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粘接方案的选定

时间:2011-04-03 11:14来源: 作者: 点击:
不均匀扯离强度和冲击强度.大胆采用粘接技术.人造卫星粘接部件有铝合金蜂窝结构的制造及其与其他部件的粘接.中心螺线管长2.7m.必须采用粘接技术.已由20世纪80年代的粘钢加固发展到
    一、无需顾虑坦然应用
 
    现代粘接技术已为工业领域和日常生活提供了快速而简便的连接方法,使用过胶黏剂的人无不受益匪浅,但开始想用者难免心存疑虑。近代以粘接方法修补铸件砂眼、缩松等,不需动火,不改变缺陷周围的金相结构,安全节能,应该说比焊补方法效果更好。然而,起初并非所有人都笃信无疑,总是提出这样或那样的问题。经过多年实践考验。现已被认可并在大量应用。因此,能否采用粘接技术,解决传统、习惯、偏见、怀疑、担心、抵触等思想问题,往往比具体的技术问题更为困难。国外曾有人提出,粘接的成败也与心理学有关,看来确有一定道理。只要能勇敢去用,就迈出了粘接入门的头一步,这一步相当不容易,首先要求使用者放弃传统观念的约束,对粘接有浓厚的兴趣和必胜的信心。可以说,入门并不很难,成功绝非梦想。
    有人觉得粘接不如焊接牢固,又不耐高温,故不相信粘接能用于工程领域,特别是结构粘接,其实这完全是一种误解。诚然,从绝对强度来看,粘接还比不上焊接,但有时也没有必要过分追求高强度。况且,相同面积的粘接要比铆接、焊接的剪切强度提高40%~100%,疲劳强度高5~6倍,只是剥离强度、不均匀扯离强度和冲击强度,。粘接比铆接、焊接低50%~80%,但也有少数环氧胶黏剂的不均匀扯离强度接近于铆接和焊接。
    粘接具有独特的效用,有时焊接难能做到之事,粘接却显出神通,甚至更胜一筹。例如陶瓷、玻璃、大理石类的脆性材料,既不易打孔,也不能焊接,而用环氧胶黏剂粘接则简便快捷,工少效高。还有,以粘接代替铆接可以将铝板的厚度由1.24mm降到0.51mm。粘接金属零部件,每吨胶黏剂可节约1.8t金属紧固件,其结果是节省材料、减轻质量、减少加工、节约人力、降低成本。粘接独具特色,好处如此之多,何而不用之。
    从实际应用来看,飞机最早采用结构粘接,性能要求也最高,几十年来飞行证明安全可靠。当然航空工业使用粘接技术也不是一帆风顺,经历了一番考验。1944年7月,英国用胶黏剂粘接战斗机主翼获得成功,以后又应用于名为“彗星”的飞机制造上,但不久不幸坠落,引起轩然大波,怀疑毛病出于粘接。然而经调查后发现,飞机损坏是因金属疲劳断裂引起,而粘接部位却完好无损,从此合成胶黏剂的信誉大增,名声大振。此后,航天飞机、宇宙飞船、人造卫星、运载火箭、战略导弹等尖端高科技领域都应用了粘接技术。毫无疑问,其他行业更应无所畏惧地采用粘接技术,实无必要因担心而裹住手脚,更不要像第一个吃螃蟹那样畏难。
    毋庸讳言,粘接的置信度至今仍不及机械连接,尚且还不能彻底消除来自各方面对粘接结构可靠性的余虑。其实只要合理选胶、合理设计、合理工艺、合理使用,粘接完全可以代替焊接、铆接、螺接,用于结构连接。应该消除传统偏见,让胶黏剂粘接的概念灌输到产品设计者和领导者的思想中去,正确认识粘接简便快捷、牢固可靠、防腐美观、高效节能、应急解难等独特的优点,充分发挥粘接技术的威力,大胆采用粘接技术,则是上策明智之举。
 
