CN115558446B - 一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂及其应用 - Google Patents

一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳/碳飞机刹半盘二合一用胶黏剂及其应用，所述胶黏剂，包含如下质量份的成分：呋喃树脂68～90份，磷酸3～12份，硅溶胶1～6份，二氧化硅粉1～6份，石墨粉1～5份，碳化硼1～5份。本发明选用呋喃树脂为基础的胶黏剂体系，工业硅溶胶和二氧化硅为自封孔填料，能堵塞碳盘内部孔隙，防止树脂渗入碳盘内部孔隙，并使C型夹锁紧压强可大幅提升，提高胶黏剂固化压强后可大幅提高胶黏剂粘接强度；粘接完成后进行炭化，排除氢、氧等杂原子，具有较高的炭收率和力学性能，能在1000～2000℃工况下保持强度，可以满足碳刹车维修盘的使用工况。

Description

一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种碳/碳飞机刹半盘二合一用胶黏剂及其应用，属于碳/碳复合材料制备技术领域。
背景技术
飞机碳刹车盘由于价格昂贵，在磨损到寿命后直接废弃成本较高。通过将磨损到寿命的碳刹车盘，经过机加工的方式加工成新盘厚度一半的半盘，用胶黏剂粘接，制作成维修盘，可以延续碳刹车盘的使用寿命，具有可观的经济效益。
现有技术在进行碳/碳飞机刹车半盘二合一时，采用纯呋喃树脂胶黏剂，加入磷酸固化剂搅拌均匀后，均匀涂刷在二合一半盘粘接表面上，然后用C型夹锁紧固定，再依次经过固化、炭化再精加工成维修盘成品。然而在粘接二合一半盘过程中，由于炭盘材料多孔性特点，粘接面树脂会渗入材料孔隙中，导致在二合一C型夹夹紧过程中，胶黏剂在粘接界面残存较少，无法形成连续的胶黏剂粘接界面，影响粘接强度。通过提高磷酸含量可以提高胶黏剂粘度，减少胶黏剂渗透进材料孔隙，但会导致涂刷困难，涂刷表面不均匀将导致两个半盘平行度降低，影响后续加工，甚至导致维修盘报废。
现有技术保证胶黏剂粘接强度的方法主要是通过控制C型夹扭紧的压力，并观察二合一胶从边缘流出的量，来保证粘接表面胶黏剂残留满足要求。但通过压力控制留胶率，操作起来十分不易，且胶黏剂固化时缺乏足够压力，会导致胶黏剂力学性能变差，影响粘接强度。因此通过现有技术制作的维修盘，在二合一后进行的炭盘加工过程中，容易松散脱落，导致产品报废。粘接强度不够的维修盘，也可能在装入飞机轮毂后，使用过程中分开，严重时可能威胁到飞机的降落安全。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂。
本发明的第二个目的在于提供一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂的应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂，所述胶黏剂，包含如下质量份的成分：呋喃树脂68～90份，磷酸3～12份，硅溶胶1～6份，二氧化硅粉1～6份，石墨粉1～5份，碳化硼1～5份。
