航空密封膠固化的關(guān)鍵技術(shù)研究

王瀚藝 周小釗

（1、中國民用航空飛行學(xué)院 航空工程學(xué)院，四川 廣漢 618300 2、北京飛機(jī)維修工程有限公司成都分公司APU 大修產(chǎn)品部，四川 成都 610200）

1 概述

航空密封膠廣泛應(yīng)用于民航客機(jī)不同部位結(jié)構(gòu)部件中，以非定型狀態(tài)嵌填接縫，并與接縫表面粘結(jié)成一體，起到密封燃油、維持座艙壓力、防止結(jié)構(gòu)腐蝕等作用。經(jīng)過漫長的發(fā)展歷程，歐美等航空強(qiáng)國已經(jīng)形成了一套完整的航空密封膠體系，并配有完整的配套材料及精細(xì)密封工藝[1-3]，同時還擁有PPG、Chemetall、3M、Royal 等優(yōu)秀的航空密封膠供應(yīng)商。國內(nèi)航空密封膠從20 世紀(jì)50 年代開始研發(fā)，到目前也有XM、HM 等系類的產(chǎn)品，但總體來說，國產(chǎn)航空密封膠在系列化、功能性以及工藝化等方面與國際優(yōu)秀的品牌還有較大的差距。

常用的航空密封膠固化時間在10 到72 小時不等，不同飛機(jī)零部件所使用的密封膠固化時間也有所差異，而飛機(jī)停場維修所消耗時間越長則意味著運(yùn)營成本越高，因此航空公司通常會采取一定的措施來縮短航空密封膠的固化時間以減小成本[4-7]。而目前國內(nèi)鮮有對航空密封膠在不同工況影響下固化時間變化的研究，從飛行安全及節(jié)約成本等方面考慮，研究各因素影響下密封膠固化時間變化規(guī)律是很有必要的。

以某型航空密封膠為研究對象，通過實驗方法研究在不同溫度以及不同相對濕度工況下航空密封膠邵氏A 硬度隨時間的變化情況，得到不同溫濕度下密封膠的固化水平，通過控制變量法，得出影響航空密封膠固化的主要因素。

2 航空密封膠固化時間優(yōu)化實驗

航空密封膠的固化過程主要有初固化、基本固化和后固化三個階段，初固化時，密封膠表面已經(jīng)固化不發(fā)黏，內(nèi)聚強(qiáng)度和粘附性能還處于較低水平；基本固化時密封膠已經(jīng)達(dá)到了一定的交聯(lián)程度；后固化時，密封膠已經(jīng)達(dá)到了出廠標(biāo)準(zhǔn)，可以將飛機(jī)推出并投入運(yùn)營。

實驗通過改變航空密封膠固化工況（溫度和相對濕度），旨在找出航空密封膠固化時間與溫度與相對濕度變化的關(guān)系，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，得到密封膠固化的優(yōu)化方案。

2.1 實驗原料及實驗設(shè)備

本實驗選用目前民航界普遍使用的牌號為PR1776MB 的航空密封膠，該密封膠為低密度、耐高溫的飛機(jī)整體油箱密封劑，固化后的該密封膠能保持良好的彈性性能。表1 給出了PR1776MB 密封劑的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，該密封膠適用于填角密封，施涂工具為擠壓搶或者刮刀，施工時限為30 分鐘。

表1 實驗原料技術(shù)指標(biāo)

表2 給出了本實驗所需設(shè)備及儀器，航空密封膠固化程度采用邵氏A 硬度作為實驗指標(biāo)，通過控制烘箱的不同溫度和相對濕度來模擬航空密封膠固化時的不同工況以便研究。圖1 到圖3 分別給出了實驗所需的原料密封膠以及相應(yīng)硬度計和高低溫濕熱試驗箱。

表2 實驗設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

圖1 PR1776MB 航空密封膠示意圖

圖2 邵氏A 硬度計

圖3 高低溫濕熱試驗箱示意圖

2.2 實驗樣品制備

攪拌航空密封膠（PR1766MB）SEMKIT 套裝中的基料和活化劑，直到混合密封膠顏色均勻、無細(xì)微顆粒，混合好的密封膠如圖4 所示。室溫環(huán)境下將混合均勻的密封膠通過注射法注入飛機(jī)蒙皮縫隙處（該縫隙由圖5 板材代替），并通過整形工具將蒙皮表面整形施工，確保密封膠表面與縫隙兩邊蒙皮齊平。將配制好的樣品置于所設(shè)定的溫度和相對濕度環(huán)境下，定期進(jìn)行測試檢驗。

