一、前言
   隨著航天技術的發展，對提高航天儀器儀表的精度問題，顯得越來越重要。由于航天儀表中的陀螺儀表、加速度計等慣性器件都采用了氣浮、液浮和半液浮結構，它的精度一般都要隨環境溫度變化而有所變化。
   在XXX工程中，控制系統的主要儀表是采用氣浮結構儀表，它對溫度變化十分敏感。例如該系統中的Z表，假定振動，沖擊等因素均不考慮，20℃時K11=0，單溫度一項變化5℃，就會導致系統超差。而整個控制系統的工作的環境溫度為-10――+10℃，在加注液氫液氧時，入口氣體溫度可下降至零下40℃。但是，儀器控制艙內的溫度必須保持在20±3℃溫度內，才能使儀表處于正常工作狀態。
   為了保證儀表的工作精度，一般都采取把儀器儀表置于一個特定的恒溫環境中，要保持一個恒溫的工作條件，現在一般都采用一個溫控系統來保證。無論采用電子控制還是電器控制的溫控系統。一般都是由加熱元件，溫度指示器、溫度傳感器和溫控調節線路等四部分組成。由于系統結構設計的限制，對加熱器的重量和體積必須控制，加熱器和絕熱材料是被安置在10毫米厚的夾層間隙中，這對加熱器的設計和制造都提出了較苛刻的要求。在XXX工程整個溫控加熱器中，采用了一塊上罩曲面加熱片，一塊下罩加熱片和二塊側板加熱片組成電加熱系統，總功率為一千瓦。各加熱器功率分布參數見表一
表一
         功率W  熱負荷  w/cm  電阻絲表面溫度℃  曲率半徑R  mm   截距寬b mm  截距高h mm
上罩加熱器 380 1.3 125 305 370 125
下罩加熱器500 1.49 121 305 370 12.5
側板加熱器120 1.62 120 278 149 75
   電加熱器基本由電阻絲、絕緣材料和引出線組成。由于結構尺寸的限制，故而要求加熱器結構簡單、重量輕、安裝方便、安全可靠。因此采用膠粘接劑把它們聯接在一起是理想的。初曾用204酚醛膠來糊制加熱器。但是，由于204酚醛膠固化工藝復雜，需要高溫加壓固化成型，而且固體含量低、浸潤性差，玻璃布出現分層造成電阻絲短路。經多次分析討論，采用環氧玻璃鋼材料制成了整體、薄殼、均布加熱形式的曲面電加熱器。
二、環氧玻璃鋼曲面加熱器的特點
   環氧玻璃鋼加熱器是以環氧樹脂作為膠粘劑，以玻璃纖維作增強劑，用濕法成型工藝制作而成的。
   環氧玻璃鋼加熱器的特點
   1、結構緊湊，整套加熱器都是球曲面薄殼結構，厚度只有2毫米，把它安裝在基座和罩殼內壁之間，幾乎不占多少空間。
   2、重量輕、比強度高（見表二）。
表二
材料                    比重             抗拉強度MPa           比強度
硬鋁                     2.7                412                         1600
環氧玻璃鋼          1.8                 476                         2700
   玻璃鋼的比強度是硬鋁的1.8倍左右，制作同樣體積的加熱器，使用玻璃鋼其重量可大大地減輕，這對航天工業領域來說，意義尤為重大。
   3、加熱速度，加熱器接通電源后，給予適當的攪拌，溫度就可均勻。這是由于曲面加熱器是大面積分散性加熱，加熱器又是直接被安裝在基座內壁，傳熱方式不但通過加熱器本身幅射熱量，而且又能通過鋁殼體傳導熱量。因而減少了由于加熱梯度而造成的溫度不均勻性。
   4、良好的熱性能：環氧玻璃鋼一般能在130℃以上的溫度下長期工作，這時XXX工程加熱器要求它能在110℃溫度下使用，就顯示出它的優越性了。環氧玻璃鋼在高溫下所產生的熱應力也比金屬小。
   5、良好的電性能：環氧玻璃鋼是一種良好的電氣絕緣材料，它不受電磁作用影響，這對制作電加熱器特別重要，因為加熱器的電阻絲之間間隔距離很短，僅幾毫米。安裝方式又是直接固定在鋁制殼體上，如沒有良好的電氣絕緣性能，加熱器就無法正常工作。本文介紹的電加熱器玻璃鋼材料常溫擊穿強度可達到38千伏/毫米。
