劉松良，王潤庭，盧影峰，姚 澤

（1.海裝沈陽局 駐沈陽地區(qū)第一軍事代表室，遼寧 沈陽1100312；沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公司，遼寧 沈陽110034）

引 言

現代航空結構件中為減輕重量，機翼、機身等部件采用了大量的復合材料。由于復合材料導電性能較差[1]，當遭受雷擊時，很難將高能量的電流傳導出去[2]，必然導致大能量的聚集，破壞結構從而影響飛機的安全性能[3]。迄今復合材料雷擊防護技術主要有4種，分別是網箔保護法、表面層保護法、復合膠膜保護法和添加導電材料保護法[4]。

本文對J-338對應的3種規(guī)格金屬網復合膜的工藝適用性進行了試驗，具體包括考察固化參數對復合膜粘接強度的影響，共固化條件下復合膜粘接強度的研究和典型件制造工藝研究。

1 試驗材料與測試方法

本文所用J-338金屬網復合膜由黑龍江省科學院石油化學研究院提供。該產品為J-272A膠膜與鋁網的復合膜，根據不同用途，使用不同規(guī)格的鋁網制成了3種規(guī)格金屬網復合膜，其面密度分別為176g/m2（J-338A型）、188g/m2（J-338B型）和260g/m2（J-338C型）。

剪切強度：根據GB/T 7124-2008膠粘劑拉伸剪切強度的測定進行測試，每個樣品做5個平行測試，取其平均值為剪切強度的測量結果。

90°剝離強度：根據GJB446膠粘劑90°剝離強度測試方法進行測試，每個樣品做5個平行測試，取其平均值為剝離強度的測量結果。

2 結果與討論

3種金屬網復合膜試驗用料見圖1，指標要求及復驗結果見表1。對來料進行外觀的檢查，將保護紙撕開，檢查復合膜的膠膜表面狀態(tài)均為淺綠色，表面光滑、均勻平整，無外來雜質、孔洞、裂紋、褶皺、污漬和機械損傷。三種膠膜相比，B膜外觀較其它二種差，邊緣局部有膠膜薄厚不一現象，易粘紙。

圖1 3種規(guī)格J-338金屬網復合膜Fig.1 Three kinds of J-338 metal mesh laminated film

表1 J-388金屬網復合膜指標要求及復驗結果Table 1 The technical index and retest result of J-338 metal mesh laminated film

2.1 固化參數對J-338復合膜粘接性能的影響

由于金屬網復合膜用于復合材料表面，制件時需與復合材料進行共固化或二次固化操作。所以其固化參數應與復合材料固化參數一致。本項目所用復合材料為T300/BA9913預浸料，其固化參數為：固化壓力0.1～0.6 MPa；保溫時間1～4h；固化溫度120～130℃；降溫速率≤1.5℃/min。參照復合材料固化參數，本文首先開展了不同固化參數對復合膜粘接強度影響的性能研究試驗，試驗基材為鋁合金陽極化試片。

2.1.1 固化時間對粘接性能的影響

開展固化時間為1h、2h和4h的粘接強度試驗。固化時間為1h時，J-338膠膜可以達到常溫下剪切強度＞38MPa，剝離強度＞4.4kN/m；固化時間達到2h后，J-338膠膜可以達到常溫下剪切強度＞39MPa，剝離強度＞4.9kN/m；試驗結果表明，隨著固化時間的增加，J-338膠膜的粘接強度增強變化不明顯。

2.1.2 重復固化對粘接性能的影響

以“固化溫度120℃，固化時間2h”為1個固化周期，開展固化次數為1次、2次和3次的剪切強度試驗，J-338膠膜經1～3個固化周期處理后的粘接強度均可以滿足常溫下剪切強度≥28MPa，剝離強度≥3.5kN/m的指標要求。在2個固化周期處理后，粘接強度達到最大值，其常溫下剪切強度＞39MPa，剝離強度＞4.8kN/m；在3個固化周期處理后，其粘接強度略有下降（下降1～2個單位強度），與經1個固化周期處理后的強度相近。

2.1.3 固化壓力對粘接性能的影響

開展固化壓力分別為0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa和0.6MPa的粘接強度試驗。在不同壓力下，均可以達到常溫下剪切強度＞35MPa，剝離強度＞4.0kN/m的粘接強度。J-338膠膜在此壓力范圍內固化，其對固化壓力不敏感。

2.1.4 降溫速率對粘接性能的影響

開展自然冷卻和加速冷卻（約1.5℃/min）兩種條件下粘接強度測試。試驗結果表明：采用自然冷卻方式處理的試片粘接強度更高（剪切強度高1～5個單位），但兩種降溫條件下處理的試片均可以達到常溫下剪切強度≥28MPa，剝離強度≥3.5kN/m的指標要求。

