高性能橡胶密封材料及其在航天工业上的应用

系统介绍了航天材料及工艺研究所55年来研制的高性能橡胶密封材料的主要种类、牌号及其物理机械性能,并通过若干典型应用实例说明其在我国航天工业上的应用现状.     

硅橡胶基防热涂层高温压缩行为

为研究硅橡胶基防热涂层高温下的力学性能,针对两种硅橡胶基防热涂层开展高温压缩试验,对其截面的宏观及微观形貌进行分析,并结合高温下的热失重分析,探讨了其高温压缩强度变化规律及机理。研究结果表明:甲基苯基硅橡胶涂层高温热解温度区间主要为500～650℃,最终质量残余率为67.61%,其高温压缩强度在25～800℃呈增加趋势,由于玻璃小球的软化及树脂基体的热解,导致在400及700℃两个温度点的压缩强度降低,但在800℃由于玻璃小球与涂层中填料、烧蚀产物等发生共融,使涂层力学性能显著增加。甲基乙烯基硅橡胶涂层的高温热解温度区间主要为450～800℃,最终质量残余率为89.95%,由于甲基乙烯基硅橡胶涂层在高温热解后产生的陶瓷相,弥补了树脂裂解所带来的强度下降,因此在25～800℃其高温压缩强度较为稳定,并未产生明显衰减。影响硅橡胶基防热涂层高温力学性能的因素主要包括树脂基体的热解以及填料在高温下发生的物理-化学变化。     

用于复合材料成型的硅橡胶气囊的使用寿命评估

为考察用于复合材料成型的硅橡胶气囊的使用寿命，模拟气囊的实际应用条件，利用热老化后的硅橡胶的拉伸强度、撕裂强度和硅橡胶与试件的剥离强度相对比来评估。试验表明：1453D硅橡胶老化100次后拉伸强度和撕裂强度都远远大于其剥离强度，推测其力学性能能够满足使用100次的要求，因此可推荐用硅橡胶气囊代替金属芯模用于复合材料成型工艺中。     

带颗粒型金属橡胶夹层阻尼结构的振动响应研究

针对冲压发动机中高温板壳结构的振动抑制需求,提出新型颗粒金属橡胶夹层阻尼结构,基于模态应变能法建立了其动力学理论模型和数值求解方法。与试验结果对比表明,共振幅值的相对误差不大于20%。进一步采用理论分析与试验相结合的手段,论述了颗粒型金属橡胶夹层阻尼的有效性,可有效降低振动响应3~8倍;随着填充密度的增加,减振效果增加;对于一弯和二弯振动,下部填充减振效果最好,而在下部填充,振动响应会被放大;依据数值计算获得的应变能分布结果,进行夹层设计可达到良好的减振效果。     

空间级加成型室温硫化硅橡胶粘结剂的研究

研究了一种新的空间级加成型室温硫化硅橡胶KH—SP—B ,它的特点在于具有低的热真空失重 ,在 12 5℃× 2 4h ,1× 10 - 10 MPa下的热真空失重可小于 0 .3% ;高的粘接强度 ,与金属及聚酰亚胺等的粘结强度可达到 2MPa以上 ;高的热稳定性能 ,分解温度可达 52 4℃ ;优异的低温性能 ,脆性温度为 - 114℃ ;良好的电性能 ,体积电阻率可达 1.3× 10 16 Ω·cm。是一种综合性能优良的空间级室温硫化硅橡胶。     

一种惯性导航用减振器的低温工作特性

使用带有环境温湿度箱的电磁振动台进行一种航空惯性导航用减振器(JZ-2）的低温动态性能测试,研究了该型减振器的低温(-70℃~20℃）工作特性,得到该减振器的谐振频率以及放大倍数在温度降低条件下的变化规律,并将谐振频率与温度的关系推广至压剪型硅橡胶减振器,为航空器用惯性导航设备在高寒地区的设计以及使用提供参数依据。研究结果表明,当温度低于室温,压剪型橡胶减振器的低温谐振频率与温度的关系符合一阶指数衰减函数。     

侧链基团和填料对硅橡胶材料耐烧蚀性能的影响

为了研究侧链基团和填料对硅橡胶材料耐烧蚀性能的影响,选用具有苯环和多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)这2种侧链基团的硅橡胶基体,以及Mg(OH)2、蒙脱石、Fe2O3和短切碳纤维(1 mm)这4种填料,利用马弗炉等温烧蚀和动态热失重TG法研究不同侧链基团和填料样品的耐烧蚀机制。结果表明:苯环和POSS基团的引入使得基体初始分解温度分别提高了79 ºC和9 ºC,质量损失率分别降低了19.4%和12.0%。以Mg(OH)2 25 g(每100 g硅橡胶)、蒙脱石4 g和Fe2O3 6 g作为硅橡胶复合材料进行填料时,其质量烧蚀率为0.008 g/s,相比纯橡胶基体降低了86.8%。在以上配方中继续引入5 g碳纤维,使其质量烧蚀率降低至0.004 g/s。残炭层的微观形貌显示,短切碳纤维形成的三维骨架结构是提高硅橡胶材料耐烧蚀性能的关键。     

不同温、湿度条件下硅橡胶密封圈贮存寿命研究

通过对硅橡胶P6144密封圈的加速老化试验,建立了该密封圈材料在贮存温度下的压缩永久变形和时间的关系,预测了25℃、35℃、45℃、55℃、65℃和75℃温度条件下硅橡胶P6144密封材料的贮存寿命,研究了温度对硅橡胶密封圈贮存寿命的影响规律。     

高导电硅橡胶材料的性能

首先通过平行对比了三种填充不同导电填料的硅橡胶材料的拉伸强度、扯断伸长率、恒定压缩永久形变、导电性及屏蔽性能,优选出镀银铝粉作导电填料;考察了镀银铝粉用量对硅橡胶材料的拉伸强度、伸长率、压变、微观形貌、导电性能的影响,最终确定镀银铝粉的填充体积分数为55%;结合导电橡胶制品对使用寿命的需求,进一步深入研究了导电硅橡胶材料在自然平贮老化及高温加速老化下的导电性能。结果表明:随老化时间的延长,体积电阻率不断增大,导电性能减弱。自然平贮老化60 d后,材料的体积电阻率基本不变;900d后,体积电阻率由初始值4.6×10-3Ω·cm增大至7.5×10-2Ω·cm。150℃老化30 d后,体积电阻率由初始值增大至9.5×10-2Ω·cm。填充镀银铝粉的导电硅橡胶材料在两种条件下老化后均能保持高的导电性;高温加速老化对导电性能的影响大于自然平贮老化。     

苯基硅中间体对阻尼硅橡胶性能的影响

为了提高硅橡胶高温下的阻尼性能,将高苯基含量的苯基硅中间体添加到硅橡胶中,并使用硫化剂2,4-二氯过氧苯甲酰(DCLBP)与硅橡胶共硫化。通过无转子硫化仪、SEM、DMA、TG对改性硅橡胶性能进行表征。结果表明:随苯基硅中间体用量的增加,硅橡胶的硫化程度降低,硬度和拉伸强度下降,而拉断伸长率、撕裂强度和高温下的损耗因子tanδ明显提高。当添加量为15份时,硅橡胶拉伸强度为7. 75 MPa,最大损耗因子tanδmax从0. 2提高到0. 3。