航空工程材料及應(yīng)用第六章-飛機結(jié)構(gòu)中非金屬材料的應(yīng)用

第六章飛機結(jié)構(gòu)中非金屬材料的應(yīng)用知識目標[1]熟悉航空用非金屬材料的主要種類和作用；[2]了解陶瓷材料、紡織材料的性能特點和應(yīng)用；[3]了解絕緣材料、絕熱材料的性能特點和應(yīng)用；[4]了解密封材料、表面涂料的性能特點和應(yīng)用。學(xué)習目標技能目標

[1]能根據(jù)不同的應(yīng)用場景及工藝要求合理選用材料。素質(zhì)目標

[1]具有自主學(xué)習的態(tài)度；[2]具備創(chuàng)新意識；[3]具有航空報國的愛國精懷。學(xué)習目標主要內(nèi)容一、陶瓷材料與紡織材料二、絕緣材料與絕熱材料三、密封材料與表面涂料一、陶瓷材料與紡織材料1.陶瓷材料

（1）陶瓷材料的分類一、陶瓷材料與紡織材料1.陶瓷材料

（2）陶瓷材料在航空工程中的應(yīng)用

陶瓷可用于火箭排氣堆中的熱保護系統(tǒng)、航天飛機的隔熱瓦、發(fā)動機部件和嵌入飛機的擋風玻璃中的陶瓷涂層，這些涂層是透明的且導(dǎo)電，能保持把霧和冰從玻璃上清除。陶瓷纖維能用作飛機和航天飛機的防火和隔熱的保護系統(tǒng)，因為它們耐熱，重量輕且不腐蝕，此外，還具有高熔融溫度，高回彈性，高拉伸強度和化學(xué)惰性等其他優(yōu)異性能。一、陶瓷材料與紡織材料2.紡織材料

（1）紡織材料的分類1）天然纖維紡織材料

天然纖維紡織材料主要有棉布和亞麻布，也稱為有機纖維材料。2）人造纖維紡織材料

人造纖維紡織材料主要有玻璃纖維和熱收縮的合成纖維。一、陶瓷材料與紡織材料2.紡織材料

（2）常用航空紡織材料及其特性航空工程常用的紡織材料主要是有機纖維和合成纖維布兩大類。有機纖維和合成纖維都被用來制造覆蓋飛機的蒙布。

1）棉布A級棉布是一種由高級長纖維棉織成的，且經(jīng)過絲光處理的4盎司／碼2蒙布。經(jīng)過壓光以減少厚度，并壓平絨毛使其表面光滑。2）滌綸布

滌綸是一種很光滑的單絲聚脂纖維，它是由二甲苯鹽酸和乙二酸冷凝而成的。可用來代替A級棉布制作飛機蒙布。3）玻璃布

玻璃布或玻璃纖維布是由拉制的細玻璃絲制成的。玻璃布的特點是：不受潮濕、霉、化學(xué)試劑或酸的影響，而且耐火性能良好。二、絕緣材料與絕熱材料1.絕緣材料

（1）對絕緣材料的要求

1）具有高的絕緣性材料的絕緣性用表面電阻系數(shù)、體積電阻系數(shù)和電壓擊穿強度等指標來表示。理想的絕緣材料不會發(fā)生漏電現(xiàn)象，但實際上都會漏過一些電流，而漏過電流數(shù)量的多少由絕緣材料的電阻系數(shù)大小而決定。電壓擊穿強度，是絕緣材料在試驗條件下被擊穿時所需的電位強度。絕緣材料在被擊穿的頃刻間，電阻顯著降低，發(fā)生短路，甚至被燒化、燒焦或著火，導(dǎo)線和設(shè)備被擊壞。1.絕緣材料

（1）對絕緣材料的要求

2）最小的吸濕性絕緣材料受潮后，會使表面電阻系數(shù)和體積電阻系數(shù)降低，漏過的電流數(shù)量增加，從而影響絕緣性能。3）其它性能要求絕緣材料還應(yīng)具有一定的耐溫性能、一定的機械強度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性，容易加工和緊固，比重小、價格低廉等特點。二、絕緣材料與絕熱材料1.絕緣材料