    二、成功应用受益无穷
 
    粘接历史悠久,应用日益广泛。航空用结构粘接已有近70年的历史,20世纪40年代已用于早期木质飞机的结构连接。此后,英国哈维兰德公司又用于鸽子号客机机身壁板及翼板的粘接,开创了胶黏剂在飞机中铝合金结构粘接的先例。而后,Redux系列胶黏剂在福克系列飞机、三叉戟、BAE-146、空客系列等机种中均获得成功应用。2005年1月诞生的世界最大的客机空中客车A380,大量使用了高性能的碳纤维复合材料,当然离不了粘接。A320、A340空中客车飞机已普遍采用FM系列环氧结构胶黏剂及相应的抑制腐蚀底胶。一架波音747飞机的粘接面积高达2370㎡,使用了3700㎡环氧胶膜。前苏联苏-27歼击机采用了BK-36高耐久环氧胶黏剂。
    人造卫星粘接部件有铝合金蜂窝结构的制造及其与其他部件的粘接、太阳能电池片的粘接、桁架的粘接,还有天线、电器元件、光学元件、温控装置、热防护层等的粘接。
    欧洲阿里亚娜4型运载火箭整流罩的前锥和圆柱段均采用蜂窝夹层结构,属碳纤维增强的面板与蜂窝夹芯的粘接结构。
    导弹也大量采用粘接结构,如美国“入座马”地-地导弹隔热层就采用蜂窝夹层结构;“斗牛士”地-地导弹的弹翼采用粘接的夹层结构制成;“鹅式”地-地导弹弹体以层状复合材料粘接而成;“奈基”地-空导弹操纵面板采用粘接的蜂窝夹层复合材料制成。
    核装置中应用爱游戏老版本下载 胶黏剂制造中心螺线管和10个控制线圈,该二元件控制主真空室中发生的等离子体形状和位置。每一控制线圈为直径3.5m、重3t的巨物;中心螺线管长2.7m,外径330mm,重1t。
    随着车辆现代化的迅速发展,环氧胶黏剂粘接的应用越来越广泛。尤其是汽车结构轻量化的要求,使得以轻质高强的工程塑料代替钢板技术发展很快,特别是玻璃纤维增强塑料(FRP)和片状模塑复合材料(SMC),在汽车上用于制造车身面板和外装件(车身顶棚、座舱顶盖等)。但FRP和SMC不能用传统的焊接方法与车身构架组装,必须采用粘接技术。
    建筑结构胶蓬勃兴起,用于各种结构件的加固,包括梁柱补强、修复桥梁、悬臂梁粘接、水泥柱头接管等,已由20世纪80年代的粘钢加固发展到20世纪90年代粘贴碳纤维片材加固。由于碳纤维片材质轻,仅为钢板的1/8,而强度却是钢板的7~10倍,其高强轻质、防腐耐久、施工便捷,使钢板无法使之相比。
    1978年辽阳化纤厂(现为辽阳石化分公司)采用法国西卡杜尔(Sikadur)31#建筑结构胶,修复配筋不足的大梁获得成功。
    厦门市某立交桥大部分钢筋混凝土箱梁出现了裂缝,2000年采用环氧胶粘贴1~2层碳纤维片材加固修复,加固后的立交桥运行2年,复验正常。
    环氧结构胶黏剂使海沧大桥转危为安,2002年夏季,号称中国第一的诲沧大桥出现较大面积破损和裂缝,部分桥面凸凹不平,个别地方甚至露出水泥钢板。因为在建设时设计认识不足,承载能力不够,且海沧大桥进岛车道驶入的重车、超载车辆较多,加之大雨高温,加速了桥面铺装层的损坏,经研究决定采用高性能爱游戏老版本下载 胶进行修复,经1年的运行表明效果良好。
    法国戴高乐机场候机厅在建设中一些支柱出现过裂痕,就是用环氧胶黏剂和碳纤维修复的。
    水电工程的岩质高边坡开挖大都采用预应力锚索、锚杆加固,但因承受巨大压力,仅靠锚固段的强度不够。需将锚索与钢制套管连接在一起,采用焊接虽能达到高强度,然而高温又损强度,且难度很大,而采用环氧结构胶黏剂粘接很方便,又能达到设计要求。1993年3月以粘接技术处理的李家峡水电站预应力锚索经5年考验情况良好。
    2005年10月12日成功发射的“神舟六号”载人飞船,使用J系列特种结构胶黏剂将飞船的天线、地板、座舱、仪器舱及太阳能电池板等牢固粘接,确保了在发射后飞行时未出现脱离、分离等现象,使飞船安全返回。
    粘接技术应用成功的实例真是太多太多,不胜枚举,仅此足以说明粘接威力无穷,受益匪浅,在产品制造、损坏修复、密封治漏、防腐保护等方面都能尽显神通,并可促进各行各业的创新、节能、降本、增效、环保、安全。如此实惠技术,确有使用价值,如今已趋成熟,切莫等闲视之。
 
