基于開姆洛克250粘接劑的充氣閥閥芯粘接性能分析

劉千 王堃 白羽(海軍駐西安地區軍事代表局,陜西西安710001)

基于開姆洛克250粘接劑的充氣閥閥芯粘接性能分析

劉千 王堃 白羽(海軍駐西安地區軍事代表局,陜西西安710001)

本文對采用開姆洛克250粘接劑代替JQ-1粘接劑的方式解決充氣閥閥芯粘接不良、不穩定等問題的必要性和可行性進行了原理分析及實驗驗證，通過對兩種粘接劑進行熱重、紅外光譜、質譜及掃描電鏡分析實驗，最終得出開姆洛克250粘接劑在充氣閥閥芯的粘接效果上要明顯優于JQ-1粘接劑。

粘接劑；充氣閥；閥芯

充氣閥是擠壓式液體火箭發動機中重要的組件之一，在姿軌控發動機中廣泛使用。充氣閥的密封性很大程度上取決于閥芯，其閥芯采用橡膠-金屬結構，一般采用JQ-1型粘接劑進行閥芯金屬與橡膠的粘接，但陸續出現了一些質量問題，例如：在檢查試驗中出現了行程變小，放氣困難的現象，分解檢查發現，橡膠環明顯脫出，取出橡膠環，可見閥芯溝槽紫紅膠液層，溝槽面上基本不粘黑色橡膠，脫出的橡膠環底面邊緣可見幾個三角形小缺口，分析原因主要為粘接劑JQ-1粘接力下降，在常溫試驗時出現充氣閥泄漏現象，導致橡膠-金屬粘接面粘接力下降。為了確保產品質量合格，解決上述問題，通過對開姆洛克250粘接劑（以下簡稱CH250）性能、工藝等進行分析驗證，最終采用代料的辦法將JQ-1粘接劑更換為CH250，粘接不良等問題得到解決，取得了良好的實驗效果。

1 充氣閥閥芯粘接劑原理分析

1.1 姿軌控發動機充氣閥基本原理

充氣閥的功能是給姿軌控發動機的氣瓶充填和泄出高壓氣體，并保證氣瓶內的高壓氣體在貯存期內不從充氣閥處泄漏。充氣閥主要由閥體、接管嘴、彈簧、閥芯、橡膠O形圈、墊片、堵頭、外套螺母等組成（如圖1所示）。

圖1 姿軌控發動機充氣閥結構示意圖

充氣時，采用氣動工裝將閥芯頂開進行充氣，當氣瓶的工作壓力達到要求時，停止充氣，閥芯在復位彈簧和內部氣體壓力的作用下將其密封錐面壓在閥體密封錐面上，對氣瓶中的氣體進行密封，然后再裝上堵頭對充氣閥進行冗余密封，以增加其密封可靠性。

當需要對氣瓶進行放氣時，將充氣閥堵頭卸下，采用氣動工裝，用頂開氣壓將閥芯頂開對氣瓶放氣，放氣結束后，緩慢泄出頂開氣壓，閥芯在彈簧力的作用下恢復到關閉位置。

1.2 粘接劑原理分析

粘接劑主要用于粘接充氣閥閥芯的金屬部分和非金屬部分，因此對充氣閥的密閉性起到了至關重要的作用，目前應用較為廣泛的粘接劑為JQ-1粘接劑和CH250粘接劑，下面就這兩種粘接劑的原理進行分析。

1.2.1 JQ-1粘接劑原理分析

JQ-1為三氨基三苯基甲烷經光氣化得到的三苯基甲烷三異氰酸酯，它是三苯基甲烷三異氰酸酯的20%氯苯溶液，其中氯苯為溶劑。JQ-1主體成份的結構式如下：

三苯基甲烷三異氰酸酯有三個活潑性較強的異氰基（-NCO），還有一個活潑氫原子存在,因此三異氰酸酯的化學反應能力較強,是一個不穩定的化合物，可與含活潑氫的醇、水、胺、酸等化合物反應；還極易與雙鍵反應進行交聯，如橡膠材料；能與金屬表面活潑基團（如-0H）起反應，故對多種材料有較高的粘附性能。三異氰酸脂有自聚反應的傾向,尤其是與金屬相接觸后,就會引起聚合。JQ-1中氯苯僅為溶劑左右，稀釋膠粘劑，降低膠液粘度，提高三苯基甲烷三異氰酸酯浸潤性，增強粘接效果。