本发明提供的碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂，呋喃树脂为基础胶黏剂，在高温炭化后具有高炭收率，炭化后具有较好的力学性能；磷酸为树脂固化剂与交联剂；工业硅溶胶和二氧化硅为自封孔填料，能堵塞碳盘内部孔隙，防止树脂渗入碳盘内部孔隙，同时由于硅溶胶中含有溶解二氧化硅的成分，可以使二氧化硅部分溶解，在高温炭化过程中亦能成膜封孔，另外发明人意外的发现加入自封孔填料后，C型夹锁紧压强可大幅提升，提高胶黏剂固化压强后可大幅提高胶黏剂粘接强度；因此通过自封孔填料的加入可以同时提高粘接剂力学性能以及碳材料的结合性，另外碳化硼为抗氧化剂，在高温下能迅速与氧气发生反应，防止胶黏剂被氧化；石墨粉为增稠剂和导热剂，可以调节树脂粘度，并在树脂高温炭化后提高胶黏剂导热性。
当然，各成份含量需要有效控制在上述范围内，若硅溶胶等填充料加入过多容易导致胶粘剂粘度上升，不利于涂刷操作，影响二合一后维修盘精度；加入过少则达不到应有的效果。
优选的方案，所述胶黏剂，包含如下质量份的成分：呋喃树脂80份，磷酸6～7份，硅溶胶3～5份，二氧化硅粉2～5份，石墨粉2～3份，碳化硼3份。
进一步的优选，所述胶黏剂，包含如下质量份的成分：呋喃树脂80份，磷酸6份，硅溶胶5份，二氧化硅粉5份，石墨粉3份，碳化硼3份。
优选的方案，所述二氧化硅粉的粒径为400目～2000目。
进一步的优选，所述二氧化硅粉由粒径为400目～800目的二氧化硅粉A，粒径为1000～2000目的二氧化硅粉B组成，其中二氧化硅粉A与二氧化硅粉B的质量比为1:1～3。
发明人发现，当采用上述不同粒径的二氧化硅粉进行级配时，封孔效果更佳。
优选的方案，所述胶黏剂还包含1～2份，优选为2份的短碳纤维。
发明人发现，在胶黏剂中掺入少量增强材料短碳纤维，可以进一步的增强胶黏剂力学性能，增加粘接强度。
进一步的优选，所述短碳纤维的长度为6mm～10mm。
发明人发现，将短碳纤维的长度控制在上述范围内，使得胶黏剂的综合性能最优，而若是长度过长，影响涂刷性能，而若长度过短，则对胶黏剂的力学性能提升不利。
优选的方案，所述胶黏剂的制备过程为按设计例配取各组分混合均匀即得。
本发明一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂的应用，将所述胶黏剂应用于碳/碳飞机刹车半盘二合一制备碳/碳飞机维修盘。
优选的方案，所述碳/碳飞机维修盘的制备过程为：取两个碳/碳飞机刹车半盘，将胶黏剂涂刷于两个碳/碳飞机刹车半盘的单表面，然后将两个碳/碳飞机刹车半盘按涂刷面相对进行重叠，然后锁紧固定，控制锁紧固定的压强为30～50KPa，静置获得二合一盘，固化处理获得二合一固化盘、炭化处理即得碳/碳飞机维修盘。
发明人发现，采用本发明的胶黏剂，可以使锁紧固定的压强大幅提升，从而提高胶黏剂固化压强后可大幅提升胶黏剂粘接强度，提高了碳/碳飞机维修盘的可靠性与寿命。
在实际操作过程中，碳/碳飞机刹车半盘的获得方式为，将废旧碳/碳飞机刹车拆卸钢夹和铆钉，然后去除抗氧化涂层，车削成半盘即得。
优选的方案，任意一个碳/碳飞机刹车半盘的单表面中胶黏剂的涂刷量为5～15ml。将涂刷量控制在上述范围内，最终所得碳/碳飞机维修盘性能最优。
优选的方案，采用C型夹锁紧固定。
优选的方案，所述静置的时间为2～8h。
优选的方案，所述固化的温度为150℃～200℃，所述固化的时间为1～3h
在实际操作过程中，固化处理完成后，松开取掉C型夹，将二合一固化盘放入炭化炉中进行炭化处理。
优选的方案，所述炭化处理的温度为800℃～900℃，炭化处理的时间为1～3h。
优选的方案，取两个碳/碳飞机刹车半盘，将部份硅溶胶、二氧化硅粉混合均匀后，涂刷于两个碳/碳飞机刹车半盘的单表面，阴干，然后再将胶黏剂中的其他组分混合匀匀，涂刷于两个碳/碳飞机刹车半盘的单表面。
发明人发现，先将部份硅溶胶和二氧化硅溶液预涂在炭盘粘接面，阴干后再涂胶，可以提高粘接强度，尤其是对于小而薄的炭盘，采用上述工艺，可以大幅提升力学性能，增加寿命。