由以上測試結果可知，J-338膠膜固化參數可以較好的匹配T300/BA9913預浸料的固化參數；即“在固化壓力0.1～0.6MPa；保溫時間1～4h；固化溫度120～130℃；降溫速率≤1.5℃/min。”范圍內，根據工藝需求情況，任意選用固化參數，均可以滿足粘接強度指標要求。

2.2 共固化條件下J-338復合膜粘接強度的研究

為研究J-338膠膜與T300/BA9913預浸料的相容性，開展了J-338膠膜與T300/BA9913預浸料共固化測試，并測試其在-55℃、23℃和70℃的條件下粘接強度，試驗結果見表2，剪切試片見圖2、剝離試片見圖3。由表2可見，除了-55℃下J-338A膠膜的剪切強度測試和-55℃、23℃下，J-338C膠膜的剝離強度三組試樣，其余組均為復材基材破壞。試驗結果表明，J-338膠膜與T300/BA9913預浸料有較好的相容性。

圖2 剪切試片破壞形式Fig.2 The shear failure mode of J-338 co-cured with T300/BA9913 prepreg

圖3 剝離試片破壞形式Fig.3 The peel failure mode of J-338 co-cured with T300/BA9913 prepreg

表2 與T300/BA9913預浸料共固化粘接強度試驗結果Table 2 The bonding strength of J-338 co-cured with T300/BA9913 prepreg

由表2可知，在共固化條件下，3種J-338金屬網復合膜在-55℃、23℃和70℃條件下，均可以滿足指標要求。

2.3 J-338復合膜典型件制造工藝研究

使用J-338復合膜，按下列固化參數制作5個典型件（A1、B1、B2、C1和C2）。

固化參數：抽真空至-0.097MPa以下，后加壓至0.50±0.02MPa，以（1.5～3.0）℃/min的升溫速率加熱至120～125℃之間，保溫120min，以不高于1.5℃/min的降溫速率將至60℃以下，出罐。

使用J-338A復合膜制作典型件A1，使用J-338B復合膜制作典型件B1和B2，使用J-338C復合膜制作典型件C1和C2。詳細情況見表3。

表3 J-338復合膜典型件情況Table 3 The typical parts prepared with J-338 metal mesh laminated film

圖4 J-338復合膜典型件實物照片Fig.4 The photos of typical parts prepared with J-338 laminated film

鋪貼過程中，通過剪裁、挖補及搭接等操作方法，可知三種金屬網復合膜鋪貼性能良好，可操作性強。三種膠膜的鋪貼過程見圖5所示。但也發(fā)現與J-338A、J-338C相比，J-338B金屬網復合膜與離型紙和保護膜剝離難度較大，在鋪貼時，容易因保護膜與金屬網復合膜難以剝離而導致金屬網復合膜自身的開裂（圖6）。搭接縫按照10～20mm的寬度進行操作。

圖5 A1、B2、C1金屬網復合膜的鋪貼Fig.5 The applied technology of（a）A1,（b）B2 and（c）C1 metal mesh laminated film

圖6 B1金屬網復合膜鋪貼Fig.6 The applied technology of B1 metal mesh laminated film

固化后，目視檢查所有貼膜面均平整光滑。除搭接縫外，無金屬網重疊和屈折斷裂情況出現。對試驗件進行超聲掃描，經檢驗，所有試驗件的金屬網和預浸料之間的界面完全合格，只是由于金屬網復合膜的存在對平板的翹曲變形有一定的影響（B2，C1）[5]，且C1引起的平面翹曲（圖7b）變形比B2要大（圖7a），復合膜對平板類試驗件造成的變形是由于金屬網和預浸料的熱膨脹系數不同造成的[6～7]，且預浸料的貼合層（即表面層）對變形影響最大，鋪層時應避免0°方向鋪層，而盡量采用45°方向鋪層[8]。通過試驗件附型后，敲擊聽聲音的辦法，可知金屬網復合膜對模具型面本身有彎曲變化的試驗件（A1、B1）幾乎沒有影響。除此之外，在膠膜的搭接縫對應的蒙皮內表面，經水潤濕后能看到由于膠膜厚度增加導致的拼接印痕，但是用手觸摸時，并不能感覺到明顯的厚度梯度變化。

圖7 固化后平板翹曲現象Fig.7 The buckling deformation of（a）B2 and（b）C1 plate after curing

3 結論

1）J-338金屬網復合膜與T300/BA9913預浸料的固化參數匹配性較好；

2）J-338金屬網復合膜與T300/BA9913預浸料的共固化性能較好；

3）J-338金屬網復合膜工藝可以滿足使用要求；對平板類結構有一定變形影響，應避免預浸料表面0°鋪層，盡量采用45°方向鋪層。