（2）絕緣材料在航空工程的應(yīng)用航空工程常用的絕緣材料可分為有機絕緣材料和無機絕緣材料兩類。

1）有機絕緣材料包括橡膠、塑料、絕緣樹脂、絕緣清漆、蠟以及用這些有機物浸漬的紙、線、布、綢等制成的絕緣物，都是有機絕緣材料。包卷導(dǎo)線用的棉紗和絲線，制造絕緣層時用的紙、棉布和綢等，都是絕緣性差、容易吸濕、不耐溫但容易纏繞的材料。為了減少吸濕，提高絕緣性能，將棉紗和絲線、紙、棉布、綢用絕緣樹脂、絕緣清漆浸漬，便可以獲得很好的絕緣效果。二、絕緣材料與絕熱材料1.絕緣材料

（2）絕緣材料在航空工程的應(yīng)用航空工程常用的絕緣材料可分為有機絕緣材料和無機絕緣材料兩類。

2）無機絕緣材料無機絕緣材料，也就是礦物電介質(zhì)。常用的有瓷、云母和云母層合膠片等。

①瓷用作絕緣材料的瓷是由粘土、長石和石英等原料，按一定比例配制成瓷泥，經(jīng)模型或手工成型后，再經(jīng)干燥、燒制和上釉等工序制成。瓷的優(yōu)點是：很高的絕緣性，硬度高，電壓擊穿強度高，不吸濕，耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性好，抗壓強度大，價格低廉等。瓷的缺點是：比重大，質(zhì)脆，受力時不易產(chǎn)生塑性變形，急劇受熱時容易開裂。二、絕緣材料與絕熱材料1.絕緣材料

（2）絕緣材料在航空工程的應(yīng)用航空工程常用的絕緣材料可分為有機絕緣材料和無機絕緣材料兩類。

2）無機絕緣材料②云母云母是層片狀礦物，能分裂成薄而柔軟的片。云母的主要特點是絕緣性能好，不吸濕，耐熱性好（1200~1500℃時才熔化），化學(xué)穩(wěn)定性好。飛機上用來制作航空發(fā)動機的電嘴、高頻率電容器、真空管等零件。

③云母層合膠片云母層合膠片是采用云母和醇酸清漆膠合而成。耐熱的云母層合膠片是用水玻璃膠合而成，工作溫度范圍可達600~700℃，具有云母的優(yōu)點，但擊穿電壓強度較低。飛機上主要用來制作墊圈、墊片、直流電發(fā)生器中整流片絕緣物、電熱設(shè)備的絕緣物等。二、絕緣材料與絕熱材料2.絕熱材料飛機上常用的絕熱材料有氈、絮墊、石棉、水玻璃等。（1）氈氈是用密集纖維制成的軟輕而堅固的制品，飛機上常用的是羊毛絮壓制成的毛氈。毛氈有很好的絕熱隔音性能，可作絕熱、隔音、密封、減震、過濾等用途的材料。如用作飛機座艙部分（隔框等）的絕熱隔音層，滑油管（即潤滑油管）的絕熱層，作動筒中的防塵密封圈，滑油濾芯，起動車和航空蓄電池的減震墊或保溫套等。

二、絕緣材料與絕熱材料2.絕熱材料飛機上常用的絕熱材料有氈、絮墊、石棉、水玻璃等。（2）絮墊絮墊是在松軟的纖細層兩面包覆棉布或玻璃布縫合制成的。根據(jù)所用的纖維層不同，可分為以下幾種：1）毛絮墊它的纖維層為經(jīng)過加工的鹿毛，其特點是輕而導(dǎo)熱性小，但成本較高。常用作座艙及熱氣輸送管的保溫材料。

2）棉絮墊它的纖維層為經(jīng)過防火處理的棉花，其保溫性較毛絮墊差，吸水性較大，但成本較低。常用作毛絮墊的代用品。二、絕緣材料與絕熱材料2.絕熱材料飛機上常用的絕熱材料有氈、絮墊、石棉、水玻璃等。（2）絮墊絮墊是在松軟的纖細層兩面包覆棉布或玻璃布縫合制成的。根據(jù)所用的纖維層不同，可分為以下幾種：3）尼龍絮墊它的纖維層為尼龍纖維，其特點是吸濕性小。多用在易吸濕而又難以維護的結(jié)構(gòu)部分。