在实际操作过程中，将炭化处理后所得二合一炭化盘进行精加工，涂刷抗氧化涂层，安装钢夹和铆钉，成品检验后即得碳/碳飞机维修盘。
原理与优势
本发明选用呋喃树脂为基础的胶黏剂体系，粘接完成后进行炭化，排除氢、氧等杂原子，具有较高的炭收率和力学性能，能在1000～2000℃工况下保持强度，可以满足碳刹车维修盘的使用工况。
由于碳刹车盘材料具有多孔性，在涂刷胶黏剂粘接过程中容易受压渗入材料孔隙中，导致粘接强度低。因此在本发明在胶黏剂中加入具有自封孔的填料，配合石墨粉等导热增稠填料，阻止胶黏剂在粘接界面损失，增加留胶率，有效提高炭半盘二合一胶的粘接强度，保证维修盘使用过程中不散开。另外，胶黏剂在高温下容易发生氧化反应，加入能与氧气反应的无机填料，能有效保护胶黏剂，保证维修盘使用寿命。同时，在胶黏剂中加入微量的短炭纤维，能起到增强胶黏剂力学性能，提高粘接强度的效果。
更重要的是，发明人发现，采且本发明的胶黏剂，在进行半盘二合一时，可以大幅提升C型夹锁紧压强的，而提高胶黏剂固化压强后可大幅胶黏剂粘接强度，从而提高了碳/碳飞机维修盘的可靠性与寿命。本发明所得碳/碳飞机维修盘相比现有技术中的维修盘炭化后粘接拉伸强度可提高2～15倍，维修盘使用寿命可提升20％～50％。
附图说明
图1碳/碳飞机刹车半盘二合一的示意图
具体实施方式
在以下实施例中，所用硅溶胶为工业硅溶胶，工业硅溶胶型号为JN-30。
实施例1
配取呋喃树脂80份，磷酸6份，硅溶胶5份，平均粒径为1000目的二氧化硅5份，石墨粉3份，碳化硼3份，长度为8mm短碳纤维2份，混合均匀，获得胶黏剂。
将所得胶黏剂应用于碳/碳飞机刹车半盘二合一制备碳/碳飞机维修盘(外径200mm，厚度15mm)，所述碳/碳飞机维修盘的制备过程为：将废旧碳/碳飞机刹车拆卸钢夹和铆钉，然后去除抗氧化涂层，车削成半盘；取两个碳/碳飞机刹车半盘，用硅溶胶二氧化硅溶液(硅溶胶3份，1000目二氧化硅1份)预涂刷半盘粘接单表面，阴干；将其他的胶黏剂组份涂刷于两个碳/碳飞机刹车半盘的单表面，然后将两个碳/碳飞机刹车半盘按涂刷面相对进行重叠，然后用C型夹锁紧固定，控制锁紧固定的压强为50KPa；静置6h获得二合一盘，于200℃固化处理2h，再于900℃炭化处理2h。将炭化处理后所得二合一炭化盘进行精加工，涂刷抗氧化涂层，安装钢夹和铆钉，成品检验后即得碳/碳飞机维修盘。
使用效果：涂刷较均匀，半盘重合性好。对维修盘的二合一界面进行检测，抗拉强度915kPa，剪切强度472kPa。
实施例2
配取呋喃树脂80份，磷酸6份，硅溶胶5份，平均粒径为1000目的二氧化硅5份，石墨粉3份，碳化硼3份，长度为8mm短碳纤维2份，混合均匀，获得胶黏剂。
将所得胶黏剂应用于碳/碳飞机刹车半盘二合一制备碳/碳飞机维修盘(外径300mm，厚度20mm)，所述碳/碳飞机维修盘的制备过程为：将废旧碳/碳飞机刹车拆卸钢夹和铆钉，然后去除抗氧化涂层，车削成半盘；取两个碳/碳飞机刹车半盘，将胶黏剂组份涂刷于两个碳/碳飞机刹车半盘的单表面，然后将两个碳/碳飞机刹车半盘按涂刷面相对进行重叠，然后用C型夹锁紧固定，控制锁紧固定的压强为50KPa；静置6h获得二合一盘，于200℃固化处理2h，再于900℃炭化处理2h。将炭化处理后所得二合一炭化盘进行精加工，涂刷抗氧化涂层，安装钢夹和铆钉，成品检验后即得碳/碳飞机维修盘。
使用效果：涂刷较均匀，半盘重合性好。对维修盘的二合一界面进行检测，抗拉强度853kPa，剪切强度450kPa。
实施例3
