一种碳/碳飞机刹车半盘二合一用胶黏剂及其应用的制作方法

1.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：

2.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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.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。
6.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。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.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。
9.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。
10.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。
11.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。
12.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。
13.优选的方案，所述二氧化硅粉的粒径为400目～2000目。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.进一步的优选，所述短碳纤维的长度为6mm～10mm。
19.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。
20.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。
21.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。
22.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。
23.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。
24.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。
25.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。
26.优选的方案，采用c型夹锁紧固定。
27.优选的方案，所述静置的时间为2～8h。
28.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
29.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。
30.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。
31.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。
32.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。
33.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。
34.原理与优势
35.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。
36.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。
37.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
38.图1碳/碳飞机刹车半盘二合一的示意图
具体实施方式
39.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。
40.实施例1
41.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。
42.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。
43.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。
44.实施例2
45.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。
46.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。
47.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。
48.实施例3
49.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。
50.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。
51.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。
52.实施例4
53.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。
54.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。
55.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。
56.对比例1
57.配取呋喃树脂80，磷酸6混合均匀，获得胶黏剂。
58.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。
59.对比例2
60.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。
61.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。
62.对维修盘的二合一界面进行检测，抗拉强度124kpa，剪切强度52kpa。
63.对比例3
64.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。
65.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。
66.对维修盘的二合一界面进行检测，抗拉强度267kpa，剪切强度141kpa。
67.对比例4
68.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。
69.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。
70.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。