    三、组合粘接锦上添花
 
    组合粘接技术又称复合粘接技术,是粘接方法的新发展,对于扩大粘接技术的应用具有非凡意义。所谓组合粘接技术,就是将不同特性的胶黏剂配合使用。也就是说在同一粘接操作中同时使用2种以上的胶黏剂,可以扬长避短,充分发挥各自的优点,获得良好的综合性能,更有效地解决实际问题。
    根据胶黏剂本身的特性,考虑具体的用途,可以进行多种组合,以达到预期的目的。例如爱游戏老版本下载 胶黏剂强度高,粘接能力大,但一般固化速度较慢,对于一些应急修补不很方便,而502胶(α-氰基丙烯酸乙酯胶)固化极快,若是将被粘物表面涂环氧胶时留下一些空位,滴上502胶,当叠合时由于502胶的瞬间固化,而使其快速定位,之后环氧胶再慢慢固化。也可以先用502胶精确定位,再灌注或填充环氧胶。
    环氧胶黏剂韧性较差,即使是加入一般的增韧剂,有时也不够理想。若是粘接柔性与硬质材料,可采用环氧胶黏剂与氯丁胶黏剂(801胶)组合的方法,即在被粘物表面上间隔涂上801强(大)力胶,晾置一段时间后,再于未涂801强力胶处涂上环氧胶黏剂,叠合后可立即定位,整个体系既保持了环氧胶高的剪切强度,又具有氯丁胶黏剂的韧性。
    也可采用分段组合粘接方式,即接头的一段涂室温固化柔韧性胶黏剂,另段涂耐热胶黏剂,不仅能提高在准静应力下的强度,而且可改善动态疲劳强度。
    环氧胶黏剂常用于缸体裂纹和容器渗漏的修复与治漏,但因黏度较大不易渗入裂缝之中,影响粘接修复效果。如果先于裂缝中滴上厌氧胶,因其黏度小可很快渗入,快速粘堵,然后再涂以环氧胶黏剂,这种厌氧胶和环氧胶组合修复与治漏的效果非常好。
    对于有些储油容器的堵漏或不易彻底除油的表面要求性能较高的粘接,也可采用组合粘接技术。先于被粘接处涂以粘接油面的快固丙烯酸酯胶黏剂迅速粘堵,然后再以环氧胶黏剂和无碱玻璃纤维布进行增强,既快速又牢固。
    弹性体改性爱游戏老版本下载 和酚醛-缩醛胶黏剂都可用于橡胶与金属的粘接,但单独使用时所粘接的制品强度不够高,也不能在高温高湿环境使用。若将表面适当处理的钢铁先涂上一层改性环氧胶黏剂,再贴上一层酚醛-缩醛胶膜,接着与丁腈橡胶、丁苯橡胶或氯了橡胶等叠合,于0.15~0.20MPa下,150~160℃硫化15~20min。组合粘接比单独粘接的剪切强度提高1倍多,而经150h沸水煮后的剪切强度要高2倍以上。
    对于充装强酸性介质且在60~70℃作业的槽或罐防腐确是难题,一般的树脂涂层、橡胶或玻璃钢加衬防腐层,使用时间达不到1年。单独采用呋喃树脂防腐效果没有问题,但呋喃树脂粘接性差,胶层易脱落,而环氧胶的耐腐蚀性满足不了要求。如果将几种胶黏剂复合使用,即在处理好的金属基体表面上先涂环氧胶,粘贴无碱玻璃布。当基本固化后,再涂酚醛-环氧胶,仍粘贴玻璃布,最后涂覆呋喃树脂胶。实际运行22个月防腐层完好无损。
    以上仅举几例,实际上可以根据具体情况进行多种组合,满足各种不同的要求。由此可见,组合粘接是优势互补,协效生辉,确保粘接技术的广为有效应用。
 
