航空用特种橡胶密封型材发展趋势
牛喆
[摘 要]橡胶密封材料用于飞机各个部位，可起到密封、减震、隔热、防火、传输、支撑等作用，是飞机各系统功能实现和保障必需的关键材料。着我国航空工业的发展，高性能橡胶密封材料及其应用技术取得了长足进步。飞机的密封性能一直是飞机使用安全性能和可靠性能的基础，设计有效的橡胶密封型材结构并研制适宜的胶料一直是飞机用密封制品的研究重点。
[关键词]橡胶，密封，飞机
中图分类号：TQ330.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0008-01
1 航空橡胶密封材料的作用
橡胶密封材料在飞机上虽然用量不大，但却发挥着至关重要的作用。其被用于实现密封（气密、水密、油密）、贮存和传输介质、阻尼减振、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“挑战者”号航天飞机及俄罗斯“联盟”号宇宙飞船均曾因密封失效而发生过机毁人亡的事故，美国F15、F16战斗机和我国的歼七飞机也因高压胶管和燃调器薄膜裂破导致坠机。据统计，世界航空器产生的各类故障中有40%～60%与橡胶材料有关，这直接说明了高性能橡胶材料的重要性。我国航空器上使用的橡胶密封材料发展相对比较滞后，如目前大量使用的5080、5470等丁腈橡胶，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，燃油性能会急剧下降，这些缺陷会严重影响航空器的使用寿命和可靠性。
2 国外航空用橡胶密封材料的发展历程及趋势
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、有机硅等特种橡胶的发明，满足了第三代飞机要求，聚硫密封剂的出现使整体油箱成为现实；20世纪90年代至今，氟醚、氟硅橡胶、聚硫代醚密封剂等保证了新一代飞机性能的实现，导电、防火、减振等功能橡胶极大地提高了飞机的可靠性。
国外橡胶材料的总体发展趋势是高性能特种橡胶大量使用，而通用橡胶基本淘汰。如俄罗斯在20世纪60年代的宇航标准中规定的胶料，在20年后的新标准中就已有70%以上停止推荐使用。
3 我国航空用橡胶密封材料的发展历程及差距
随着各种机型的研制，我国航空橡胶密封材料的发展经历了3个阶段。
（1）研制前苏联橡胶、密封剂阶段（20世纪50年代至60年代）：研制了多个牌号橡胶及聚硫密封剂，广泛应用在歼六、歼七等机种，为航空橡胶和密封剂应用打下了良好的技术基础；（2）研制西方橡胶、密封剂阶段（20世纪70年代至90年代）：开展斯贝发动机、超黄蜂、海豚、小松鼠等机种用橡胶及密封剂的研制；（3）自主体系建立阶段（20世纪90年代至今）：针对我国自主研制的航空器，开展了一系列相应牌号特种橡胶和密封剂的研制工作。
目前，我国橡胶密封材料研究及应用存在的主要问题包括以下5个方面：
（1）使用材料落后
现役的航空器用橡胶密封材料大多使用相当于国外20世纪60年代至70年代水平的通用型丁腈橡胶胶料（包括橡胶薄膜和随动活塞皮碗等燃调器的关键零件），较少使用特种橡胶材料，大量使用这些落后的密封材料必然导致航空器故障多、寿命短、性能差。
用量少的特种橡胶，如氟橡胶也大部分是20世纪80年代研制的产品和个别牌号，很少使用更高性能的氟醚和全氟醚橡胶。功能型橡胶材料如减振橡胶，防火、隔热橡胶与密封剂，织物增强橡胶等较少研究和使用。
（2）橡胶制品性能稳定性较差
橡胶制品主要采用模压工艺成型，制品性能分散性大，国外重要橡胶制品均要求使用传递模塑成型，不允许采用模压成型。
（3）新型密封结构与功能密封件的使用较少，缺乏深入研究
国内航空发动机橡胶制品多采用垫片和“O”型圈，国外采用的制品结构类型较多，如“梅花”型、“X”型、“Y”型等。防火密封件、隔振减振件、耐高温弹性紧箍件、织物增强的型材等功能密封件使用较少，研究不够深入。
4 航空用橡胶密封材料的应用
4.1 含氟橡胶材料
目前，在耐介质系统中，大量采用氟（醚）橡胶进行密封，这主要是因为氟（醚）橡胶具有较为优异的性能，如优异的耐化学介质能力、力学特性、耐热性能，极低的介质透过率，非常好的耐候、O2和O3特性，以及高性价比等。
氟（醚）橡胶具有最高等级的耐油、耐温性能，几乎可耐飞机各个系统涉及的所有种类的介质；同时，氟（醚）橡胶的耐燃油渗透性也是目前所有橡胶材料中最好的。另外，氟（醚）橡胶的耐低温性能也非常优异。美国空军材料实验室通过模拟实验证明，Viton GLT低温密封能力可以达到-54℃，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外观无磨损。该试验模拟了预计的航空液压系统的最高、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。
含氟橡胶中另外一大类产品为氟硅橡胶。氟硅橡胶兼具硅橡胶的耐高低温性能和氟橡胶的耐介质性能，可广泛用于制造飞机发动机高温影响区域的空气、电气、燃油、液压系统的固定和限动密封件及电绝缘零件。
4.2 空气系统用橡胶材料
空气系统中使用的橡胶材料主要有乙丙橡胶、硅橡胶等。乙丙橡胶主要用于空氣、磷酸酯液压油系统中工作的活动及固定密封件，以及大型客机冷空气及磷酸酯液压油系统中。同时，其还具有耐酸碱及氧化剂的性能。此外，乙丙橡胶还具有良好的耐高低温性，例如，北京航空材料研究院生产的EP8189和EP8282乙丙橡胶在-50℃下压缩耐寒系数仍可达0.4，可在-60℃～150℃下长期使用、短期175℃，适用于制作活动密封件或固定密封件。
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。硅橡胶制品的应用也非常广泛，如橡胶垫、橡胶管、薄膜、电磁密封件等。
4.3 功能橡胶制件
为适应新一代航空武器装备的发展需求，我国的橡胶材料技术不断向前发展，大量具有特殊功能的橡胶制件被应用于飞机上，其中，比较典型的包括橡胶减振器、橡胶密封型材、橡胶衬垫卡箍等。
航空用橡胶减振器主要用于电气系统、仪器仪表，以及发动机的减振，可有效降低振动对设备仪器的损害，延长其使用寿命。橡胶密封型材主要用于窗、舱门密封，橡胶材料可以使用乙丙橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶等。橡胶衬垫卡箍主要用于飞机机体及发动机的电线、管路的固定和减振，目前已实现了产品的标准化和系列化。
有机硅密封剂主要用于空气系统中的密封，目前系列化产品较多。此外，根据特殊使用要求，近年来，我国也开发出了一些具有防火、隔热、吸波、减振等特殊功能的有机硅密封剂产品。
参考文献
[1] 张继华，任灵，赵云峰，等.空间环境用耐低温硅橡胶密封材料研究[J].航天器环境工程，2011，28（2）：161-166
[2] Levine NB.Carboxy Nitroso rubbers. Rubber Age[J].1969（5）：45-52.
