● 摘要
胶粘剂粘接技术在飞行器的制造和维修中的应用越来越广泛，粘接工艺具有成本低廉，工艺简单，粘接结构质量轻，耐疲劳性能好等优点，这对简化生产和维修工艺，降低成本，提高产品质量都有很大帮助。与传统的打铆钉修补方法相比，光固化胶粘接修补技术具有粘接速度快、不会形成新的应力集中源且承载面积大、易成形、可达性好（使用修理工具少、适用于空间狭窄的损伤修复）、通用性好、增重少等特点。本课题旨在选用具有更高比模量、高比强度、耐疲劳、耐磨、防弹和轻质高强性能，以及更好耐腐蚀性的芳纶纤维作为补片材料，以扩展损伤补片技术在航空航天，机械制造等领域的应用范围。本文一方面采用化学改性方法，利用MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）、乙酸酐、磷酸溶液对芳纶纤维表面进行改性，以增大胶粘剂和芳纶纤维的浸润性，提高其粘接强度。通过大量改性实验，确定对芳纶纤维表面处理的较优改性方法和条件，探究芳纶纤维表面改性的原理。另一方面，应用现有的常用于光固化涂料和光固化油墨的聚氨酯改性环氧树脂光敏预聚物，添加必要的光敏引发剂、光敏稀释剂和光固化交联剂等助剂，配制光固化胶，通过GPC（凝胶渗透色谱）、1H-NMR（核磁共振）、EDS（X射线能谱仪）、FT-IR（红外分析）、DSC（差示扫描量热法）、TGA（热重分析）、DMA（动态机械热分析）等现代物理测试方法对所述聚氨酯改性环氧树脂光敏预聚物进行分析，得出分子结构和粘接性能之间的对应关系，同时探究所述光敏预聚物的粘接强度与分子量/分子量分布之间的关系。结果发现，通过MDI、乙酸酐和磷酸溶液对芳纶纤维的改性，提高了胶粘剂和芳纶纤维的浸润性。芳香族聚氨酯环氧丙烯酸酯胶粘剂对芳纶纤维的粘接强度较高。在一定范围内主要组分的分子量越小，则胶粘剂的粘度越小；如果胶粘剂预聚物体系中存在少量（例如约为5 ~ 15 wt%）高分子量（例如Mn约为10000 ~ 50000）组分和较大量（例如40 wt%以上）的较低分子量（例如Mn约为200 ~ 500）组分，那么与分子量分布较窄、主要组分（例如50 wt%以上）分子量较高（例如Mn约为1000 ~ 3000）的预聚物相比，胶粘剂的分子量分布越宽，则胶粘剂的粘接强度也越高。