配取呋喃树脂80份，磷酸7份，硅溶胶3份，粒径为600目的二氧化硅粉A1份，粒径为1500目的二氧化硅粉B1份，石墨粉2份，碳化硼3份，长度为8mm短碳纤维1份，混合均匀，获得胶黏剂。
将所得胶黏剂应用于碳/碳飞机刹车半盘二合一制备碳/碳飞机维修盘(外径400mm，厚度25mm)，所述碳/碳飞机维修盘的制备过程为：将废旧碳/碳飞机刹车拆卸钢夹和铆钉，然后去除抗氧化涂层，车削成半盘；取两个碳/碳飞机刹车半盘，将胶黏剂涂刷于两个碳/碳飞机刹车半盘的单表面，然后将两个碳/碳飞机刹车半盘按涂刷面相对进行重叠，然后用C型夹锁紧固定，控制锁紧固定的压强为50KPa，静置6h获得二合一盘，于200℃固化处理2h，再于900℃炭化处理2h。将炭化处理后所得二合一炭化盘进行精加工，涂刷抗氧化涂层，安装钢夹和铆钉，成品检验后即得碳/碳飞机维修盘。
使用效果：涂刷均匀，半盘重合性好。对维修盘的二合一界面进行检测，抗拉强度755kPa，剪切强度396kPa。
实施例4
配取呋喃树脂80份，磷酸7份，硅溶胶3份，粒径为1000目的二氧化硅3份，石墨粉2份，碳化硼3份，长度为8mm短碳纤维1份，混合均匀，获得胶黏剂。
将所得胶黏剂应用于碳/碳飞机刹车半盘二合一制备碳/碳飞机维修盘(外径400mm，厚度25mm)，所述碳/碳飞机维修盘的制备过程为：将废旧碳/碳飞机刹车拆卸钢夹和铆钉，然后去除抗氧化涂层，车削成半盘，取两个碳/碳飞机刹车半盘，将胶黏剂涂刷于两个碳/碳飞机刹车半盘的单表面，然后将两个碳/碳飞机刹车半盘按涂刷面相对进行重叠，然后用C型夹锁紧固定，控制锁紧固定的压强为50KPa，静置6h获得二合一盘，于200℃固化处理2h，再于900℃炭化处理2h。将炭化处理后所得二合一炭化盘进行精加工，涂刷抗氧化涂层，安装钢夹和铆钉，成品检验后即得碳/碳飞机维修盘。
使用效果：涂刷均匀，半盘重合性好。对维修盘的二合一界面进行检测，抗拉强度710kPa，剪切强度365kPa。
对比例1
配取呋喃树脂80，磷酸6混合均匀，获得胶黏剂。
将所得胶黏剂应用于碳/碳飞机刹车半盘二合一制备碳/碳飞机维修盘，所述制备过程与实施例1相同，只是在C型夹锁紧固定过程中，由于需要保持粘接面有较多的留胶量，只能施加2kPa的压强。对维修盘的二合一界面进行检测，抗拉强度76kPa，剪切强度41kPa。
对比例2
配取呋喃树脂80份，磷酸6份，石墨粉3份，碳化硼3份，混合均匀，获得胶黏剂。
将所得胶黏剂应用于碳/碳飞机刹车半盘二合一制备碳/碳飞机维修盘，所述制备过程与实施例1相同，只是在C型夹锁紧固定过程中，为防止胶粘剂渗透至材料内部，只能施加5kPa的压强。
对维修盘的二合一界面进行检测，抗拉强度124kPa，剪切强度52kPa。
对比例3
配取呋喃树脂80份，磷酸6份，石墨粉3份，碳化硼3份，长度为8mm短碳纤维2份，混合均匀，获得胶黏剂。
将所得胶黏剂应用于碳/碳飞机刹车半盘二合一制备碳/碳飞机维修盘，所述制备过程与实施例1相同，只是在C型夹锁紧固定过程中，为防止胶粘剂渗透至材料内部，只能施加5kPa的压强。
对维修盘的二合一界面进行检测，抗拉强度267kPa，剪切强度141kPa。
对比例4
配取呋喃树脂80份，磷酸6份，硅溶胶1份，平均粒径为1000目的二氧化硅1份，石墨粉3份，碳化硼3份，长度为8mm短碳纤维2份，混合均匀，获得胶黏剂。