1.2.2 CH250粘接劑性能指標

CH250膠液即開姆洛克250，生產商為洛德化學（上海）有限公司，主要成分為三氯乙烯35%，二甲苯35%，乙苯10%，炭黑10%，氮取代的芳香化合物10%。分析認為氮取代的芳香化合物為主要粘接成份，開姆洛克膠粘劑的耐環境性優于它所能粘接的橡膠，耐寒性-45℃，耐熱性120℃，覆蓋活門試驗溫度范圍。從性能指標看，它符合充氣閥閥芯對粘接劑性能要求，但暫時沒有資料公開CH250的分子式，下面采用實驗方式對兩種粘接劑的工藝和性能指標進行對比分析。

2 粘接劑工藝比較分析

2.1 活門毛坯工藝規程對比：

2.1.1 粘接劑JQ-1工藝規程

（1）領出3306s膠，下出厚0.8~1.0mm的膠片，稱出50g剪成小條放入瓶中，加入200g120#汽油，充分攪拌后室溫停放，待瓶中的膠料溶解72h即可使用。

（2）接通恒溫箱電源，調節溫度70～80℃，從汽油中取出本班內所能壓制的毛坯件數，放入恒溫箱中待恒溫時烘干30min，取出待用。

（3）用毛筆沾取少量膠液JQ-1均勻涂復在基體上，將涂后的基體放到托盤中然后放入恒溫箱中，溫度110~115℃時恒溫30min；

（4）活門基體從恒溫箱中取出擺放在托盤中冷卻；

（5）冷卻后的基體再均勻的涂覆第二遍JQ-1膠液，然后放入干燥器中停放30min后再均勻的涂一遍3306S膠漿，晾干30min后即可使用。

2.1.2 粘接劑CH250工藝規程

（1）接通恒溫箱電源，調節溫度70～80℃，從汽油中取出本班內所能壓制的毛坯件數，放入恒溫箱中待恒溫時烘干30min，取出待用。

（2）活門基體從恒溫箱中取出擺放在托盤中冷卻后待用。

（3）將瓶中的CH250膠液慢慢到入紙杯中，同時用毛筆沾少量膠液均勻的涂復在基體上，將涂后的基體擺放在支架。

2.2 閥芯半成品工藝規程對比

2.2.1 粘接劑JQ-1工藝規程

（1）領出3306s膠，下出厚0.8~1.0mm的膠片，稱出50g剪成小條放入瓶中，加入200g120#汽油，充分攪拌后室溫停放，待瓶中的膠料溶解72h即可使用。

（2）通恒溫箱電源調節溫度70～80℃，從汽油中取出本班內所能壓制的毛坯件數，放入恒溫箱中待恒溫時烘干30min取出待用。

（3）用毛筆沾取少量膠液均勻涂復在基體上，將涂后的基體放到托盤中然后放入恒溫箱中，溫度110~115℃時恒溫30min；

（4）閥芯基體從恒溫箱中取出擺放在托盤中冷卻；

（5）冷卻后的基體再均勻的涂覆第二遍JQ-1膠液，然后放入干燥器中停放30min后再均勻的涂一遍3306S膠漿，晾干30min后即可使用。

2.2.2 粘接劑CH250工藝規程

（1）接通恒溫箱電源，調節溫度70～80℃，從汽油中取出本班內所能壓制的毛坯件數，放入恒溫箱中待恒溫時烘干30min，取出待用。

（2）活門基體從恒溫箱中取出擺放在托盤中冷卻后待用。

（3）將瓶中的CH250膠液慢慢到入紙杯中，同時用毛筆沾少量膠液均勻的涂復在基體上，將涂后的基體擺放在支架上冷卻。停放時間不得少于40min，晾干后的基體應放在干燥器中備用。