4）玻璃絮墊它的纖維層為玻璃纖維，其特點是耐熱性高。主要用作高溫零件的絕熱、隔音材料。二、絕緣材料與絕熱材料2.絕熱材料飛機上常用的絕熱材料有氈、絮墊、石棉、水玻璃等。（3）石棉石棉是一種礦物纖維，可以紡織成石棉線、石棉帶、石棉繩、石棉布，也可制成石棉紙、石棉板等。石棉不燃燒，有很好的耐熱性，熔點約為1500℃。石棉工作溫度范圍為600~800℃，是良好的隔熱材料。它還有很好的抗酸堿性和較小的吸濕性。缺點是強度較小，質(zhì)脆易斷。石棉制品在飛機上主要用作噴氣式發(fā)動機隔熱盤的絕熱層，延伸管處的隔熱層及發(fā)動機附近受高溫影響的導(dǎo)管、導(dǎo)線和絕熱層等。二、絕緣材料與絕熱材料2.絕熱材料飛機上常用的絕熱材料有氈、絮墊、石棉、水玻璃等。（4）水玻璃水玻璃是硅酸鈉的水溶液，為暗灰色粘性半透明的液體。涂在零件上后能形成堅硬的玻璃狀薄膜。水玻璃粘結(jié)力很強，不燃燒并能隔熱。它呈堿性特征，對金屬有腐蝕作用。水玻璃在飛機上常用來涂在經(jīng)過石棉或氈纏繞的導(dǎo)管和電纜等的表面，起膠合、保溫、隔熱等作用。二、絕緣材料與絕熱材料1.密封材料

（1）對密封材料的要求密封材料應(yīng)具有良好的密封性，足夠的強度，足夠的耐汽油和滑油性，具有較大的工作適應(yīng)范圍，具有重復(fù)使用的可能性和低廉的價格，還應(yīng)具有吸水性和防腐蝕性能。（2）密封材料的分類按產(chǎn)品形態(tài)分，飛機上常用的密封材料有密封膠、密封墊、密封膩子、密封圈和刮圈（片）幾類。三、密封材料與表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分類1）密封膠飛機上使用的密封膠，主要牌號有XM-18密封膠，XM-22密封膠。

XM-18密封膠主要用于飛機座艙和座艙蓋以及金屬板材鉚接、螺栓連接結(jié)構(gòu)的縫內(nèi)或表面密封，還可用在與燃油、水接觸的螺栓、鉚釘及其它金屬結(jié)合處縫內(nèi)或表面的密封。

XM-22密封膠主要用于飛機的機翼、機身和整體燃油箱的密封，尤其適用于尺寸大而不便于加溫處理以及撓曲變形大的機件。三、密封材料與表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分類2）密封墊飛機上常用的密封墊材料有金屬、非金屬和復(fù)合材料，非金屬墊又分橡皮墊、橡膠石棉墊和纖維墊等。①金屬墊金屬墊是用塑性較好的金屬制成的，常用的有純銅墊、黃銅墊、純鉛墊、硬鋁墊、軟鋼墊等。金屬墊與其它密封墊相比，有較大的強度和塑性，其中軟鋼墊和硬鋁墊強度更大，但密封受力時變形量較小，這類墊主要用于結(jié)合面受力較大的附件上。三、密封材料與表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分類2）密封墊飛機上常用的密封墊材料有金屬、非金屬和復(fù)合材料，非金屬墊又分橡皮墊、橡膠石棉墊和纖維墊等。②橡皮墊橡皮墊是在橡膠中加入各種配合劑再經(jīng)硫化處理后制成的。不同橡膠制成的橡皮墊，其性能和用途也不完全相同。用天然橡膠制成的橡皮墊，抗油性差，通常用作防止漏氣、漏水的墊子；用丁腈橡膠和聚硫橡膠等制成的橡皮墊，抗油性好，通常用作燃油、滑油、液壓系統(tǒng)的密封墊。注意各系統(tǒng)的橡皮墊不能隨便代替。三、密封材料與表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分類2）密封墊③橡膠石棉墊橡膠石棉墊是以橡膠、石棉等材料混合后經(jīng)硫化處理而制成的，根據(jù)使用的橡膠不同，分為耐油和不耐油兩種。耐油橡膠石棉墊是用丁腈橡膠制成的，主要用作燃油、滑油系統(tǒng)的密封墊。不耐油的橡膠石棉墊再根據(jù)使用溫度和壓力不同，分為高壓、中壓和低壓三種。橡膠石棉墊的主要缺點是脆性較大，彎曲時容易折斷，故在拆裝這種墊子時應(yīng)加以注意。三、密封材料與表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分類2）密封墊④纖維墊飛機上常用的纖維墊有紙墊和鋼紙墊兩類。紙墊是用甘油和蓖麻油或動物膠浸潤過的紙板制成的。這類墊的抗油性好，常用作燃油、滑油、液壓等系統(tǒng)的密封墊。缺點是能吸收水分，吸水后對金屬有腐蝕作用，故不宜用作防水墊子。鋼紙墊是將棉織品碎屑經(jīng)氯化鋅溶液處理后制成的。它具有良好的抗油性，一定的彈性和絕緣性，缺點是容易吸收水分。鋼紙板分硬紙板和軟紙板兩類。硬鋼紙板較光亮，無油漬，主要用作飛機冷氣系統(tǒng)的密封。軟鋼紙板為深褐色，無光澤，有濃厚的油漬（用蓖麻油和甘油浸潤過），主要用于燃油、滑油和液壓等系統(tǒng)的密封墊。三、密封材料與表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分類2）密封墊

