硅橡膠特性及在某型機上的應用

1、硅橡膠特性及在某型機上的應用航空工程與維修Characteristics of G148 Silicone Rubber and G51 Fluosilicone Rubber Used in the Aircraft硅橡膠具有突出的耐臭氧、耐大氣老化性能，熱穩(wěn)定性航空工程與維修Characteristics of G148 Silicone Rubber and G51 Fluosilicon e Rubber Used in the Aircraft硅橡膠具有突出的耐臭氧、耐大氣老化性能，熱穩(wěn)定性能，低溫柔韌性能，氟硅 橡膠還具有耐液體性能。本文介紹了 G148硅橡膠及G51氟硅橡膠在某型

2、飛機上的應用。一般的橡膠是以碳一碳鍵為主鏈的結(jié)構(gòu)，而硅橡膠則是以硅氧鍵為主鏈 的結(jié)構(gòu)。由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了它具有耐高溫、耐低溫、耐臭氧老化、耐 大氣老化性能以及優(yōu)良的介電性能，對滑油等介質(zhì)表現(xiàn)出優(yōu)異的化學惰性以及其 他橡膠所不具備的性能，因此在航空工業(yè)和軍事裝備等國防工業(yè)領域中使用范圍 非常廣泛。特別是近十幾年發(fā)展起來的氟硅橡膠，在兼顧硅橡膠優(yōu)異性能基礎上， 還具有耐油、耐溶劑、耐化學藥品的特性，使硅橡膠的應用擴大至各種油類介質(zhì)、 酸類介質(zhì)、化學溶劑介質(zhì)環(huán)境中，并還在繼續(xù)擴大其應用范圍。下面簡要闡述我 國某型機選用的G148硅橡膠和G 51氟硅橡膠的結(jié)構(gòu)性能以及與同類膠料相比 所具有的優(yōu)

3、點。硅橡膠結(jié)構(gòu)及特性硅橡膠是指主鏈以Si-O單元為主，以單價有機基團(R、R、R)為側(cè)基的一類線性 聚合物，其中R、R、R可以是甲基、乙烯基、苯基、氟烷基，m和n為聚合度，一般m + n 在 500010000 之間，n/(m+n)在 0.02%0.5%之間。物理機械性能對溫度的依賴性小由于Si-O鍵的離子性較強以及硅氧烷鏈容易內(nèi)旋轉(zhuǎn)和具有柔順性，導致了硅氧烷鏈的 卷曲傾向。常溫下聚合鏈呈螺旋狀結(jié)構(gòu)，每圈主要由67個硅氧單元組成，而且具有一定 的有序性，當溫度升高時，螺旋狀聚合鏈可以舒展，使聚硅氧烷的粘度趨于增大，這與高聚 物粘度通常隨溫度升高而降低的趨勢正好相反，致使硅橡膠物理機械性能在較寬

4、溫度范圍內(nèi) 變化較小。如拉伸強度在0250C之間的變化明顯比其他橡膠小得多(見圖1)。其硬度、扯 斷伸長率、定伸應力等在一定溫度范圍內(nèi)的變化也小于其他有機橡膠。親親.r.三SSF圖1各種橡膠的拉伸強度與溫度的關系優(yōu)異的耐熱穩(wěn)定性硅橡膠的耐熱穩(wěn)定性包括3個因素：熱解穩(wěn)定性：由于Si-O鍵鍵能為427.4kJ/mol，而C-C鍵鍵能為262.7kJ/mol， 所以其熱解穩(wěn)定性高于C-C鍵有機橡膠。熱氧化穩(wěn)定性：因為聯(lián)接到Si上的有機基團(如苯基、甲基、乙基、丙基、乙烯基）對氧較穩(wěn)定（僅乙烯基較差），故其熱氧化穩(wěn)定性也很好。（3）聚硅氧烷分子的重排：硅氧鍵之間還可以進行交換與再組合使聚硅氧烷分子發(fā)生

