復合材料作為有效減輕飛機質(zhì)量和大幅度改善飛行品質(zhì)的一種新型材料，其耐久性已成為衡量飛機結構先進性的重要指標之一。然而，復合材料在使用過程中，其內(nèi)部分層、損傷等修補問題，也日益引起人們的重視。對局部損傷不嚴重處的最經(jīng)濟、最快速和最有效的修補方案就是對受損部位進行粘接修補，以完全或部分恢復構件的承載能力和使用功能。飛機應急修補方案應盡可能簡捷、方便，故對修補用膠粘劑的要求是能在高溫后期固化處理的前提下，具有較高的力學性能和優(yōu)異的施工性能[1-2]。

       環(huán)氧樹脂（EP）膠粘劑具有優(yōu)異的粘接性能、耐濕熱性能和化學穩(wěn)定性能等特點，并且其收縮率較低、工藝性能良好，因而已成為復合材料修補用膠粘劑的首選產(chǎn)品。為此，本研究研制的復合材料修補用膠粘劑是一種高溫固化的即配即用型雙組分EP膠粘劑，其基本性能滿足設計要求，而且制備工藝簡便，適用于現(xiàn)場快速修補。其特點如下：①可中溫（100℃）和高溫（170℃）固化，能滿足不同的固化條件；②凝膠時間較長，以保證有充足的時間進行施工操作；③流動性控制性較好，可防止流掛造成的涂敷不均勻現(xiàn)象；④可搓團，即基本不黏手，便于涂敷操作。

1·試驗部分 
       1.1試驗原料

酚醛環(huán)氧樹脂（F-51），工業(yè)級，無錫樹脂廠；三乙烯四胺（TTA）、高嶺土，分析純，天津科密歐化學試劑有限公司；氨乙基哌嗪（AEP），分析純，安耐吉化學公司；低分子聚酰胺（PA651），工業(yè)級，江西宜春遠大化工有限公司；氣相白炭黑（A-380），工業(yè)級，沈陽化工股份有限公司；MIL-S-3136Ⅲ型測試流體、MIL-H-5606液壓油、BMS3-11液壓油、NaOH、碳酸鈉、濃硝酸，工業(yè)級，市售。

MDSC2910型差示掃描量熱儀，美國TA公司；Sunshine88A型凝膠測試儀，上海易慧機電科技有限公司；流動性測試夾具，自制；SG-65型三輥研磨機，秦皇島長寶機械廠；CMT5105型電子萬能材料試驗機，深圳新三思材料檢測有限公司。

 1.3試驗制備

 1.3.1EP膠粘劑的制備

 分別在F-51和固化劑中加入填料，經(jīng)初步混合、三輥研磨機強力剪切混合均勻后，分別得到A組分（F-51/填料）和B組分（固化劑/填料）；使用時，按一定比例將A組分和B組分混合均勻即可。

 1.3.2澆鑄體的制備

 將混合均勻的膠粘劑注入自制模具中，按預定的固化條件進行固化，自然冷卻后脫模即可。

 1.3.3測試用樣品的制備

      （1）鋁片化學氧化處理：先用混合堿液（30g/LNaOH和30g/L碳酸鈉）處理（60℃浸泡1min），水洗2min；然后在酸液（6mol/L濃硝酸）中脫氧處理（25℃浸泡5min），水洗2min，晾干即可。 
      （2）膠接件的制備：將混合均勻的膠泥均勻涂刮在鋁片表面，加壓單搭接，按預定固化條件進行固化。

 1.4測試與表征

（1）熱性能：采用差示掃描量熱（DSC）法進行表征（N2氣氛，取樣量為10mg左右，升溫速率為5、10、15K/min）。

       （2）流動性：沿流動槽將混合均勻的膠泥注入水平放置的自制夾具表面，然后立即垂直放置夾具（推出柱塞），25℃或52℃時靜置30min后，記錄膠泥從流動槽口流出的距離。

      （3）凝膠時間和固化度：分別按照ANSI/ASTMD3056—2005、GB/T2576—2005標準進行測定。

     （4）剪切強度和壓縮性能：分別按照ASTMD1002—2010、ASTMD695—2010標準，采用萬能材料試驗機進行測定。
     （5）耐介質(zhì)浸泡性能：將澆鑄體裁切成5g左右，分別在不同液體介質(zhì)中室溫浸泡1d，取出，擦凈表面液體并稱重，以浸泡前后試樣質(zhì)量增量作為衡量指標。

  2·結果與討論

  2.1EP膠粘劑中固化劑的選擇

  固化劑對膠粘劑的流動性和凝膠時間影響較大。在其他條件保持不變的前提下[如m（F-51）∶m（高嶺土）=100∶150等]，通過改變固化劑類型來考察EP膠粘劑的流動性、凝膠時間等變化情況，結果如表1所示。由表1可知：對不含固化劑體系而言，其常溫流動性在指標值允許范圍以內(nèi)，說明其流動性控制性相對較好，但溫度越高，其流動性控制性越差。對含TTA或AEP體系而言，常溫時兩者因受自身重力影響而流動性控制性較差，溫度越高兩者流動性控制性越好；另外，兩者凝膠時間相對較短，并且均在15min左右開始出現(xiàn)表面固化跡象，故其流動性有望控制在指標值允許范圍以內(nèi)。對含PA651體系而言，其流動性完全喪失，并且溫度變化對其流動性影響不大。
 

這是由于TTA或AEP固化劑的氨基上氫的活性較高，故固化劑與樹脂的反應速率較快，表現(xiàn)為體系放熱量較多、凝膠時間相對較短；PA651與樹脂的反應較緩和且穩(wěn)定性較好（酰胺基與體系形成了大量氫鍵，分子間作用力較強），故體系凝膠時間相對較長。綜合考慮，選擇PA651作為固化劑時較適宜，此時可得到穩(wěn)定性較好、凝膠時間較長的膠粘劑體系。

 2.2EP膠粘劑體系的固化反應研究

 在其他條件[如m（F-51）∶m（PA651）=100∶55等]保持不變的前提下，不同升溫速率時F-51/PA651固化體系的DSC曲線特征溫度如表2所示。由表2可知：F-51/PA651體系的固化溫度因升溫速率不同而異，而F-51/PA651實際固化通常是在恒溫條件下進行的，故采用外推法可消除上述差異。以不同升溫速率時的特征溫度對升溫速率進行線性回歸，然后將線性回歸的擬合直線外推至升溫速率為0時，相應的Ti、Tp、Tf分別為23.9、92.4、167.2℃，并分別作為F-51/PA651體系的起始固化溫度、固化溫度及后處理溫度。

由表2可知：該固化體系反應活性較高，可在室溫條件下進行固化反應。由于DSC的分析結果可作為膠粘劑實際使用的有效參考依據(jù)，并且試驗證明采用不低于100℃的后處理溫度能明顯提高該EP膠粘劑的綜合性能，故本研究選擇F-51/PA651體系的后處理溫度為170℃。