劉千 王堃 白羽(海軍駐西安地區(qū)軍事代表局,陜西西安710001)

基于開姆洛克250粘接劑的充氣閥閥芯粘接性能分析

劉千 王堃 白羽(海軍駐西安地區(qū)軍事代表局,陜西西安710001)

本文對采用開姆洛克250粘接劑代替JQ-1粘接劑的方式解決充氣閥閥芯粘接不良、不穩(wěn)定等問題的必要性和可行性進(jìn)行了原理分析及實驗驗證，通過對兩種粘接劑進(jìn)行熱重、紅外光譜、質(zhì)譜及掃描電鏡分析實驗，最終得出開姆洛克250粘接劑在充氣閥閥芯的粘接效果上要明顯優(yōu)于JQ-1粘接劑。

粘接劑；充氣閥；閥芯

充氣閥是擠壓式液體火箭發(fā)動機中重要的組件之一，在姿軌控發(fā)動機中廣泛使用。充氣閥的密封性很大程度上取決于閥芯，其閥芯采用橡膠-金屬結(jié)構(gòu)，一般采用JQ-1型粘接劑進(jìn)行閥芯金屬與橡膠的粘接，但陸續(xù)出現(xiàn)了一些質(zhì)量問題，例如：在檢查試驗中出現(xiàn)了行程變小，放氣困難的現(xiàn)象，分解檢查發(fā)現(xiàn)，橡膠環(huán)明顯脫出，取出橡膠環(huán)，可見閥芯溝槽紫紅膠液層，溝槽面上基本不粘黑色橡膠，脫出的橡膠環(huán)底面邊緣可見幾個三角形小缺口，分析原因主要為粘接劑JQ-1粘接力下降，在常溫試驗時出現(xiàn)充氣閥泄漏現(xiàn)象，導(dǎo)致橡膠-金屬粘接面粘接力下降。為了確保產(chǎn)品質(zhì)量合格，解決上述問題，通過對開姆洛克250粘接劑（以下簡稱CH250）性能、工藝等進(jìn)行分析驗證，最終采用代料的辦法將JQ-1粘接劑更換為CH250，粘接不良等問題得到解決，取得了良好的實驗效果。

1 充氣閥閥芯粘接劑原理分析

1.1 姿軌控發(fā)動機充氣閥基本原理

充氣閥的功能是給姿軌控發(fā)動機的氣瓶充填和泄出高壓氣體，并保證氣瓶內(nèi)的高壓氣體在貯存期內(nèi)不從充氣閥處泄漏。充氣閥主要由閥體、接管嘴、彈簧、閥芯、橡膠O形圈、墊片、堵頭、外套螺母等組成（如圖1所示）。

圖1 姿軌控發(fā)動機充氣閥結(jié)構(gòu)示意圖

充氣時，采用氣動工裝將閥芯頂開進(jìn)行充氣，當(dāng)氣瓶的工作壓力達(dá)到要求時，停止充氣，閥芯在復(fù)位彈簧和內(nèi)部氣體壓力的作用下將其密封錐面壓在閥體密封錐面上，對氣瓶中的氣體進(jìn)行密封，然后再裝上堵頭對充氣閥進(jìn)行冗余密封，以增加其密封可靠性。

當(dāng)需要對氣瓶進(jìn)行放氣時，將充氣閥堵頭卸下，采用氣動工裝，用頂開氣壓將閥芯頂開對氣瓶放氣，放氣結(jié)束后，緩慢泄出頂開氣壓，閥芯在彈簧力的作用下恢復(fù)到關(guān)閉位置。

1.2 粘接劑原理分析

粘接劑主要用于粘接充氣閥閥芯的金屬部分和非金屬部分，因此對充氣閥的密閉性起到了至關(guān)重要的作用，目前應(yīng)用較為廣泛的粘接劑為JQ-1粘接劑和CH250粘接劑，下面就這兩種粘接劑的原理進(jìn)行分析。

1.2.1 JQ-1粘接劑原理分析

JQ-1為三氨基三苯基甲烷經(jīng)光氣化得到的三苯基甲烷三異氰酸酯，它是三苯基甲烷三異氰酸酯的20%氯苯溶液，其中氯苯為溶劑。JQ-1主體成份的結(jié)構(gòu)式如下：

三苯基甲烷三異氰酸酯有三個活潑性較強的異氰基（-NCO），還有一個活潑氫原子存在,因此三異氰酸酯的化學(xué)反應(yīng)能力較強,是一個不穩(wěn)定的化合物，可與含活潑氫的醇、水、胺、酸等化合物反應(yīng)；還極易與雙鍵反應(yīng)進(jìn)行交聯(lián)，如橡膠材料；能與金屬表面活潑基團(tuán)（如-0H）起反應(yīng)，故對多種材料有較高的粘附性能。三異氰酸脂有自聚反應(yīng)的傾向,尤其是與金屬相接觸后,就會引起聚合。JQ-1中氯苯僅為溶劑左右，稀釋膠粘劑，降低膠液粘度，提高三苯基甲烷三異氰酸酯浸潤性，增強粘接效果。