圖4 均勻混合密封膠效果圖

圖5 密封施工后試件效果圖

2.3 樣品測試與表征

將樣品放入高低溫濕熱試驗箱，設(shè)置不同的溫度和相對濕度，在12 個小時之內(nèi)每隔1 個小時測量樣品的硬度，每次選擇樣品5 個不同部位進(jìn)行測量并計算平均值從而得到不同時刻、不同溫度及相對濕度工況下密封膠樣品的平均硬度。采用控制變量法，將環(huán)境溫度和相對濕度分別作為單一約束條件進(jìn)行實驗，考慮飛行器維護(hù)環(huán)境不同地域和季節(jié)的差別，選取表3 所示工況進(jìn)行實驗檢測。

表3 試樣工況選取

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)工況實驗

關(guān)注標(biāo)況環(huán)境下（25℃，50%相對濕度）試劑硬度隨時間變化情況。表4 給出了標(biāo)準(zhǔn)工況下12 小時之內(nèi)試驗航空密封膠的硬度改變情況。從實驗結(jié)果可以得知，在初始階段（前兩小時），由于密封膠內(nèi)部聯(lián)結(jié)不夠充分，硬度很低，因此邵氏A 硬度計無法測量出試劑表面硬度數(shù)據(jù)；隨著時間推移，密封膠固化效果增強(qiáng)，6h 后硬度達(dá)到約40A 并趨于平穩(wěn)，可以認(rèn)為達(dá)到了最終固化要求。

表4 標(biāo)況實驗硬度結(jié)果

圖6 標(biāo)準(zhǔn)工況下密封膠固化過程

3.2 溫度實驗

關(guān)注不同溫度下密封膠固化趨勢差異。保持相對濕度50%不變，分別在25℃、40℃以及55℃環(huán)境下測量不同時刻密封膠硬度。表5 給出了不同溫度下不同時刻測量出的密封膠平均硬度。

表5 不同溫度下密封膠固化趨勢

從表5 可以看出，在同一相對濕度環(huán)境下，隨著環(huán)境溫度的提升，密封膠固化速率有明顯的增大趨勢。關(guān)注同一時刻，固化溫度越高，密封膠的平均硬度也越大，同時，固化前2 小時，40℃與55℃已經(jīng)可以通過邵氏A 硬度計測量出試劑的平均硬度，這也印證了密封膠固化速率隨環(huán)境溫度增加而加快的趨勢。

圖7 給出了不同溫度下密封膠固化過程，從圖7 可以看出，環(huán)境溫度越高，密封膠固化速率越大，其硬度變化更快趨于平穩(wěn)。溫度越高，密封膠固化能夠達(dá)到的平均硬度也越大。因此，提高密封膠固化環(huán)境溫度，可以提高密封膠固化速率，縮短固化時間。

圖7 不同溫度下密封膠固化過程

3.3 相對濕度實驗

關(guān)注不同濕度下密封膠的固化趨勢差異。保持環(huán)境溫度25℃不變，分別在50%、60%及70%相對濕度下測量不同時刻密封膠硬度，研究密封膠固化過程。表6 給出了不同濕度下不同時刻測量出的密封膠平均硬度。從表6 可知，不同相對濕度下，隨著時間的推移，密封膠硬度均呈現(xiàn)先增大后平穩(wěn)的變化趨勢。隨著相對濕度的增大，密封膠固化速率也呈現(xiàn)增大的趨勢。關(guān)注同一時刻，環(huán)境相對濕度越大，密封膠的平均硬度也越大。在第一個小時內(nèi)，70%相對濕度下已經(jīng)可以通過邵氏A 硬度計測量出密封膠的硬度，而在第二個小時內(nèi)，60%環(huán)境下也可測出硬度，從而也印證了密封膠固化速率隨環(huán)境相對濕度增加而加快的趨勢。

表6 不同相對濕度下密封膠固化趨勢

圖8 給出了不同相對濕度環(huán)境下密封膠固化過程。從圖8也可以看出，在單一變量下，密封膠的固化速度與環(huán)境的相對濕度呈正相關(guān)，同時相對濕度增大，密封膠能夠達(dá)到的硬度上限值也隨之增大。因此，提高密封膠固化環(huán)境相對濕度，也可以提高密封膠固化速率，縮短固化時間。

圖8 不同相對濕度下密封膠固化過程

4 結(jié)論

利用高低溫濕熱試驗箱模擬不同溫度和相對濕度，以邵氏硬度為測量指標(biāo)，對某牌號航空密封膠的固化速度進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論：

4.1 密封膠固化速率與環(huán)境溫度呈正相關(guān)，與環(huán)境相對濕度也呈正相關(guān)，想要縮短固化時間節(jié)約成本，需從環(huán)境溫度和相對濕度兩方面著手。

4.2 固化溫度越高，密封膠平均硬度越大，硬度變化更快趨于平穩(wěn)。

4.3 不同相對濕度環(huán)境下，密封膠硬度呈現(xiàn)先增大后平穩(wěn)的變化趨勢，相對濕度增大，密封膠平均硬度上限值增大，也更早達(dá)到硬度平穩(wěn)區(qū)間。