环氧-聚砜结构胶粘剂耐久性的研究

*赖士洪     邹贤武
(北京航空材料研究院，北京81信箱12分箱，100095)

摘要：本文全面报导了SY—14环氧—聚砜胶粘剂体系的耐久性研究结果。在北京、南昌、广州和海南四个不同气候条件下的十年大气曝晒试验表明，在没有抑制腐蚀底胶的情况下，经磷酸阳极化处理的铝合金用SY—14A胶膜胶接的剪切和剥离的大试板、蜂窝弯曲和平面拉伸试板等测得的各项强度均未发生明显变化。含有抑制腐蚀底胶的胶接试板进行的十年室温盐水浸泡试验结果说明，环氧—聚砜胶粘剂的胶接接头只要有第三道保护措施，仍然可以获得100％的胶层内聚破坏，胶接强度不发生变化。此外，该胶粘剂还开展了几千小时的高温热老化试验以及应力条件下的湿热老化试验，均取得了优良的试验结果。
1 前言

聚砜改性环氧树脂胶粘剂是20世纪70年代研发的一种新型航空结构胶粘剂，与酚醛—缩醛、酚醛-丁腈、环氧—丁腈和环氧-尼龙等胶粘剂相比，具有其独特的性能。聚砜树脂在结构上有三种不同的基团，即二苯砜基、醚链和异丙叉链。二苯砜基赋予聚砜耐热性和抗氧化性；醚链和异丙叉链的存在可以改善聚砜的加工性，醚链亦赋予聚砜以韧性。因此，用它改性环氧树脂胶粘剂在很宽的使用温度范围(-55～175℃)内具有高强度，高韧性的优良综合性能，胶接经磷酸阳极化处理的铝合金接头也具有优越的耐久性。但是，有关这方面的报道不多，许多胶粘剂方面的专著也往往疏漏了这类胶粘剂的论述[1-2]。本文较全面地介绍环氧-聚砜胶粘剂耐久性的研究结果。
2 试验条件
2.1 材料

胶粘剂：SY-14A胶膜；SY—14C胶膜；SY-D4抑制腐蚀底胶：SY-D8抑制腐蚀底胶。

被粘物：铝合金LYl2CZ 厚度0．3mm、2．0mm、2．5mm、3．0mm。

铝蜂窝芯 68-3-0．05(LF2Y)N，
2.2 试样制备：用SY-14A胶膜胶接试样，按Q／6S140 《SY—14胶粘剂胶接工艺》；用SY—14C胶膜和SY-D4抑制腐蚀底胶胶接试样，按Q／6SZ1251 《SY-14C胶粘剂胶接工艺》和Q／6SZ1253《SY-D4抑制腐蚀底胶使用工艺》。使用SY-D8底胶时按Q／6SZ1365《SY—D8抑制腐蚀底胶使用工艺》。
2.3 性能测试

剪切强度：HB5164—1981《金属胶接拉伸剪切强度试验方法》；

剥离强度：HB5165—1981《金属胶接90°剥离强度试验方法》；

GJB130．8—1986《胶接铝蜂窝夹层结构90°剥离强度试验方法》；

蜂窝平面拉伸强度：GJB130．4—1986《胶接铝蜂窝夹层结构平面拉伸强度试验方法》；

湿热-应力耐久性 参照HB6686—1992《胶粘剂拉伸剪切蠕变性能试验方法》。
3 试验结果
3.1 基本性能

3．1．1 剪切强度

剪切强度是考核结构胶粘剂最基本的力学性能之一，SY-14A和SY-14C两种胶膜胶接不同表面处理的铝合金和不同试验温度条件下的剪切强度试验结果见表1。
3．1．2 剥离强度

剥离强度也是考核结构胶粘剂最基本的力学性能之一， SY-14A和SY—14C两种胶膜胶接不同表面处理的铝合金和不同试验温度条件下的剥离强度试验结果见表2。

表1～表2的试验结果表明，聚砜改性的环氧胶粘剂SY-14A纯胶膜和SY—14C载体胶膜对不同表面处理的铝合金均具有优良的基本胶接性能，在-55～175℃温度范围内胶接强度高，剪切强度和剥离强度变化不大。
3．2 胶接蜂窝结构的基本性能