   6、可靠性好：以環氧玻璃鋼制作的加熱器清潔度高，不需要考慮其它任何保護裝置。電阻絲被牢固地固定在環氧玻璃鋼中間、工作時安全、可靠。
   7、工藝性能優越：玻璃鋼是一種復合材料，它可以按制品的不同工作條件和負荷的要求，選擇合適的合成樹脂和增強材料。根據產品形狀和尺寸制成所需的成型模具，它成型工藝簡單，節省工時。按工藝特點選擇成型方法。環氧玻璃鋼適合于整體成型，因而對大面積，形狀復雜的曲面產品的加工更為合適，可以減少結構另件數量。
   另外，環氧玻璃鋼也有不足之處，如彈性模量低。由于加熱器直接裝在鋁基殼上，不受外力作用，對剛性要求不高，只要選擇合適的樹脂和合理的配方、固化工藝、是能夠克服這些問題的。
三、環氧膠的配方設計：
   膠粘劑的性能好壞，直接影響到所制作的加熱器的電氣機械和加工工藝性能。技術條件要求加熱器要長期在低溫環境下存放，并要求在高溫條件下工作。當環氧玻璃鋼加熱器接通電源后，電流流過電阻絲，產生了熱量，使整個加熱器發熱，達到熱態平衡時，加熱器的表面溫度一般要達到110℃以上。在這樣高的溫度條件下正常工作，就必須要求它有良好的電絕緣性和耐熱老化性。整個加熱器由電阻絲、玻璃纖維布、氟塑料引出線和膠粘劑等幾種主要材料組合，除膠粘劑外其它幾種材料都能耐高溫。所以膠粘劑性能的好壞直接影響加熱器的各種性能。
  環氧膠粘劑配方：（按重量比）
  E-51環氧樹脂       100份
  F-44酚醛環氧樹脂    25份
  269環氧稀釋劑       12份
  2-乙基-4-甲基咪唑      8份
  從配方中，我們可以看出，它是以E-51環氧樹脂作為基料，該樹脂系低分子量的通用性雙酚A型環氧樹脂，它是線型的高分子化合物，在它的分子結構的末端，有兩個活潑的環氧基團，具有很強的反應力，在遇到帶有活潑氧原子的胺、酸酐、苯酚等有機化合物時，環氧基就很容易在第二個碳鏈上裂開，形成新的化學鍵。此外，在環氧樹脂的分子結構中，還含有羥基和醚鍵等活性基團，它們都同環氧基一樣，對金屬和非金屬等多種材料有牢固的結合力，雙酚A環氧樹脂除了有較強的粘合力之外，還有許多其它優點，如固化時不需要加壓，也沒有溶劑和低分子揮發物放出。因而以它作為基料制作的玻璃鋼加熱器氣泡少，性能好。
   為了提高玻璃鋼的耐熱性，在配方中加入耐高溫的F-44酚醛環氧樹脂來改性。F-44酚醛環氧樹脂系熱塑性線型高聚物。它與雙酚A型環氧樹脂一樣，也可用胺類或酸酐類固化劑交聯成為網狀結構的熱固性塑料。它除有E型環氧樹脂特性外，并有較高的耐熱性和較高的抗拉強度。但該樹脂的粘度較大不利于施工。
   為了改善加工工藝性，便于施工，加進稀釋劑是必不可少的。
   稀釋劑主要用來降低環氧樹脂粘度，使膠料有較好的浸潤力，有利于控制環氧樹脂與固化劑的反應熱，延長膠料的適用期。
   稀釋劑有兩種：非活性稀釋劑與活性稀釋劑。
   非活性稀釋劑，純屬物理加入過程，不與環氧樹脂及固化劑進行反應，用量大時，固化物性能會變壞。我們在配方中選用了269環氧活性稀釋劑，它屬于脂環族等系例環氧化合物。它的學名為二氧化二戊烯，國外同類產品名稱：UnoxEpoxide269.。它是一種高沸點（243℃）、低粘度（20℃時8.4厘泊）微帶淡黃色的透明液體，分子量為168.22，環氧值0.9-1.0，20℃時比重1.0326。269環氧活性稀釋劑對雙酚A環氧樹脂的稀釋作用特別好。以10%加入量，使樹脂的粘度降低4.5倍，延長凝膠時間1.5倍。固化后的熱變形溫度幾乎不變，彎曲強度提高2/3倍。
   膠粘劑配方中采用的固化劑系含氮雜環族的2-乙基-4-甲基咪唑。它在常溫下呈粘稠狀液體，其沸點152-154℃，比重1.080與E-51環氧樹脂和F-44酚醛環氧樹脂有良好的混溶性，用它作固化劑具有氣味小、毒性低、用量少，固化溫度低、中溫固化高溫使用等特點，固化后的產物具有良好的耐熱性和電性能。在60℃低溫下使雙酚A型環氧樹脂固化，固化后產品馬丁耐熱達110℃左右。
   用以上四種材料配制的膠粘劑適用期達20小時以上，制成的玻璃鋼加熱器具有良好的電氣、機械性能和耐熱老化性能。