1.2.2 CH250粘接劑性能指標(biāo)

CH250膠液即開姆洛克250，生產(chǎn)商為洛德化學(xué)（上海）有限公司，主要成分為三氯乙烯35%，二甲苯35%，乙苯10%，炭黑10%，氮取代的芳香化合物10%。分析認(rèn)為氮取代的芳香化合物為主要粘接成份，開姆洛克膠粘劑的耐環(huán)境性優(yōu)于它所能粘接的橡膠，耐寒性-45℃，耐熱性120℃，覆蓋活門試驗溫度范圍。從性能指標(biāo)看，它符合充氣閥閥芯對粘接劑性能要求，但暫時沒有資料公開CH250的分子式，下面采用實驗方式對兩種粘接劑的工藝和性能指標(biāo)進(jìn)行對比分析。

2 粘接劑工藝比較分析

2.1 活門毛坯工藝規(guī)程對比：

2.1.1 粘接劑JQ-1工藝規(guī)程

（1）領(lǐng)出3306s膠，下出厚0.8~1.0mm的膠片，稱出50g剪成小條放入瓶中，加入200g120#汽油，充分?jǐn)嚢韬笫覝赝７牛恐械哪z料溶解72h即可使用。

（2）接通恒溫箱電源，調(diào)節(jié)溫度70～80℃，從汽油中取出本班內(nèi)所能壓制的毛坯件數(shù)，放入恒溫箱中待恒溫時烘干30min，取出待用。

（3）用毛筆沾取少量膠液JQ-1均勻涂復(fù)在基體上，將涂后的基體放到托盤中然后放入恒溫箱中，溫度110~115℃時恒溫30min；

（4）活門基體從恒溫箱中取出擺放在托盤中冷卻；

（5）冷卻后的基體再均勻的涂覆第二遍JQ-1膠液，然后放入干燥器中停放30min后再均勻的涂一遍3306S膠漿，晾干30min后即可使用。

2.1.2 粘接劑CH250工藝規(guī)程

（1）接通恒溫箱電源，調(diào)節(jié)溫度70～80℃，從汽油中取出本班內(nèi)所能壓制的毛坯件數(shù)，放入恒溫箱中待恒溫時烘干30min，取出待用。

（2）活門基體從恒溫箱中取出擺放在托盤中冷卻后待用。

（3）將瓶中的CH250膠液慢慢到入紙杯中，同時用毛筆沾少量膠液均勻的涂復(fù)在基體上，將涂后的基體擺放在支架。

2.2 閥芯半成品工藝規(guī)程對比

2.2.1 粘接劑JQ-1工藝規(guī)程

（1）領(lǐng)出3306s膠，下出厚0.8~1.0mm的膠片，稱出50g剪成小條放入瓶中，加入200g120#汽油，充分?jǐn)嚢韬笫覝赝７?，待瓶中的膠料溶解72h即可使用。

（2）通恒溫箱電源調(diào)節(jié)溫度70～80℃，從汽油中取出本班內(nèi)所能壓制的毛坯件數(shù)，放入恒溫箱中待恒溫時烘干30min取出待用。

（3）用毛筆沾取少量膠液均勻涂復(fù)在基體上，將涂后的基體放到托盤中然后放入恒溫箱中，溫度110~115℃時恒溫30min；

（4）閥芯基體從恒溫箱中取出擺放在托盤中冷卻；

（5）冷卻后的基體再均勻的涂覆第二遍JQ-1膠液，然后放入干燥器中停放30min后再均勻的涂一遍3306S膠漿，晾干30min后即可使用。

2.2.2 粘接劑CH250工藝規(guī)程

（1）接通恒溫箱電源，調(diào)節(jié)溫度70～80℃，從汽油中取出本班內(nèi)所能壓制的毛坯件數(shù)，放入恒溫箱中待恒溫時烘干30min，取出待用。

（2）活門基體從恒溫箱中取出擺放在托盤中冷卻后待用。

（3）將瓶中的CH250膠液慢慢到入紙杯中，同時用毛筆沾少量膠液均勻的涂復(fù)在基體上，將涂后的基體擺放在支架上冷卻。停放時間不得少于40min，晾干后的基體應(yīng)放在干燥器中備用。

通過對兩種工藝文件的對比分析發(fā)現(xiàn)，CH250既能滿足閥芯的粘接要求，又能使生產(chǎn)閥芯的工藝規(guī)程得到了不同程度的簡化，提高了生產(chǎn)效率。

3 實驗對比分析

3.1 熱重分析

非金屬材料在高溫條件下易失效，熱重分析主要是做出材料的分解溫度曲線，用來判定材料耐高溫性能的優(yōu)劣。通過熱重儀分析可見，兩種材料曲線趨勢一致，分解開始溫度基本相當(dāng)，最終分解完成的溫度CH250高于JQ-1，分解過程曲線平緩，說明CH250的耐高溫性能優(yōu)于JQ-1。