通過對兩種工藝文件的對比分析發現，CH250既能滿足閥芯的粘接要求，又能使生產閥芯的工藝規程得到了不同程度的簡化，提高了生產效率。

3 實驗對比分析

3.1 熱重分析

非金屬材料在高溫條件下易失效，熱重分析主要是做出材料的分解溫度曲線，用來判定材料耐高溫性能的優劣。通過熱重儀分析可見，兩種材料曲線趨勢一致，分解開始溫度基本相當，最終分解完成的溫度CH250高于JQ-1，分解過程曲線平緩，說明CH250的耐高溫性能優于JQ-1。

3.2 紅外光譜分析

紅外光譜分析是對材料的裂解產物進行光譜分析，確定材料中含有何種化學鍵和官能團，有助于分析材料的化學性能。

CH250含有官能團O-H的強的特征吸收峰（3300-3150cm-1）、官能團-N=C=O的強的特征吸收峰（波數2275-2265cm-1）、官能團C=N弱的特征吸收峰（1690-1620 cm-1）、苯環C-C特征吸收峰1485cm-1和苯環C-H特征吸收峰670cm-1。因此可判斷CH250中含有活性官能團O-H、-N=C=O、C=N和苯環。

JQ-1含有官能團C=N弱的特征吸收峰（1690-1620cm-1），苯環C-C特征吸收峰1485cm-1和苯環C-H特征吸收峰670cm-1。不含有官能團O-H的強的特征吸收峰（3300-3150cm-1），官能團-N=C=O的特征吸收峰（波數2275-2265cm-1）較弱。

從紅外官能團對比分析，可以看出CH250比JQ-1的活性基團多并且強，因此在粘接過程的化學反應中參與的基團多，且反應后穩定，因此分析認為CH250粘接性能優于JQ-1。

3.3 質譜分析

質譜分析是用電場和磁場將運動的離子按它們的質荷比分離后進行檢測的方法，測出離子準確質量即可確定離子的化合物和化學結構，從而從分子結構中確定材料的相關性能。對CH250熱重儀裂解產物進行質譜分析、對JQ-1熱重儀裂解產物進行質譜分析，由此可見，CH250可能包含4種裂解產物，JQ-1可能只有2種裂解產物，對于活性較強起粘接作用含氮元素基團來說，CH250的含氮化學成份比JQ-1多，且含有活潑基團（如-0H），因此分析CH250粘接性能優于JQ-1。

3.4 掃描電鏡分析

掃描電鏡主要是通過高倍放大鏡看物質表面形貌，從而分析物質相關性質。將CH250、JQ-1分別涂覆于光潔的銅基體表面進行掃描電鏡測試，分別在放大200倍、5000倍條件觀察JQ-1涂覆后未完全浸潤金屬表面，JQ-1呈現稀薄狀態，金屬裸露；CH250涂覆后完全覆蓋金屬表面，由此可見CH250涂覆后覆蓋金屬表面效果優于JQ-1，因此在同等條件下，粘接效果優于JQ-1。

可見，JQ-1本身較為光滑，而CH250涂覆后表面形成了多孔狀，增大了粘接接觸面積，因此在同等條件下，粘接效果優于JQ-1。

通過上述機理分析，認為CH250粘接性能優于JQ-1。

4 結語

在對充氣閥功能及使用情況分析，以及對JQ-1和CH250進行實驗對比分析的基礎上，得出CH250粘接劑在充氣閥閥芯的粘接效果上要優于JQ-1粘接劑，為保證充氣閥的生產質量，遂將JQ-1作為粘接劑的活門粘接劑更改為CH250。經驗證有效，產品固有質量得到提升，對充氣閥無不良影響，粘接質量得到大幅度提升。

[1]膠粘劑應用手冊[M].化學工業出版社，王孟鐘，黃應昌主編，1987.

[2]充氣閥閥芯直接模壓成型工藝研究[J].《火箭推進》，姜潮，賈寶新，2006.

[3]橡膠工業手冊[M].化學工業出版社，王夢蛟，龔懷耀，薛廣智，1989.

[4]耐高溫環氧樹脂膠黏劑的研究進展[J].韓鳳志,李東臨.廣東化工.2014(08).

劉千（1989-），男，遼寧大連人，漢，職稱，助理工程師，學歷，在讀碩士研究生；

王堃（1983-），男，陜西西安人，漢，職稱，工程師，學歷，大學本科；

白羽（1992-），女，陜西西安人，漢，助理工程師，大學本科。