⑤復(fù)合墊飛機上常用的復(fù)合墊有銅包石棉墊和涂膠銅絲石棉墊兩種。銅包石棉墊是用兩層薄銅片，中間夾以石棉壓制而成的。它能耐高溫、高壓，多用在高溫零件結(jié)合處。如用作噴氣式發(fā)動機燃燒室傳焰管和活塞式發(fā)動機排氣管、電嘴等零件的密封墊。涂膠銅絲石棉墊，是由純銅絲或黃銅絲與石棉線織成的布，經(jīng)橡膠及石墨處理后制成的。用來密封工作在150℃以下零件結(jié)合處。三、密封材料與表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分類3）密封膩子飛機上常用的密封膩子是牌號為JLYZll的座艙密封膩子。它是以聚硫橡膠為主，并加入石棉和白堊等制成的。這種密封膩子有良好塑性，能長期保持原有成分的物理、機械性質(zhì)，不易干燥，對鎂合金有腐蝕作用。主要用來密封飛機座艙玻璃與鋁合金框架的結(jié)合處。也可用來封嚴飛機上管路等的間隙和孔洞，以防止油液、水分或氣體等滲入或泄漏。

4）密封圈和密封皮碗飛機上還使用到各類密封圈、密封條等零件進行密封。其中屬于“動態(tài)密封件”的密封皮碗，使用在諸如作動筒、油泵、選擇閥門等的運動附件上，用合成橡膠或天然橡膠制成。常用的密封皮碗的外形有O形、V形和U形，應(yīng)根據(jù)特定的用途而選用。三、密封材料與表面涂料1.密封材料（2）密封材料的分類5）刮圈刮圈的功用是清潔和潤滑裸露于外的作動筒或活塞桿表面，一方面防止灰塵污屑滲入系統(tǒng)，另一方面保護活塞桿不受刮傷。刮圈有金屬或氈質(zhì)兩類成品，但在使用時常常兩者共用（將氈制件裝于金屬制件之后），以達到更佳的效果。三、密封材料與表面涂料1.密封材料（3）橡膠密封材料由橡膠制成的密封件在飛機上起非常重要的作用，初步估計一架大型客機使用橡膠密封件超過萬件，密封劑用量達1t。橡膠材料可分為通用橡膠和特殊橡膠。三、密封材料與表面涂料2.航空涂料（1）涂層的作用凡涂敷到物體表面上，干燥之后能結(jié)成堅韌完整的保護薄膜的物質(zhì)，稱為涂料。最早使用的涂料是以植物種子中榨取的油或漆樹中取出的漆液為主要原料加工制成的，習慣上稱為油漆材料或油漆。涂料在航空工程的作用主要有四個方面：