    四、混合连接协同增强
 
    混合连接是指粘接与机械连接相结合的方式,常用的有粘接-铆接、粘接-螺接、粘接-焊接、缝制-涂胶、粘接-钉接、涂胶-嵌接、涂胶-榫接等。混合连接能够扬长避短,相得益彰,与铆接配合,降低内应力,且能密封防腐;与螺接配合,可紧固防松;与焊接配合,即谓粘接焊接,二者优点兼具;与镶嵌配合,更加牢固可靠;与榫接配合,能防止松动。混合连接为粘接可靠耐久应用,提供了切实保障。
 
    (一)粘接-铆接
    粘接与铆接并用能够改善连接强度,提高接头的承载能力和可靠性,减小铆钉孔的应力集中,提高结构件的疲劳强度等。美国于20世纪50年代在F102、F106和Convair880、990飞机机翼整体油箱上采用了丁腈橡胶改性酚醛爱游戏老版本下载 胶膜粘接-铆接结构。经20年的使用实践表明,粘接-铆接结构可有效地提高结构的密封效果和耐疲劳性能,并且维修简便,使用效果比铆接密封更好。
 
    (二)粘接-螺接
    粘接与螺接并用也可提高接头的连接强度,避免松动,延长寿命,提高耐久性。应当采用固化过程中几乎不产生低分子物的加聚反应型胶黏剂,厌氧胶最为方便实用,无溶剂型改性环氧胶也有很好的效果。
 
    (三)粘接-焊接
    粘接-焊接又称粘接点焊、胶焊、粘焊,是利用焊接与胶黏剂粘接相结合制备结构件的方法。胶焊是一种先进的工艺方法,具有连接强度高、应力分布均匀、耐疲劳性好、结构质量轻、密封又防腐、可进行阳极氧化、生产效率高等特点。粘接-焊接部位的刚度和强度有明显提高,例如以改性环氧胶先涂胶后点焊,可使其强度比单纯点焊提高60%以上。
    粘焊首先起源于前苏联,用于运输飞机的制造,也用于电子、电器行业。美国、日本、中国等现已将粘接点焊工艺普遍地用于汽车制造。粘焊有两种实施方法,即先胶后焊或先焊后胶,前法费时且涂胶难以均匀,又不易控制涂胶量;后法对胶黏剂要求十分苛刻。而采用胶膜法即点焊密封胶带则使施工工艺简单,且不存在流胶污染电极之缺陷。只需在粘接点焊接合面中间夹上一层胶膜,然后在需要点焊的部位开一个比焊点略大的孔,再进行点焊固化。
    粘接-焊接效率很高,可代替飞机76%~80%的铆接结构。粘接-焊接能实现快速、牢固、可靠的粘接,比其他任何一种连接方式都更强劲、更耐久、更耐疲劳、更高效、更实用,可谓是最好的结构粘接方法。
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