开云体育 开云官网开云体育 开云官网专家观点 航空橡胶密封材料发展及应用 中航工业北京航空材料研究院橡胶专业研究室 刘丽萍冯志力刘嘉 耋垂鏊蠹o；懿羹蠢瑟瑟籍黧蓁蠡箍罐 橡胶密封材料用于飞机各个部位，可起到密 我国航空器上使用的橡胶密封材料发展相对 封、减震、隔热、防火、传输、支撑等作用，是飞 比较滞后，如目前大量使用的5080、5470等丁腈橡 机各系统功能实现和保障必需的关键材料。l架歼击 胶，在油气环境中极易产生龟裂，耐3号燃油性能比 耐2号燃油差，且在106℃以上时，燃油性能会急剧 机需使用1．27Y～1．5万件橡胶制品和400kg～500kg密 下降，这些缺陷会严重影响航空器的使用寿命和可 封剂，而l架大型客机需使用3t橡胶制品和至少1．5t 密封剂。 靠性。多型发动机均因丁腈橡胶圈耐油后截面尺寸 变化大，导致随动活塞运动阻力大或腔内漏油，甚 l 航空橡胶密封材料的作用 至皮碗开裂造成了严重后果，因此，丁腈橡胶不能 橡胶密封材料在飞机上虽然用量不大，但却 作为航空器及附件关键部位的密封材料，欧洲，美 发挥着至关重要的作用。其被用于实现密封(气 国等国家和地区均已采用其它高性能材料。 密、水密、油密)、贮存和传输介质、阻尼减振、 2 橡胶密封材料分类 隔热、防火、电磁屏蔽、柔性支撑、腐蚀防护等功 能，直接影响着飞机的寿命及可靠性。美国。挑战 按硫化温度分类，橡胶密封材料可以分为高温 者”号航天飞机及俄罗斯“联盟”号宇宙飞船均曾 硫化橡胶和室温硫化橡胶，高温硫化橡胶和室温硫 因密封失效而发生过机毁人亡的事故，美国F15、 化橡胶又可按照生胶的不同分为不同种类，具体分 F16战斗机和我国的歼七飞机也因高压胶管和燃调器 类见图l和图2。 薄膜裂破导致坠机。据统计，世界航空器产生的各 兰竺兰竺竺 l 类故障中有40％～60％与橡胶材料有关，这直接说明 至垫竺坚 l一’一_ 茎竺!：：=竺坚 I 了高性能橡胶材料的重要性。 —●■■■■■■■■■■■■■■■●●■■■●■■■■■■■■■■一 n j四F詈叫 r一———————————————1- —。___--____．．-___________．_一 竺竺竺 ■ —●■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■一I一磊i] 三：：!竺 I 墨：竺 I 竺：兰竺：I 图I高温硫化橡胶的分类 橡胶材料在飞机上的主要应用 —] T““t3l 10 ” 蹦】!l 、： ¨ ．、_ ‘，1川。 橡胶材料在发动机上的主要应用 图2室温硫化橡胶的分类 ；一 一一一一一一一 万方数据 专家观点 3国外航空用橡胶密封材料的发展历程及趋势 小松鼠等机种用橡胶及密封剂的研制； 作为欧美重点发展的关键材料技术之一，橡胶 密封材料在近几十年中发展相当迅速：二战前主要 以天然橡胶为主，飞机性能不高，对橡胶密封材料 的要求相对较低；二战后的20多年间，随着飞机性 能的提高，大量使用氯丁橡胶、丁钠橡胶等合成橡 胶，软油箱等的出现又促进了飞机作战性能的进一 步提升；20世纪70年代至90年代，氟橡胶、有机硅 阿帕奇武直旋翼系统 等特种橡胶的发明，满足了第三代飞机要求，聚硫 (3)自主体系建立阶段(20世纪90年代至 密封剂的出现使整体油箱成为现实；20世纪90年代 今)：针对我国自主研制的航空器，开展了一系列 至今，氟醚、氟硅橡胶、聚硫代醚密封剂等保证了 相应牌号特种橡胶和密封剂的研制工作。 