3.2 紅外光譜分析

紅外光譜分析是對材料的裂解產(chǎn)物進(jìn)行光譜分析，確定材料中含有何種化學(xué)鍵和官能團(tuán)，有助于分析材料的化學(xué)性能。

CH250含有官能團(tuán)O-H的強的特征吸收峰（3300-3150cm-1）、官能團(tuán)-N=C=O的強的特征吸收峰（波數(shù)2275-2265cm-1）、官能團(tuán)C=N弱的特征吸收峰（1690-1620 cm-1）、苯環(huán)C-C特征吸收峰1485cm-1和苯環(huán)C-H特征吸收峰670cm-1。因此可判斷CH250中含有活性官能團(tuán)O-H、-N=C=O、C=N和苯環(huán)。

JQ-1含有官能團(tuán)C=N弱的特征吸收峰（1690-1620cm-1），苯環(huán)C-C特征吸收峰1485cm-1和苯環(huán)C-H特征吸收峰670cm-1。不含有官能團(tuán)O-H的強的特征吸收峰（3300-3150cm-1），官能團(tuán)-N=C=O的特征吸收峰（波數(shù)2275-2265cm-1）較弱。

從紅外官能團(tuán)對比分析，可以看出CH250比JQ-1的活性基團(tuán)多并且強，因此在粘接過程的化學(xué)反應(yīng)中參與的基團(tuán)多，且反應(yīng)后穩(wěn)定，因此分析認(rèn)為CH250粘接性能優(yōu)于JQ-1。

3.3 質(zhì)譜分析

質(zhì)譜分析是用電場和磁場將運動的離子按它們的質(zhì)荷比分離后進(jìn)行檢測的方法，測出離子準(zhǔn)確質(zhì)量即可確定離子的化合物和化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而從分子結(jié)構(gòu)中確定材料的相關(guān)性能。對CH250熱重儀裂解產(chǎn)物進(jìn)行質(zhì)譜分析、對JQ-1熱重儀裂解產(chǎn)物進(jìn)行質(zhì)譜分析，由此可見，CH250可能包含4種裂解產(chǎn)物，JQ-1可能只有2種裂解產(chǎn)物，對于活性較強起粘接作用含氮元素基團(tuán)來說，CH250的含氮化學(xué)成份比JQ-1多，且含有活潑基團(tuán)（如-0H），因此分析CH250粘接性能優(yōu)于JQ-1。

3.4 掃描電鏡分析

掃描電鏡主要是通過高倍放大鏡看物質(zhì)表面形貌，從而分析物質(zhì)相關(guān)性質(zhì)。將CH250、JQ-1分別涂覆于光潔的銅基體表面進(jìn)行掃描電鏡測試，分別在放大200倍、5000倍條件觀察JQ-1涂覆后未完全浸潤金屬表面，JQ-1呈現(xiàn)稀薄狀態(tài)，金屬裸露；CH250涂覆后完全覆蓋金屬表面，由此可見CH250涂覆后覆蓋金屬表面效果優(yōu)于JQ-1，因此在同等條件下，粘接效果優(yōu)于JQ-1。

可見，JQ-1本身較為光滑，而CH250涂覆后表面形成了多孔狀，增大了粘接接觸面積，因此在同等條件下，粘接效果優(yōu)于JQ-1。

通過上述機理分析，認(rèn)為CH250粘接性能優(yōu)于JQ-1。

4 結(jié)語

在對充氣閥功能及使用情況分析，以及對JQ-1和CH250進(jìn)行實驗對比分析的基礎(chǔ)上，得出CH250粘接劑在充氣閥閥芯的粘接效果上要優(yōu)于JQ-1粘接劑，為保證充氣閥的生產(chǎn)質(zhì)量，遂將JQ-1作為粘接劑的活門粘接劑更改為CH250。經(jīng)驗證有效，產(chǎn)品固有質(zhì)量得到提升，對充氣閥無不良影響，粘接質(zhì)量得到大幅度提升。

[1]膠粘劑應(yīng)用手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，王孟鐘，黃應(yīng)昌主編，1987.

[2]充氣閥閥芯直接模壓成型工藝研究[J].《火箭推進(jìn)》，姜潮，賈寶新，2006.

[3]橡膠工業(yè)手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，王夢蛟，龔懷耀，薛廣智，1989.

[4]耐高溫環(huán)氧樹脂膠黏劑的研究進(jìn)展[J].韓鳳志,李東臨.廣東化工.2014(08).

劉千（1989-），男，遼寧大連人，漢，職稱，助理工程師，學(xué)歷，在讀碩士研究生；

王堃（1983-），男，陜西西安人，漢，職稱，工程師，學(xué)歷，大學(xué)本科；

白羽（1992-），女，陜西西安人，漢，助理工程師，大學(xué)本科。