1）防護金屬零件不受腐蝕。

2）使飛機著色，起到裝飾、偽裝和標志的作用。

3）使飛機增進流線型，改善空氣動力性能，提高反輻射能力。

4）在飛機電器上起絕緣、絕熱作用。三、密封材料與表面涂料2.航空涂料（1）涂層的作用對航空涂層的要求可以歸納為以下幾點：

1）涂膜要具有致密性和化學(xué)穩(wěn)定性，足以防止空氣和電解質(zhì)的腐蝕。

2）涂膜要具有足夠的強度和硬度，能抵抗含有雜質(zhì)的氣流的侵蝕。

3）涂膜能緊密地與金屬粘結(jié)，并具有足夠的彈性，以便在飛機振動時不產(chǎn)生剝落和龜裂。

4）涂膜要光滑，以減小飛機的飛行阻力。

5）有足夠的耐溫性和耐寒性。

6）涂層重量要輕。

7）涂刷方便、干燥快、價格低。三、密封材料與表面涂料2.航空涂料（2）涂料的基本組成目前使用的涂料大都是以植物油或樹脂為主要成膜物質(zhì)，以低分子有機物為溶劑，并根據(jù)需要加入增塑劑、干燥劑、顏料和填料等組成的。1）主要成膜物質(zhì)主要成膜物質(zhì)是涂料的最重要的成分，它的作用是使涂料很好地和底層材料粘附并形成一層保護膜，同時作為其它組成成分的粘合劑。常用的主要成膜物質(zhì)有植物油、天然樹脂及合成樹脂三類。三、密封材料與表面涂料2.航空涂料（2）涂料的基本組成1）主要成膜物質(zhì)①植物油植物油是涂料中使用最早的主要成膜物質(zhì)，是制造油基涂料的主要原料。

②天然樹脂樹脂硬度較大，粘附性和防水性較好，且涂層表面光滑。常用的天然樹脂有松香、蟲膠和瀝青等。

③合成樹脂目前涂料中合成樹脂應(yīng)用較廣，品種也最多，航空工業(yè)常用的有醇酸樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、過氯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂等。三、密封材料與表面涂料2.航空涂料（2）涂料的基本組成2）溶劑溶劑用來溶解成膜物質(zhì)，使涂料具有適當?shù)恼扯?，便于使用。涂料成膜后，溶劑?yīng)能夠全部揮發(fā)掉。目前使用較多的溶劑有以下兩類：

①油基涂料溶劑常用的油基涂料溶劑有松節(jié)油、松香水、二甲苯等。

②樹脂涂料溶劑常用的樹脂涂料溶劑有酯、酮、醇、苯、醚等。也有的樹脂涂料使用油基涂料的溶劑。一般溶劑都容易揮發(fā)，容易燃燒，大部分溶劑的蒸氣對人體有毒。三、密封材料與表面涂料2.航空涂料（2）涂料的基本組成3）增塑劑增塑劑的作用是提高涂層的韌性和彈性。4）催干劑催干劑的作用是加速涂料的干燥過程。5）顏料（染料）顏料（染料）是瓷漆（又叫色漆）的重要組成部分，它除了給涂料必要的色彩之外，還能增加涂料的防護性能、耐熱性能及延長涂膜的壽命。6）填料填料可以改進涂層的物理、化學(xué)和光學(xué)性能，以滿足某些特殊性能的要求（如消光、打磨性能），并可降低涂料的成本。使用較多的填料有石膏粉、高嶺土、滑石粉等。三、密封材料與表面涂料2.航空涂料（3）常用航空涂料航空涂料是指用于飛機上的涂料。按使用部位可分為：飛機蒙皮涂料、飛機艙室涂料、飛機發(fā)動機涂料、飛機零部件涂料、特殊專用涂料（包括隔熱涂料、防火涂料和示溫涂料）等。按成分，可以分為酚醛樹脂漆類、醇酸樹脂漆類、硝基漆類和過氯乙烯漆類。1）酚醛樹脂漆類酚醛樹脂漆類是以酚醛樹脂和干性油為主要成膜物質(zhì)的一類涂料。根據(jù)它的組成和功用不同又可分為酚醛清漆、酚醛瓷漆和酚醛底漆。三、密封材料與表面涂料2.航空涂料（3）常用航空涂料2）醇酸樹脂漆類醇酸樹脂漆是以醇酸樹脂為主要成膜物質(zhì)的一類涂料。按外觀可分為醇酸清漆、醇酸瓷漆、醇酸無光漆和醇酸半無光漆。按配套涂層的