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4 飛機(jī)結(jié)構(gòu)粘接—使用的耐久性　　飛機(jī)結(jié)構(gòu)粘接是在接頭形式、受力狀況、被粘材料以及使用氛圍等方面非常復(fù)雜的一種粘接，它對(duì)膠粘劑的性能要求高、內(nèi)容多，隨著航空工業(yè)的發(fā)展，要求還在變化，內(nèi)容繼續(xù)增加，而且要求更加苛刻。航空結(jié)構(gòu)膠的發(fā)展幾乎包含了高性能化、功能化的全部內(nèi)容。由于其應(yīng)用的特點(diǎn)，又提出了更為重要的使用耐久性的要求，使得其功能化向更高的目標(biāo)前進(jìn)。航空結(jié)構(gòu)膠的發(fā)展，大致可以分為4個(gè)階段[11，12]。　　第1階段(20世紀(jì)初～30年代末)—性能改進(jìn)階段這個(gè)階段主要使用天然膠，萊特兄弟第1架飛機(jī)木材和紡織物的粘接，用的就是動(dòng)物蛋白基膠。該膠耐濕性不好，后來換成乳基酪素膠，雖耐濕性有所改進(jìn)，但在潮濕氣氛中，時(shí)間一長就會(huì)失效。1931年福克飛機(jī)的墜落，標(biāo)志這個(gè)階段的結(jié)束。想用天然膠解決耐濕等性能問題，走進(jìn)了死胡同?！　〉?階段(第2次世界大戰(zhàn)～20世紀(jì)70年代初)—高性能化、功能化階段　　這個(gè)階段由于合成高分子科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，為膠粘劑性能提高創(chuàng)造了有利的條件。而膠粘劑的高性能化與功能化，滿足了使用中各種高性能要求，完成了膠種從天然膠到合成膠的轉(zhuǎn)變；被粘材料由木材、鋼鐵向鋁合金、復(fù)合材料的轉(zhuǎn)變；粘接結(jié)構(gòu)由單純的板金到板金與蜂窩夾層板復(fù)合結(jié)構(gòu)、由有孔峰窩向無孔蜂窩的轉(zhuǎn)變。結(jié)構(gòu)膠的類別與系列逐步增加，基本滿足性能要求。這時(shí)耐久性的解決便提上了日程?！　〉?階段(70年代初～80年代末)—解決使用耐久性—高功能化階段　　早期飛機(jī)結(jié)構(gòu)粘接一直對(duì)耐久性沒有引起注意。第1階段的萊特兄弟飛機(jī)，雖然動(dòng)物膠耐水性差，但當(dāng)時(shí)飛行時(shí)間短、而且在天氣好的時(shí)候才飛行，問題未被發(fā)現(xiàn)。?？孙w機(jī)的墜毀籠統(tǒng)地說是木結(jié)構(gòu)的破壞，是木材破壞，還是膠接破壞?不得而知。第2階段的第一架噴氣式客機(jī)重大事故—德哈威蘭慧星號(hào)飛機(jī)墜毀，它是用合成彈性體改性酚醛進(jìn)行主承力結(jié)構(gòu)膠接的，當(dāng)時(shí)認(rèn)為事故原因是此膠耐久性不好。然而，后來證明事故是金屬疲勞造成的，而此類膠耐久性還相當(dāng)不錯(cuò)。因?yàn)楫?dāng)時(shí)表面預(yù)處理方法所形成的氧化層的較薄弱，所以早期環(huán)氧—鋁膠接結(jié)構(gòu)耐久性差，而且在濕氣與循環(huán)負(fù)荷下，許用應(yīng)力明顯下降。人們從中獲得啟示：解決膠接問題，不能只孤立地考慮膠粘劑的性能，要把膠接接頭作為一個(gè)體系，綜合各種性能要求，使其接受耐久性考驗(yàn)。這個(gè)階段航空結(jié)構(gòu)粘接的最大成就是，波音公司鋁材表面磷酸陽極化預(yù)處理方法的引入和美國空軍主承力膠接結(jié)構(gòu)技術(shù)(Primary Adhesively Bonded Structure Technology，縮寫為PABST)計(jì)劃的實(shí)施。PABST計(jì)劃依據(jù)上述觀點(diǎn)，在磷酸陽極化工作的基礎(chǔ)上，首先在膠粘劑制備技術(shù)上加以改進(jìn)，再在多家試驗(yàn)室中予以證實(shí)，最后轉(zhuǎn)入機(jī)身全尺寸段件試驗(yàn)，進(jìn)行了包括濕熱環(huán)境條件下低頻循環(huán)實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的大量、反復(fù)及綜合研究，最后取得成功。