新一代飞机性能的实现，导电、防火、减振等功能 目前，我国橡胶密封材料研究及应用存在的主 橡胶极大地提高了飞机的可靠性。 要问题包括以下5个方面： 国外橡胶材料的总体发展趋势是高性能特种 (1)使用材料落后 橡胶大量使用，而通用橡胶基本淘汰。如俄罗斯在 现役的航空器用橡胶密封材料大多使用相当于 20世纪60年代的宇航标准中规定的胶料，在20年后 国外20世纪60年代至70年代水平的通用型丁腈橡胶 的新标准中就已有70％以上停止推荐使用。具体来 胶料(包括橡胶薄膜和随动活塞皮碗等燃调器的关 说，橡胶密封材料的发展趋势主要体现在以下几个 键零件)，较少使用特种橡胶材料，大量使用这些 方面： (1)耐油系统(燃油、滑油、液压油)主要 落后的密封材料必然导致航空器故障多、寿命短、 使用氟、氟硅、氟醚和全氟醚橡胶； (2)空气和外 性能差。 露系统主要使用乙丙橡胶、有机硅橡胶； (3)静 用量少的特种橡胶，如氟橡胶也大部分是20世 密封使用低压缩永久变形胶料，动密封使用低摩擦 纪80年代研制的产品和个别牌号，很少使用更高性 系数、具有自润滑和导热性的胶料及其复合制品； 能的氟醚和全氟醚橡胶。功能型橡胶材料如减振橡 (4)大量使用织物增强的橡胶薄膜、补偿波纹管、 胶，防火、隔热橡胶与密封剂，织物增强橡胶等较 减震器和高性能紧箍件，采用先进的密封结构优化 少研究和使用。 设计技术、精密橡胶制品制造技术及性能评定技 (2)橡胶制品性能稳定性较差 术，同时，国外均是研发与批生产一体化的产品供 橡胶制品主要采用模压工艺成型，制品性能分 应模式，走专业化发展的道路； (5)电磁特性、隔 散性大，国外重要橡胶制品均要求使用传递模塑成 热防火、阻尼减振等功能密封材料大量使用，并与 型，不允许采用模压成型。 其它材料集成的技术和先进现场工艺发展迅速，如 (3)新型密封结构与功能密封件的使用较少， 阿帕奇武直旋翼系统中使用的弹性轴承和阻尼器是 缺乏深入研究 由高性能功能橡胶和不同金属复合而成的结构功能 国内航空发动机橡胶制品多采用垫片和“O” 件，又如在欧洲战斗机上使用整体油箱密封帽，极 型圈，国外采用的制品结构类型较多，如“梅花” 大地改善了现场密封工艺； (6)密封剂向宽温域、 型、 “x”型、 “Y”型等。防火密封件、隔振减振 低密度、多功能和多品种方向发展。 件、耐高温弹性紧箍件、织物增强的型材等功能密 4我国航空用橡胶密封材料的发展历程及差距 封件使用较少，研究不够深入。 随着各种机型的研制，我国航空橡胶密封材料 (4)管路紧固和减振效率较差 的发展经历了3个阶段。 国内航空器常出现管路断裂现象，主要原因是 (1)研制前苏联橡胶、密封剂阶段(20世纪50管路紧固和减振效率较差，造成管路在振动过程中 年代至60年代)：研制了多个牌号橡胶及聚硫密封 应力集中、磨损，有些管路应采取补偿波纹管式柔 剂，广泛应用在歼六、歼七等机种，为航空橡胶和 性装配及弹性紧箍结构，以便于安装和减小振动。 密封剂应用打下了良好的技术基础； (5)整体油箱、机身结构仍采用普通聚硫密封 (2)研制西方橡胶、密封剂阶段(20世纪70年剂，而欧美普遍采用耐温等级更高、寿命更长且工 代至90年代)：开展斯贝发动机、超黄蜂、海豚、 艺性更好的改性聚硫、聚硫代醚密封剂。 14I军民两用技术与产品201：3·6 万方数据 专家观点 5航空用橡胶密封材料的应用 为什么氟(醚)橡胶具有如此优异的性能 北京航空材料研究院是国内唯一面向航空的 呢?