结构胶粘剂胶接蜂窝的基本性能有剥离强度和平面拉伸强度，采用两种胶膜胶接蜂窝结构的基本性能见表3。从表3的结果可以看出，由于高分子量聚砜改性的环氧胶粘剂具有可控流动性，在蜂窝芯端部形成较好的胶瘤，因而胶接蜂窝性能达到并超过了对高耐久性环氧胶粘剂的要求^[3]。 
3．3 耐环境性能
3．3．1 耐湿热老化性能 胶接试样经温度55℃、相对湿度100％老化后的性能见表4。表4的试验结果说
明，经过长达15000h的湿热老化后，室温的剪切强度和剥离强度没有发生变化，高温剪切强度下降幅度
较大，但仍保持较高的绝对强度值。
3．3．2 耐盐雾性能 胶接试样经35℃,5％NaCL,喷盐雾试验30d后的试验结果见表5。结果说明，热塑性聚砜树脂改性的环氧树脂胶粘剂同样具有优良的耐腐蚀性能，喷盐雾30d后，在-55～150℃温度范围内的胶接性能基本上未发生变化。
3．3．3 耐介质性能 SY-14A胶膜胶接的剪切试样在室温下浸泡于不同介质555d后的剪切强度见图1。从图1所示的结果可以看出，环氧-聚砜胶粘剂胶接的磷酸阳极化铝合金接头无论对极性的水分子、工业乙醇和腐蚀性强的海水，还是烃类的航空燃料、润滑油及液压油，均具有优良的耐介质性能。经过555d，的介质作用，剪切强度还保持在90％左右。
3．3．4 耐应力—湿热老化性能 对胶接剪切试样施加9．0MPa应力，于70℃，相对湿度100％湿热环境中老化3000h后的性能见表6。表6的试验结果说明，环氧-聚砜胶粘剂由于胶接强度高，湿热老化性能优良，在对胶接接头施加较大应力条件下进行老化试验也显示出优异的耐久性，有较高的强度储备。
3．3．5 耐室温盐水浸泡试验 SY—14C／SY-D4胶粘剂体系和与之相匹配的密封剂及保护涂层胶接的铝合金试样经过长达10年多的耐室温盐水浸泡试验结果，见表7。试样破坏情况见图2。

本项试验结果表明，尽管环氧-聚砜胶粘剂胶接接头有相当优良的耐湿热老化性能和耐盐雾腐蚀性能。但长期在盐雾或盐水环境条件下要保持完好的胶接状态，除了要有匹配的胶缝密封剂外，再加上一层表面保护密封涂料也是至关重要的。
3．3．6 耐大气老化性能

用SY-14胶在工厂生产条件下制得的各种胶接试样在北京、南昌、广州和海口投放了10年大气曝晒同时进行了对应试样的人工加速老化(55℃水浸泡)试验。其中，剪切试样曝晒试验结果见图3。从图3所示的结果可以看出，标准试样由于尺寸小，受环境的温度、湿度和盐雾等介质的影响大，因此，在海口地区曝晒10年后，室温剪切强度大幅度下降，个别试样严重腐蚀而脱落。但在潮湿和高热的广州和南昌曝晒10年后，标准试样的室温剪切强度仍然保持相当于原始强度的80％～86％的强度水平。由此可见，沿海地区的盐雾对胶接接头的腐蚀是引起胶接失效的主要因素。用SY-14A胶粘剂制备尺寸为160mm×105mm(铝合金LY12CZ板厚2mm)的扩大剪切试板，由于环境介质对胶接边缘的影响有限，因而，在海口等地曝晒10年后，切取试样的室温和高温剪切强度均未发生变化。其他各项试验结果均表明，板-板剥离、板-芯剥离、蜂窝平面拉伸和蜂窝弯剪等试样强度都未发生明显变化。
4 结论
4．1 聚砜树脂改性环氧胶粘剂是一类优良的结构胶粘剂，SY-14环氧-聚砜胶膜胶接的经磷酸阳极化处理的铝合金接头在-55～175℃温度范围内具有胶接强度高，耐湿热老化、耐介质、耐应力、耐盐雾等综合优良性能。
4.2 10年的盐水浸泡试验和在不同地区10年大气曝晒试验表明，SY—14环氧-聚砜胶粘剂体系具有优良的耐久性。

参考文献
1 Irving Skeist U．S，Handbook of Adhesives Ⅲ，Van Nostrand Reinhold Co．Published,1990
2 王致禄，陈道义等．聚合物胶粘剂，上海科学技术出版社，1988．6，153—154
3 AMS 3695／3《Detail specification for high durability epoxy-base adhesive film for l75℃ service》