将所得胶黏剂应用于碳/碳飞机刹车半盘二合一制备碳/碳飞机维修盘(直径400mm，厚度25mm)，所述碳/碳飞机维修盘的制备过程为：将废旧碳/碳飞机刹车拆卸钢夹和铆钉，然后去除抗氧化涂层，车削成半盘，取两个碳/碳飞机刹车半盘，将胶黏剂涂刷于两个碳/碳飞机刹车半盘的单表面，然后将两个碳/碳飞机刹车半盘按涂刷面相对进行重叠，然后用C型夹锁紧固定，控制锁紧固定的压强为20KPa；静置6h获得二合一盘，于200℃固化处理2h，再于900℃炭化处理2h。将炭化处理后所得二合一炭化盘进行精加工，涂刷抗氧化涂层，安装钢夹和铆钉，成品检验后即得碳/碳飞机维修盘。
使用效果：胶粘剂涂刷均匀，半盘重合性好。对维修盘的二合一界面进行检测，抗拉强度385kPa，剪切强度202kPa。

Claims (9)

1.一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂，其特征在于：所述胶黏剂，包含如下质量份的成分：呋喃树脂80份，磷酸6~7份，硅溶胶3~5份，二氧化硅粉2~5份，石墨粉2~3份，碳化硼3份。
2.根据权利要求1所述的一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂，其特征在于：所述二氧化硅粉的粒径为400目~2000目。
3.根据权利要求1所述的一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂，其特征在于：所述二氧化硅粉由粒径为400目~800目的二氧化硅粉A，粒径为1000~2000目的二氧化硅粉B组成，其中二氧化硅粉A与二氧化硅粉B的质量比为1: 1~3。
4.根据权利要求1所述的一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂，其特征在于：所述胶黏剂还包含1~2份的短碳纤维，所述短碳纤维的长度为6mm~10mm。
5.权利要求1-4任意一项所述的一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂的应用，其特征在于：将所述胶黏剂应用于碳/碳飞机刹车半盘二合一制备碳/碳飞机维修盘。
6.根据权利要求5所述的一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂的应用，其特征在于：所述碳/碳飞机维修盘的制备过程为：取两个碳/碳飞机刹车半盘，将胶黏剂涂刷于两个碳/碳飞机刹车半盘的单表面，然后将两个碳/碳飞机刹车半盘按涂刷面相对进行重叠，然后锁紧固定，控制锁紧固定的压强为30~50KPa，静置获得二合一盘，固化处理获得二合一固化盘、炭化处理即得碳/碳飞机维修盘。
7.根据权利要求6所述的一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂的应用，其特征在于：采用C型夹锁紧固定；所述静置的时间为2~8h。
8.根据权利要求6所述的一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂的应用，其特征在于：所述固化的温度为150℃~200℃，所述固化的时间为1~3h；
所述炭化处理的温度为800℃~900℃，炭化处理的时间为1~3h。
9.根据权利要求6所述的一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂的应用，其特征在于：取两个碳/碳飞机刹车半盘，将部份硅溶胶、二氧化硅粉混合均匀后，涂刷于两个碳/碳飞机刹车半盘的单表面，阴干，然后再将胶黏剂中的其他组分混合均匀，涂刷于两个碳/碳飞机刹车半盘的单表面。
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