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膠黏劑:飛船、飛機、高鐵的“守護神“!

添加時間:  2018-11-14


      由於選用了合適的密封膠, 聯盟MS-09飛船“漏氣”事件最終有驚無險,但並不是每次航天事故都能這麽幸運。曆史上,因為飛船密封性問題引發的最為慘烈的事故是前蘇聯的聯盟11號。在這次太空遇難事件中,三名航天員全部喪命。  


      根據當年參加現場救援的相關人員回憶,救援人員在出事飛船著陸後迅速進行救援,但是當他們打開艙門時,眼前看到的卻是三位端坐的宇航員,他們睜著眼睛,麵無表情,臉上能夠隱約看到暗色斑塊,鼻子和耳朵有大量出血。經事故調查,產生災難的原因是返回艙的壓力閥被返回艙與軌道艙分離過程中產生的強烈震動震開,引起密封性破壞,導致返回艙內空氣泄露,壓力驟降,最終奪走了三名宇航員的生命。



航空製造技術研究院材料應用研究部表示,很多時候單一性能指標滿足需求並不能作為判斷密封膠合格的標準。事實上,應用於飛船返回艙當中的密封膠除具有耐高低溫交變和良好彈性外,還必須具有優異的耐燒蝕和絕熱特性。其中任何一個性能指標不能滿足需求,都有可能成為航天事故的潛在威脅。


根據密封膠使用部位的不同,要求各異,選擇合適的密封膠至關重要。例如,用於火箭導彈和衛星等航天器上的密封膠,除需要滿足一般工業用密封膠的性能外,還需要滿足他們處於發射狀態和發射、在軌道上運動及重返大氣層等經曆的各種特殊環境要求。而艦船搭載的導彈必須具有長期耐海水和鹽霧侵蝕能力;用於飛機伺服機構的密封膠,需要滿足120-180℃高溫下耐航空液壓油的要求,然而用在地球同步軌道上運行的航天器,其環境交變溫度為則是-157℃-120℃。


用於有關部位的密封膠不僅需要具有適應嚴酷的交變溫度特性,還必須具有耐高溫粒子及電磁波輻射特性,並且在高真空環境下沒有或極少有揮發物及可凝性揮發物釋放出來,以免汙染航天器上的高精度的光學儀器和有關部位。與之相反,應用於液氫液氧發動機係統的膠黏劑,必須具有耐超低溫(-253℃-183℃)的優良特性。



科技創新使人們曾經的夢想成為現實,膠黏劑領域的科研人員將持續不斷地努力以推進新型功能化膠黏劑的創新發展。目前我國的功能化膠黏劑在種類、特殊性能、質量等都有了巨大的進步,有些已經處於世界領先地位。


"神州"一項重要改進和膠有關


神州五號載人航天航天員楊利偉在一次接受媒體采訪時提到,當年他在整個飛行過程中經曆了兩次最驚心動魄的時刻。第一個驚魂時刻是在火箭升上到三四十公裏的高度,火箭的燃料與飛船艙體產生共振,附加到楊利偉身上是個高達6G的低頻共振。人體本身對10HZ以下的低頻振動非常敏感。楊利偉回憶說,當時他感覺自己的五髒六腑都要炸裂,內心一直處在心悸的狀態內。幸運的是,這種從內到外的無法承受之重,在持續了26秒之後,慢慢減輕。事後,經科研人員確定,這種共振主要來源於火箭的振動,而當時的減振材料沒有有效抑製共振的產生。一旦這種低頻共振真的與內髒的振動形成最大幅度的疊加,人體的內髒就可能無法承受,危險至極。第二個驚魂時刻是在飛船返回地麵的時候,因為飛船速度非常快,盡管通過降落傘以及反推發動機大大降低了飛船接觸地麵的速度,但仍然存在很大的反衝力。據楊利偉回憶,神舟五號飛船在第一次降落之後發生回彈,造成艙內巨大的震動,致使他嘴角撞向了麥克風。



“如果回彈衝擊的問題不解決,航天員在減振中不是嘴角而是其他致命部位撞到硬物,情況會怎樣?”據悉,這兩次驚魂時刻都與阻尼膠黏劑有關。如果當時神州五號飛船使用的阻尼膠黏劑能夠滿足減振需求,就不會出現這兩次驚魂時刻。讓人欣慰的是,研究人員在了解到楊利偉的感受和遭遇後隨即進行攻關,反複試驗,最終經過長達五年的創新發展,使得共振問題在神舟七號飛船中得以徹底解決。



膠黏劑還是飛機的“守護神”