其意義在于：為鋁材獲得最高耐久性指明了方向；推動(dòng)了機(jī)身結(jié)構(gòu)在成本、重量、完整性與耐久性等綜合性能的改進(jìn)；成功地研制了一系列耐久性好、與鋁板金和蜂窩夾層結(jié)構(gòu)相匹配的膠粘劑；為其他如鈦合金、樹脂基復(fù)合材料等用膠粘劑的開發(fā)開闊了思路?！　〉?階段(90年代～現(xiàn)在)—解決與環(huán)境相容性—高功能化、智能化階段　　PABST計(jì)劃在航空航天用膠粘劑發(fā)展史上具有重要意義，為膠粘劑在此領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但近年來膠粘劑技術(shù)發(fā)展并沒停止。如果說上一階段是以接頭為體系考慮膠粘劑性能提高的話，這個(gè)階段之主要是以整機(jī)為體系來考慮膠粘劑高性能化與功能化的。以戰(zhàn)機(jī)為例，噴式戰(zhàn)斗機(jī)已發(fā)展到第4代，其設(shè)計(jì)思想發(fā)生了很大變化，空戰(zhàn)樣式從尾追攻擊、近距離格斗發(fā)展到全面攻擊、中距離作戰(zhàn)。第4代戰(zhàn)機(jī)如F—22要求高機(jī)動(dòng)性、隱身性、超音速巡航，高可靠性和長壽命。這對(duì)當(dāng)年“更高、更快、更遠(yuǎn)”(higher，faster and farther)目標(biāo)提出了更新的要求與內(nèi)容，膠粘劑高性能化與功能化必須與之相適應(yīng)；另外，從節(jié)約軍費(fèi)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，美國空軍在原高性能要求的基礎(chǔ)上，又提出了“更久、更廉、更綠”(older，cheaper and greener)的要求[13]。因此，近年來除應(yīng)用膠種和性能更優(yōu)異的膠粘劑不斷出現(xiàn)外，環(huán)境相容(environmentallyfriendly)膠粘劑的開發(fā)也有了新進(jìn)展。例如，不含石棉、亞甲基雙(4—苯胺)等致癌可疑物質(zhì)的高溫膠已研制成功，而溶劑型底膠正向低VOC底膠或無VOC的無機(jī)底膠和水基底膠方向發(fā)展[14]。正在醞釀中的第5代軍機(jī)為智能化的飛機(jī)，要采用精巧設(shè)計(jì)與材料，航空用膠也要隨之發(fā)展。5 智能化—功能化的發(fā)展(1)智能化的提出　　粘接應(yīng)用由簡到繁、性能要求由低到高，膠粘劑隨之也從高性能化向功能化發(fā)展。在功能化過程中，目前有一種新的功能非常引入注目，這就是生物材料具備的特殊優(yōu)異功能。一般材料在負(fù)荷和外界因素長期作用下只會(huì)性能下降、劣化，無修復(fù)、再生的能力，而生物材料卻有此功能。工業(yè)上稱賦有此功能的材料為智能材料(Intelligent material)，其“智能”是通過三個(gè)互相聯(lián)系的部分實(shí)現(xiàn)的：感知外部影響的傳感器(sensor)部分，相當(dāng)于生物的知覺神經(jīng)，具判斷功能；將其做出正確判斷和適當(dāng)處理的處理器(Processor)部分，相當(dāng)于腦部，具判斷功能；起恢復(fù)、再生作用的執(zhí)行器(Actuator)部分，相當(dāng)于生物肌肉骨骼，具應(yīng)答功能。三者互相作用，形成其智能。膠粘劑作為材料之一，所以對(duì)生物所具備的這種功能感興趣，要求智能化，是因?yàn)槠湓谡辰舆^程中遇到了難以解決的問題?！　≌辰幼鳛檫B接方式，較之螺接、鉚接等機(jī)械連接方式有許多優(yōu)點(diǎn)：連接勿需附加物，結(jié)構(gòu)緊湊，表面美觀，且有密封性能，廣泛應(yīng)用于輕量制品的裝配之中。但其有兩大缺點(diǎn)：一是粘接破壞，通常產(chǎn)生于膠層應(yīng)力集中的部位，而且一旦破壞就不能停止，一直延伸下去；再一是粘接完成后就不能將其剝離、解體，即無粘接的可逆性。這兩個(gè)問題不解決，粘接的應(yīng)用與推廣就受到限制，而其解決則寄希望于智能化。(待續(xù))