5、 重排，故在高溫下不會發(fā)生降解反應，導致低分子環(huán)狀聚硅氧烷的出現(xiàn)。由以上3條可知， 硅橡膠的耐高溫性能是由分子結(jié)構(gòu)本身決定的。優(yōu)異的耐低溫性能硅橡膠的玻璃化溫度（Tg）比一般C-C鍵有機橡膠低，如聚二甲基硅氧烷橡膠的玻璃化 溫度為一1235C,所以耐低溫柔韌性特別好，但由于補強劑（如白碳黑）的填充可使硅橡膠 在低溫發(fā)生結(jié)晶而使其硬化，故硅橡膠使用溫度下限一般不超過一65C。不受溫度影響的優(yōu)異的介電性能硅橡膠主鏈中具有類似于石英的Si-O結(jié)構(gòu)，在柔性絕緣材料中，硅橡膠的電絕緣性是 優(yōu)異的。如HG6-677-74中的6143、6144硅橡膠體積電阻不低于1014Q/cm3,擊穿電壓強度分別達到20

6、kV/mm和15kV/mm以上。并且其各項電性能指標溫度變化的波動極?。ㄒ妶D2）。3、弓躍一F.SW.19.711.83、弓躍一F.SW.19.711.8快速升溫慢速升溫_III I137.fi93 3 御河4H260溫度熾糠叫圖2硅橡膠介電強度隨溫度的變化曲線優(yōu)異的耐臭氧和耐大氣老化性能硅橡膠中的聚合鍵呈螺旋狀結(jié)構(gòu)，每圈中有67個硅氧單元的有序排列，使分子相當 穩(wěn)定，在臭氧侵蝕和各種天候暴露中都具有優(yōu)良的耐老化性能。即使是在陽光強烈照射的條 件下，其物理機械性能也沒有明顯變化。對酸堿及高溫水蒸汽耐受性能由于Si-O鍵的離子性特征，硅橡膠的聚硅氧烷分子在酸或堿的作用下會加速重排，在 高溫下甚至

7、會導致分子的“雪崩式”迅速降解，生成大量低分子環(huán)狀聚硅氧烷。同時硅橡膠 在高溫水溶液環(huán)境中也會發(fā)生水解反應，該反應能被酸性或堿性催化劑加速，也可被高溫加 速，故硅橡膠不耐酸堿，不能用于酸性或堿性場合的密封、減震等。同時也由于、1 -O-Si 鍵在高溫情況下能被水水解成Si-O-H鍵，故硅橡膠也不能用于水蒸汽管路的連接及密封。氟硅橡膠硅橡膠中的新品種氟硅橡膠由于在分子側(cè)基上引入極性氟原子，其硫化后的膠料制品能 表現(xiàn)出優(yōu)異的耐油性能及耐化學藥品性能。如三氟丙烯甲基乙烯基硅橡膠不僅耐濕性好，還 具有突出的耐油、耐溶劑、耐化學藥品性能，在航空汽油中體積溶脹10%，在甲苯中20%， 在濃硝酸中5%。這就

8、克服了硅橡膠不耐酸堿和油類及化學藥品的弱點，為硅橡膠的發(fā)展應 用提供了廣闊的前景。在我國生產(chǎn)的眾多硅橡膠品種中，最近幾年新研制成功的硅橡膠G148和氟硅橡膠G-5 1具有突出的優(yōu)異性能，目前已用在某型飛機中。下面著重介紹這兩種新材料，并將其性能 與以往的同類材料進行對比。硅橡膠G148的應用1.更高的物理機械性能某型機系統(tǒng)制冷組件中的密封圈和夾緊卡箍，選用西北橡膠工業(yè)制品研究所 研制的G148硅橡膠。該橡膠是由硅生膠填加二氧化硅補強劑、結(jié)構(gòu)控制劑和過 氧化物硫化劑經(jīng)混煉而成，具有高強、耐溫范圍寬（長期工作溫度一55+ 250C， 短期工作溫度可高達300C）的特點。與以往飛機耐高溫密封制品所使

9、用的6143、 6144硅橡膠相比，具有更高的拉伸強度、斷裂伸長率以及更窄的硬度變化范圍 （見表1）。從表1可知，G148膠料的常溫拉伸強度指標比6143和6144分別高2 MPa和1MPa，這就能使飛機系統(tǒng)制冷組件安裝所用的密封件，不僅能承受密封靜 壓力，而且還具有一定卡緊力。表1中G148的硬度變化只有10度，而6143和6144都是20度，這就能使G148產(chǎn)品生產(chǎn)工藝及成品質(zhì)量都很穩(wěn)定，保障了零件的使用性能。這一點對產(chǎn)品部件的密封效果尤為明顯。表1各膠料常溫性能指標對比測試條件機械性能61436144G148拉伸強度，MPa不低于2.93.94.9斷裂伸長率，不低于200200250邵氏