“氟”的特点决定了含氟高分子特殊的性能。 综合性材料研究院，也是国内最大的材料工程中心 “氟”位于化学元素周期表的第9位，氟原子的原子 之一。其中，橡胶密封材料研究室专业从事特种橡 半径是卤族元素中最小的，电负性最高；碳氟键的 胶、密封剂、阻尼减震、隔热防护、三防材料、绝 键能非常高，结构稳定，也因此，聚四氟乙烯被称 缘、导电、导热、橡胶型胶粘剂、防老化保护涂料 为塑料王，具有极优异的耐温、耐介质等特性。同 和轻质发泡等功能材料及其理化测试等方面的基础 样原理，氟(醚)橡胶也具有优异的耐温、耐介质 研究、应用研究和工程化研究。该研究室具有高 等特性。 性能材料的研发和批量生产能力、高难度关键部件 氟(醚)橡胶的性能更优于氟橡胶，使用温度 的设计与制造能力，是我国国防系统橡胶、密封材 料研究领域中紧跟国际高新技术发展的主要技术力 应用于火箭的伺服机构、航空发动机高温区域的润 量，其研发的各类材料代表着当今国际航空材料的 滑油、燃油密封和歼击机液压助力器的活动密封； 先进水平，下面就部分材料进行介绍。 氟(醚)橡胶与各种织物复合的薄膜适用于空气、 合成润滑油、航空燃料、汽油等系统，某型发动机7 5．1含氟橡胶材料 种液压附件进行了3000h试车考核，密封性能优异， 目前，在耐介质系统中，大量采用氟(醚) 高、低温度下敏感性好，胶料与织物粘合牢固。 橡胶进行密封，这主要是因为氟(醚)橡胶具有较 含氟橡胶中另外一大类产品为氟硅橡胶。氟硅 为优异的性能，如优异的耐化学介质能力、力学特 橡胶兼具硅橡胶的耐高低温性能和氟橡胶的耐介质 性、耐热性能，极低的介质透过率，非常好的耐 性能，可广泛用于制造飞机发动机高温影响区域的 候、O：和O，特性，以及高性价比等。 空气、电气、燃油、液压系统的固定和限动密封件 氟(醚)橡胶具有最高等级的耐油、耐温性 及电绝缘零件，图3为氟硅橡胶制作的主液压油泵密 能，几乎可耐飞机各个系统涉及的所有种类的介 封制件，图4为氟硅橡胶制作的机翼燃油泵密封圈。 质；同时，氟(醚)橡胶的耐燃油渗透性也是目 F1智一一、 前所有橡胶材料中最好的。另外，氟(醚)橡胶的 r 耐低温性能也非常优异。美国空军材料实验室通 _7t 过模拟实验证明，VitonGLT低温密封能力可以达 一露ljb 到-54。C，采用杆密封试验器在M—H．83282介质中， Viton GLT“O”型圈经过4万次往复试验仍无泄漏且 —’—H职。 飞 尹1Ir 外观无磨损。该试验模拟了预计的航空液压系统的 备 最高、最低使用温度。这表明该材料在航空液压系 统中的应用是绝对可靠的。 图3氟硅橡胶主液压油泵密封 氟(醚)橡胶突出的优势是其同时具有优良的 耐臭氧、耐热、耐大气老化、耐油性等，其它的橡 胶材料通常难以同时具有这些性能。氟(醚)橡胶 与其它橡胶的性能比较见表1。 表1氟(醚)橡胶与其它橡胶的性能比较 耐臭氧 耐大气 耐油性 橡胶品种 耐热性能 性能 老化性能 性能 天然橡胶 劣 劣 劣 劣 顺丁橡胶 劣 良 劣 劣 图4氟硅橡胶机翼燃油泵密封圈 丁苯橡胶 劣 可 劣 劣 5．2空气系统用橡胶材料 丁腈橡胶 劣 良 劣 优 氯丁橡胶 良 良 良 良 空气系统中使用的橡胶材料主要有乙丙橡胶、 丁基橡胶 良 优 良 劣 硅橡胶等。乙丙橡胶主要用于空气、磷酸酯液压油 乙丙橡胶 优 优 优 劣 系统中工作的活动及固定密封件，以及大型客机冷 氟(醚)橡胶 优 优 优 优 硅橡胶 优 优 优 劣 空气及磷酸酯液压油系统中。