硅橡胶特性及在某型机上的应用

硅橡胶特性及在某型机上的应用

航空工程与维

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51 Fluosilicone Rubber Used in the Aircraft 硅橡胶具有突出的耐臭氧、耐大气老化性能，热稳定性

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Characteristics of G148 Silicone Rubber and G－51 Fluosilicon e Rubber Used in the Aircraft

硅橡胶具有突出的耐臭氧、耐大气老化性能，热稳定性能，低温柔韧性能，氟硅橡胶还具有耐液体性能。本文介绍了G148硅橡胶及G－51氟硅橡胶在某型飞机上的应用。

一般的橡胶是以碳－碳键为主链的结构，而硅橡胶则是以硅氧键为主链的结构。由于其结构的特殊性，决定了它具有耐高温、耐低温、耐臭氧老化、耐大气老化性能以及优良的介电性能，对滑油等介质表现出优异的化学惰性以及其他橡胶所不具备的性能，因此在航空工业和军事装备等国防工业领域中使用范围非常广泛。特别是近十几年发展起来的氟硅橡胶，在兼顾硅橡胶优异性能基础上，还具有耐油、耐溶剂、耐化学药品的特性，使硅橡胶的应用扩大至各种油类介质、酸类介质、化学溶剂介质环境中，并还在继续扩大其应用范围。下面简要阐述我国某型机选用的G148硅橡胶和G－51氟硅橡胶的结构性能以及与同类胶料相比所具有的优点。

硅橡胶结构及特性

硅橡胶是指主链以Si－O单元为主，以单价有机基团(R、R′、R″)为侧基的一类线性聚合物，其中R、R′、R″可以是甲基、乙烯基、苯基、氟烷基，m和n为聚合度，一般m ＋n在5000～10000之间，n/(m＋n)在0.02％～0.5％之间。

1.物理机械性能对温度的依赖性小

由于Si－O键的离子性较强以及硅氧烷链容易内旋转和具有柔顺性，导致了硅氧烷链的卷曲倾向。常温下聚合链呈螺旋状结构，每圈主要由6～7个硅氧单元组成，而且具有一定的有序性，当温度升高时，螺旋状聚合链可以舒展，使聚硅氧烷的粘度趋于增大，这与高聚物粘度通常随温度升高而降低的趋势正好相反，致使硅橡胶物理机械性能在较宽温度范围内变化较小。如拉伸强度在0～250℃之间的变化明显比其他橡胶小得多(见图1)。其硬度、扯断伸长率、定伸应力等在一定温度范围内的变化也小于其他有机橡胶。

图1各种橡胶的拉伸强度与温度的关系

2.优异的耐热稳定性

硅橡胶的耐热稳定性包括3个因素：

（1）热解稳定性：由于Si－O键键能为427.4kJ/mol，而C－C键键能为262.7kJ/mol，所以其热解稳定性高于C－C键有机橡胶。

（2）热氧化稳定性：因为联接到Si上的有机基团(如苯基、甲基、乙基、丙基、乙烯

基)对氧较稳定(仅乙烯基较差)，故其热氧化稳定性也很好。

（3）聚硅氧烷分子的重排：硅氧键之间还可以进行交换与再组合使聚硅氧烷分子发生重排，故在高温下不会发生降解反应，导致低分子环状聚硅氧烷的出现。由以上3条可知，硅橡胶的耐高温性能是由分子结构本身决定的。

3.优异的耐低温性能

硅橡胶的玻璃化温度(T g)比一般C－C键有机橡胶低，如聚二甲基硅氧烷橡胶的玻璃化温度为－123±5℃，所以耐低温柔韧性特别好，但由于补强剂(如白碳黑)的填充可使硅橡胶在低温发生结晶而使其硬化，故硅橡胶使用温度下限一般不超过－65℃。

4.不受温度影响的优异的介电性能

硅橡胶主链中具有类似于石英的Si－O结构，在柔性绝缘材料中，硅橡胶的电绝缘性是优异的。如HG6－677－74中的6143、6144硅橡胶体积电阻不低于1014Ω/cm3，击穿电压强度分别达到20kV/mm和15kV/mm以上。并且其各项电性能指标温度变化的波动极小(见图2)。

图2硅橡胶介电强度随温度的变化曲线

5.优异的耐臭氧和耐大气老化性能

硅橡胶中的聚合键呈螺旋状结构，每圈中有6～7个硅氧单元的有序排列，使分子相当稳定，在臭氧侵蚀和各种天候暴露中都具有优良的耐老化性能。即使是在阳光强烈照射的条件下，其物理机械性能也没有明显变化。

6.对酸碱及高温水蒸汽耐受性能

由于Si－O键的离子性特征，硅橡胶的聚硅氧烷分子在酸或碱的作用下会加速重排，在

高温下甚至会导致分子的“雪崩式”迅速降解，生成大量低分子环状聚硅氧烷。同时硅橡胶在高温水溶液环境中也会发生水解反应，该反应能被酸性或碱性催化剂加速，也可被高温加速，故硅橡胶不耐酸碱，不能用于酸性或碱性场合的密封、减震等。同时也由于Si－O－Si 键在高温情况下能被水水解成Si－O－H键，故硅橡胶也不能用于水蒸汽管路的连接及密封。

7.氟硅橡胶

硅橡胶中的新品种氟硅橡胶由于在分子侧基上引入极性氟原子，其硫化后的胶料制品能表现出优异的耐油性能及耐化学药品性能。如三氟丙烯甲基乙烯基硅橡胶不仅耐湿性好，还具有突出的耐油、耐溶剂、耐化学药品性能，在航空汽油中体积溶胀10％，在甲苯中20％，在浓硝酸中5％。这就克服了硅橡胶不耐酸碱和油类及化学药品的弱点，为硅橡胶的发展应用提供了广阔的前景。

在我国生产的众多硅橡胶品种中，最近几年新研制成功的硅橡胶G148和氟硅橡胶G－5 1具有突出的优异性能，目前已用在某型飞机中。下面着重介绍这两种新材料，并将其性能与以往的同类材料进行对比。

硅橡胶G148的应用

1.更高的物理机械性能

某型机系统制冷组件中的密封圈和夹紧卡箍，选用西北橡胶工业制品研究所研制的G148硅橡胶。该橡胶是由硅生胶填加二氧化硅补强剂、结构控制剂和过氧化物硫化剂经混炼而成，具有高强、耐温范围宽(长期工作温度－55～＋250℃，短期工作温度可高达300℃)的特点。与以往飞机耐高温密封制品所使用的6143、6144硅橡胶相比，具有更高的拉伸强度、断裂伸长率以及更窄的硬度变化范围(见表1)。从表1可知，G148胶料的常温拉伸强度指标比6143和6144分别高2 MPa和1MPa，这就能使飞机系统制冷组件安装所用的密封件，不仅能承受密封静压力，而且还具有一定卡紧力。表1中G148的硬度变化只有10度，而6143和