高分子材料与航空航天

高分子材料与航空航天21世纪是新型材料为物质基础的时代。各种高分子材料以它优异的性能在各种方面领域有广泛的应用。在飞机制造工业中，由于高分子材料的使用，飞机本身的质量的减轻性能更加稳定的同时也减少了能源的消耗。本文主要是列举了几种常见的高分子材料在飞机上的应用。自1903年美国人莱特兄弟发明了飞机并成功试飞到现在的空客A-380和波音梦幻787。人类像鸟一样的飞翔的梦想早已经成为了现实。随着高分子材料被应用在制作飞机的材料上，使得飞机的性能越来越好。在航空工业中，腐蚀与防腐是个重要的问题，可是一般的金属防腐蚀的效果很差，由于高分子材料耐酸，碱，盐介质的腐蚀性优于金属和其他的合金材料，故被应用在飞机的制作上。另外，高分子材料具有密度小，强度大的优点，这对减轻飞机本身的质量和减少能源的消耗都有重要的意义。一、塑料在飞机上的应用塑料是由高分子化合物（天然或是合成的树脂）为基础组成的具有可塑性的材料。它密度小，比强度高，良好的电绝缘性，绝热性，隔声性，耐磨性等使得它在航空工业上应用很普遍。1、有机玻璃（PMMA）有机玻璃的主要的成分是聚甲基丙烯酸甲酯，另外含有增塑剂（常用的增塑剂是邻苯二甲酸二丁酯）。它有透光性好（透过99%的太阳光），常温下强度大，耐腐蚀性和绝缘性好，用作飞机坐舱盖、可防止空中突然爆破。也用于制造飞机风挡玻璃和一些仪表的外壳上。但是它也热膨胀系数大，受温度和日光的作用下性能下降的缺点。2、聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯塑料是聚氯乙烯树脂中加入抗氧化剂，增塑剂等制成的。含增塑剂较多的成为软聚氯乙烯塑料，其性质柔软，耐摩擦，耐酸碱性，耐油性和电绝缘性好，在飞机上常用作电线和电缆的保护套，液压系统和冷气系统的密封垫。3、酚醛塑料酚醛塑料俗称电木，主要成分是酚醛树脂，其余是填料和颜料，它具有较大的强度，良好的绝缘性，不易受溶液的侵蚀，能在100-130℃在工作。以布，玻璃布作为填料的酚醛塑料的抗拉强度和冲击强度的力学性能都很高，吸振性能也很好，应用在齿轮，滑轮，发动机架的缓冲器垫片，飞机操纵踏板，驾驶盘，配电盘等处。以石棉作为填料的酚醛塑料有很好的耐热性，耐磨性，用来制造飞机的刹车系统的零件。4、环氧树脂塑料环氧树脂塑料是向环氧树脂（环氧丙烷与二酚基丙烷缩聚而成）中加入填料制成的一种热固性的塑料。航空工程应用较多的是玻璃纤维作为填料的环氧树脂塑料（玻璃钢），其强度大，有良好的绝缘性和化学稳定性，吸湿性用于制造雷达天线整流罩等绝缘零件。另外环氧树脂和金属，木材，陶瓷，橡皮，玻璃都有较好的粘结性，所以还用好制造胶粘剂和涂料。二、胶黏剂在飞机上的应用胶黏剂是一种具有良好粘合性能，能将各种相同或是不同的材料牢固地粘合在一起的物质。任何型号的飞机都有需要密封的区域，例如承受空气增压的密封舱，阻止燃油渗漏，气味窜流，腐蚀性液体侵蚀等结构区域。胶黏剂已成为现实飞行器零部件连接的重要材料之一，广泛用于各种结合面的连接。现代飞机的结合面有67%左右时用胶黏剂连接的。飞机上应用胶黏剂有如下的特点：⑴可以减轻飞机的结构质量，增加航速，如大型的雷达采用胶黏后质量可减轻20%。不仅如此，机体表面采用胶黏后，光滑平整保证了良好的气动力外形，有利于改善飞机的飞行性能，增加飞机的飞行速度。⑵采用胶黏时，整个胶接面能承受载荷，应力分布均匀，因此抗剪强度和抗压强度高。⑶胶连结构具有密封和防腐的作用，飞机上的一些部位都要制作成密封隔舱，对于这些隔舱来说，燃油和空气被密封住。这种材料的应用使得防腐效果有了很大的进步。⑷胶连可以在较低的温度进行，这样可以避免敏感的部位受到损坏。下面介绍一下飞机上常用的胶黏剂。1、酚醛树脂胶1.1E-5胶由酚醛树脂，聚乙烯醇缩甲乙醛树脂，酚醛环氧树脂和丁腈橡胶作为主要原料。具有良好的韧性和密封性，适用于铝，钢等金属之间的连接。1.2酚醛-丁腈胶（J-03）由酚醛树脂与丁腈橡胶在有机溶剂中冷混而成。具有良好的耐热性，耐寒性，优异的弹性和良好的粘结性，适用于胶结各种材料或是制作蜂窝结构。1.3204胶由酚醛-缩醛型胶加有机硅化合物组成。常温到250℃都有满意的强度，适用于钛合金和硬铝等金属材料和蜂窝结构的胶连。2、环氧树脂胶环氧树脂俗称“万能胶”。由环氧树脂，胺类或是酸酐，无机填料按一定的比例配成。航空中常用有：自力-3，H-703，HYJ-6三种。2.1自力-3具有优良的抗疲劳强度，固化过程挥发物少。适用于金属和非金属的连接。2.2H-703它耐老化和耐水性能好，用于胶结不锈钢，铜等金属和玻璃，陶瓷，木材等非金属材料。2.3HYJ-6具有良好的耐淡水，海水，乙醇，丙酮，燃油和耐气性，适用于金属和玻璃钢的大面积的胶结。3、101胶（聚氨酯胶）101胶具有良好的粘结性，如软性，绝缘性，耐水性和耐磨性用于铝，钢，玻璃等材料胶结，还用做尼龙等织物，皮革，涤纶薄膜上的涂料。以上可以看出高分子材料已经在飞机的制造和维护中有了广泛的应用，可以说现代的飞机如果离开了高分子材料它将飞不起来。人们也在努力的研发具有特殊功能的高分子材料以满足飞机性能提升的需要。高分子的材料的应用是人类使用物质材料的一次革命。越来越成熟的高分子材料的制作技术和新型多功能高分子材料的研发更好的不断满足了人类社会发展的需要。物质社会的发展也必将给高分子材料的发展强大的推动作用。