同时，其还具有耐酸 2013-6军民两用技术与产品I15 万方数据 专家观点 碱及氧化剂的性能。此外，乙丙橡胶还具有良好的 密封剂(使用温度为一55℃～180C)。聚硫类密封 耐高低温性，例如，北京航空材料研究院生产的 剂向低密度、无毒阻蚀、导电、无溶剂刷涂、低温 EP8189和EP8282乙丙橡胶在-50℃下压缩耐寒系数快速硫化等多方向发展。 仍可达0．4，可在-60C～150℃下长期使用、短期在空气、油料等多种介质中，可使用氟硅密封 175C，适用于制作活动密封件或固定密封件。 剂或氟硅苯撑密封剂，配合粘接底涂，对铝合金、 嗣精赳掣 ，囊口- 瑚℃：K啊使咐 不锈钢等金属基材具有良好的粘接能力，使用温度 一 竺 融馘矾 ，w5，∞ L -791Ut乇孵使Ⅲ 为一55C～230C，短期使用温度可达2500C；而氟硅 B筠a∞。 3媳廷照奠避四．．一 岛诅曩 SB54506’ 量㈣ 拉■巷Ⅱ鼙≥&0蛆、 XM-弘lmI一…h 耐f岛低温犁HM．圳HM．¨ L 高I疆帚 ：HR鲫 Ii覆甚嚏≥葛越¨-- ，8854酗i ■曩黻≥世b岫 躏敞蔓 一·洲 ，籍穿屯IK≥蛐Nh 经藏麓’魄霸 t甘q三枣 1蛇4250 f110．吨量l丰≥sO里—qm ■●_ r胄pI抑 他戢电阻謇妁为4．0．1lam 高导电帚笥裂：慧笔譬笥：：罱：-：；；：_器}篷 ■耋t—IE■ ■■■■■■●_ —●—一 商嫩耐油巾 1．疆舯 -簟瘦雨舯’．mJ’商丑肃油硝 鹫封触 图5硅橡胶的种类及应用 ■—●—■■●_ 近年来，硅橡胶的发展非常迅速，已形成了系 列化和功能化产品，见图5。硅橡胶制品的应用也非 图6有机硅密封剂的分类 常广泛，如橡胶垫、橡胶管、薄膜、电磁密封件等。 苯撑密封剂的使用温度为-55℃～250(2，短期使用 5．3功能橡胶制件 温度则可达到275C。 为适应新一代航空武器装备的发展需求，我国 有机硅密封剂主要用于空气系统中的密封， 的橡胶材料技术不断向前发展，大量具有特殊功能 目前系列化产品较多。此外，根据特殊使用要求， 的橡胶制件被应用于飞机上，其中，比较典型的包 近年来，我国也开发出了一些具有防火、隔热、吸 括橡胶减振器、橡胶密封型材、橡胶衬垫卡箍等。 波、减振等特殊功能的有机硅密封剂产品。 航空用橡胶减振器主要用于电气系统、仪器仪 北京航空材料研究院研制的HM317、HM320 表，以及发动机的减振，可有效降低振动对设备仪 防火密封剂，3．2mm厚橡胶板在1loo℃火焰下烧蚀 器的损害，延长其使用寿命。橡胶密封型材主要用 15min也不会烧穿，且能够有效阻隔火焰的温度，产 于窗、舱门密封，橡胶材料可以使用乙丙橡胶、硅 品达到了国内领先、国际先进技术水平。橡胶板在 橡胶、氟硅橡胶等。橡胶衬垫卡箍主要用于飞机机 火焰下烧蚀试验照片及烧蚀时火场温度与橡胶板温 度对比曲线。 橡胶衬垫卡箍 体及发动机的电线、管路的固定和减振，目前已实 a橡胶板在火焰下烧蚀 现了产品的标准化和系列化，如北京航空材料研究 院生产的MS21919系列卡箍、MS621系列卡箍等， 可达到不同工作环境下的使用要求。 5．4密封剂 我国的整体油箱和机身防腐蚀密封剂基本达到 国外水平，目前广泛采用聚硫类密封剂，包括普通

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