接。在這些膠接接頭中,有氣體密封要求的有18處,其中波紋管、加油口、端蓋組件、傳感器組件、排氣嘴、加油口、絕緣子、浮標等部件都需要滿足5× 10-5毫米汞柱高真空度條件下的密封要求。
鑒於粘接件的氣密性要求,要求膠粘劑具有良好的粘接性、抗蠕變性、耐寒性和耐熱性。
絕緣。經過對比試驗,選擇羥基丁晴橡膠作為環氧樹脂密封膠的增韌劑,液體咪唑作為固化劑。配方如下:(按重量比)
E-51環氧樹脂100份
羥基丁晴橡膠35份。
8份2-乙基-4-甲基咪唑。
零件的表面處理可以去除被粘物體表面的水分、灰塵、油汙、疏松的表面氧化膜等各種雜質,形成牢固的新的表面氧化膜,增強粘接效果,保證被粘零件的密封性能。在液浮陀螺的粘接件中,壹般先用丙酮對表面進行脫脂,再用表面處理劑進行化學處理。表面處理過的零件需要當天粘合才能達到最佳效果。
3.塞座密封
密封插座是航天儀器內部和外部電氣連接的開關元件。為了保證儀器的密封性,儀器內部的電氣部分必須通過密封塞座的密封桿引至外部。最早的密封塞座是用玻璃燒結工藝制成的。由於玻璃燒結工藝復雜,容易出現漏風現象。後來用環氧樹脂代替玻璃燒結,大大提高了成品合格率。現在我生產的各種密封塞都是用環氧樹脂填充的。
環氧樹脂灌封料配方:(重量比)
E-44環氧樹脂110份。
100份HGH-600矽微粉
50份H-4聚酰胺樹脂
養護條件:120℃/3h。
按上述配方生產的插頭插座,能在-45℃ ~+70℃,2kg/cm2的壓力下長期正常工作。
從上面的應用實例可以看出,要求密封膠是壹種能正常澆註的粘稠液體,粘度從幾百到幾千厘泊不等,不含溶劑,固化後收縮小,具有對介質不滲透、耐老化、耐高低溫等性能。
在結構設計中,可根據情況采用多種密封方式,如兩接縫之間的密封、接縫外的填角密封、嵌縫密封、緊固密封、澆註密封、表面密封等。也可以同時采用兩種或兩種以上的密封方法。總之,為了保證組件的密封性能,不限於采用任何密封方式。
隨著密封膠品種和性能的不斷提高以及塗層密封技術的不斷發展,越來越多的產品將使用密封膠來代替傳統的密封方式,使產品的質量和可靠性達到預期目標。