飛機在經曆較長時間服役後,其結構的完整性往往受到極大的影響,造成這種影響的因素有以下三種:一是應力損傷,主要是長期使用引起的疲勞損傷。二是環境損傷,是由使用環境對結構的作用而引起的,其表現為腐蝕問題。三是意外損傷,例如飛鳥碰擊、雷擊及地麵人為的撞擊等。隨著時間的推移,在疲勞、腐蝕和意外這三個因素中,腐蝕和意外的危害越來越突出,對飛機結構的影響和對飛機安全的威脅也越來越嚴重。而功能化膠黏劑就是飛機的“保護神”。



功能化膠黏劑輕薄方便,高性能壓敏膠底膠使功能化膠黏劑與飛機表麵之間能夠形成牢固、可靠的結合層,使用和施工非常方便,不需要專門的技巧和工具。而且這類功能化膠黏劑多采用無溶劑技術製造,所以在室內長期使用時不會釋放出對人體有害的易揮發有機成分。無論是民用飛機或者軍用飛機,隻需輕鬆地將不同種類的功能化膠黏劑貼敷於飛機表麵,就可以使飛機免受風、雨、雪、冰雹、水汽、砂礫等的撞擊和腐蝕,從而提高飛機防腐蝕以及抗意外風險能力。



功能化膠黏劑還能保護飛機雷達天線罩。據統計,一架飛機平均每飛行1000小時,總會遭受一次雷擊。如果不幸,雷擊發生在飛機的“頭部”,飛機發生事故的概率將大大地增加。這是因為飛機的雷達裝置一般安裝在飛機的最前端,然而現在隨著飛機輕量化的發展,飛機的主體材料是由複合材料組成,這種非金屬材料根本不能承受雷電擊中時瞬間產生的3000℃的等離子高溫,將直接在飛機表麵發生灼蝕,從而引發通訊故障。沒有了通訊係統的飛機相當於人失去了雙眼,它的何去何從,將全靠天意,後果不堪設想。於是在製造飛機時,常用一種透明聚氨酯保護罩對飛機雷達天線罩進行保護。比如,美國戰鬥機F-16就在發動機入口等多處采用一種聚氨酯保護罩。我國也有相關科研團隊利用環氧樹脂作為基體樹脂,製備出一種防雷擊的環氧導電膠膜。在模擬雷擊實驗中,研究人員發現,將該防雷擊環氧導電膠膜貼敷於飛機“頭部”,雷擊損傷深度降低為未貼防護膠膜時候的三分之一。



飛機腹部在起飛和降落時非常容易受到飛機起落架所拋起來的石塊的衝擊而造成損害。美國C-130運輸機就用到了一款具有優異的彈性和抗衝擊性的聚氨酯膠帶。這種膠帶可以將石塊帶來的衝擊耗散掉,從而長期保護C-130運輸機不受傷害。


具有耐磨損、耐刺穿、耐衝擊、防雷擊等特性的功能化膠黏劑可以用來保護飛機免受風、雨、雪、砂礫、微塵、冰雹的侵蝕。並且,這類功能化膠黏劑已經在美國的波音747、F-16戰鬥機、C-130運輸機和AH64攻擊直升機等多種型號的飛機中得到廣泛使用。


高鐵車廂裏的舒適也離不開膠


除了航天器,膠黏劑在高鐵上也大展身手。我國是世界上高速鐵路運營裏程最長和商業運營速度最快的國家。隻要坐過高鐵的人,都會有一種體會,在高鐵車廂裏麵的環境是舒適和安靜的。但是,這種安靜並不是與生俱來的,而是科技創新的產物。



有網友曾實拍過,高鐵在行進過程中巨大的轟鳴聲比飛機起飛還恐怖,而坐在高鐵車廂中的乘客卻根本沒有這樣的感覺,大家看手機玩遊戲打撲克不亦樂乎,這主要得益於一種阻尼膠黏劑。在巨大的噪音向高鐵內部傳遞過程中,一旦遇到阻尼膠黏劑,外在振動和聲波帶來的能量將直接被耗散掉,從而為坐在高鐵內部的乘客提供安靜而舒適的環境。



有人曾在高速行進的高鐵窗台邊緣放置一枚一元硬幣,這枚硬幣可以屹立不倒。這是什麽原因呢,其實,在高鐵高速行進過程中,車廂各部件對外界環境的變化非常敏感。一個小小的顛簸,就可能對乘客安全造成威脅,而這必須通過阻尼膠黏劑來助力將外界帶來的顛簸振動耗散掉。未來高鐵發展趨勢是“更快、更穩”,這就對高鐵專用阻尼膠黏劑的性能提出了更高要求。