10、硬度，度40 6040 6045 552.更優(yōu)異的耐熱老化性能某型飛機的系統(tǒng)環(huán)境是220C以上的熱空氣環(huán)境，短期溫度可高達270C(10min),這就 要求密封件、夾緊卡箍等能在此溫度下長時間地有效工作。G148在經(jīng)歷250CX72h的熱老 化后，其斷裂伸長率、硬度值和脆性溫度均不低于常溫的對應指標值，僅拉強度下降12% (表 2),與此相比，6144硅橡膠在相同條件下試驗后的下降指標為13%，而6144硅橡膠經(jīng)過幾 十年來在250C的高溫環(huán)境中使用，證明是沒有問題的。因此可以確定，G148硅橡膠制件完 全能在上述環(huán)境中長期有效工作。表2G148硅橡膠高溫實測數(shù)據(jù)表測試項目常溫指標樣品實測數(shù)據(jù)

11、測試條件常溫250CX72h拉伸強度，MPaN4.95.74.3斷裂伸長率，N250490450邵氏硬度，度45 554343脆性溫度，C-60合格合格由于G148硅橡膠突出的耐高溫性能，在飛機中還被用來阻隔應急動力燃料的高溫 燃料剩余物，使之不能在機身各框中傳遞。很好地防止了高溫剩余物對飛機機體的侵蝕。由于G148硅橡膠的優(yōu)異性能，其應用范圍還可擴展到臭氧、電場環(huán)境中， 也可以供發(fā)動機O形圈、墊片、安裝堵頭和插座等使用。氟硅橡膠G-51的應用在先進的現(xiàn)代飛機中，各項技術指標要求極高，因此對原材料的要求也非常 嚴格。某型飛機上的燃油、滑油、液壓油及空氣泵系統(tǒng)的密封件材料采用了西北 橡膠工業(yè)制品

12、研究所新研制的G-51氟硅橡膠。該材料與以前機種選用的試G40 1、試G409和G441氟硅橡膠相比，具有更優(yōu)的物理機械性能及更好的耐油性能。1.更高的物理機械性能從表3可知，G-51氟硅橡膠的常溫拉伸強度指標分別比試G401和試G409 高出1.1MPa和1.5MPa，扯斷伸率分別高出150%和120%。這種具有更高強度 和更大伸長率的材料，保證了飛機各含油系統(tǒng)中的密封膠圈、膠繩和膠墊能承受 更大的動態(tài)和靜態(tài)密封壓力，能在更廣的范圍內(nèi)發(fā)生彈性變形而不致出現(xiàn)斷裂， 從而使密封效果更完全更徹底。同時由于G-51氟硅橡膠的硬度變化范圍只有1 0度，而試G401和試G409氟硅橡膠變化范圍分別是20

13、度，這就能使G-51的 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝及成品質(zhì)量都很穩(wěn)定，充分保障了產(chǎn)品的使用性能，這一點對密封 效果尤為突出。表3氟硅橡膠常溫力學性能指標對比橡膠牌號機械性能試 G401試 G409G-51拉伸強度，MPa不低 于5.885.497.0扯斷伸長率，MPa不 低于150180300邵氏硬度，度40 6050 706052.更優(yōu)異的耐油性能從表4可以看出，當G441和G-51分別于常溫下浸泡在燃油中，G-51對燃油的耐受 性是G441的10倍。當浸泡在高溫燃油中時，G-51氟硅橡膠的體積變化比試G401要小8%， 這說明G-51氟硅橡膠在高溫油中其性能比試G401氟硅橡膠更加穩(wěn)定，密封時間更持久。

14、因此G-51氟硅橡膠無論從力學性能看還是從常溫、高溫耐油性能看，都比以往機種所選用 的膠料更加優(yōu)異。表4氟硅橡膠耐油指標對比耐油性能橡膠牌號燃油，常溫X24h， 體積變化，不大 于燃油，常溫X240h， 體積變化，不大 于燃油，200CX24h， 體積變化，不大 于燃油，130CX70h + 80CX240h，體 積變化，不大于G44110G-511020試 G40128隨著氟硅橡膠品種的增加和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，其應用范圍將會不斷擴大。氟硅橡 膠可用于制作在一60+ 200C溫度范圍的空氣、燃油蒸氣、滑油環(huán)境中的密封件、薄膜和 活門件(例如：飛機倒飛油箱空氣減壓器內(nèi)的膜片和O形圈、飛機機身油箱和副油箱加油通 氣活門件)，也可用于制