航天特种高分子材料研究与应用进展

航天特种高分子材料研究与应用进展

作者：李佳伦

来源：《中国化工贸易·上旬刊》2017年第03期

摘要：航天技术发展的重要物资基础便是新型高分子材料，且新型材料的研制成功也可以启动更多的新材料项目。本文分析了橡胶、工程塑料以及合成树脂等航天特种高分子材料在航天产品方面的具体应用，指出了其未来的发展动向。

关键词：航天；特种高分子材料；研究应用进展

1 特种橡胶材料

一是特种橡胶密封材料，比如氟橡胶、氟醚橡胶、乙丙橡胶以及硅橡胶等，其中氟橡胶具备较强的耐溶剂性，但耐寒性较差，其密封件多被应用至液压滑油系统以及多介质管路等方面。氟醚橡胶由四氟乙烯、偏氟乙烯以及交联单体等聚合而成，属于弹性体，且其具备较好的耐高温性能，可以满足密封要求，已被广泛应用至运载火箭方面。乙丙橡胶具备较强的耐介质性能，已被广泛应用至固体火箭发动机衬层中。硅橡胶材料具备较强的耐热与耐寒性能，且物理机械性能优良，可以用于箭体级间对接、电缆通孔以及电连接器等防水部位的密封工作。二是高性能的橡胶阻尼材料，其已被广泛应用至运载火箭、战略导弹以及卫星飞船等航天产品的研制中。且为了满足不同产品的需求，已先后研制了硅橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶等材料。其中硅橡胶阻尼材料的损耗较小，且随着新型高阻尼硅橡胶材料的出现，其已取代传统的丁基橡胶，成为航天阻尼减振结构的首选材料。而随着航天产品设备集成化程度的提升，其还需要高效散热，在对结构进行阻尼减振处理时，既需要改善设备的振动力学环境，还应满足散热需求，因此需要使用导热阻尼材料。而丁腈橡胶阻尼材料主要由有机小分子以及聚合物化合而成，且其中添加了受阻酚的共混相较，增大了阻尼耗散能量，属于应用前景良好的高阻尼材料。

2 特种涂层材料

首先是环境防护涂层材料，主要敷于航天产品外表，或者发动机以及电器设备的表面，解决了航天产品长时间在地面环境与海洋环境中工作的问题，可以提升航天产品的可靠性，延长使用寿命。同时，为了解决航天产品储存期间产生的湿热、盐雾以及霉菌问题，还研制了以过氯乙烯以及氯化橡胶物质为组成成分的单组分三防涂料，且这种材料可以常温固化，施工流程简单可行。除此之外，随着航天飞行器的轻质化，飞行期间极易产生静电积累问题，且航天产品还需要在阴雨雷电等天气中发射，因此，环境防护土层还应考虑自身的静电性。针对防静电以及抗核电磁脉冲等问题，研制了密度为0.6至0.8kg/m2的多功能环境防护涂层。其次是生存与突防涂层材料，通过表面涂覆方式确保航天材料在声、光以及电磁等方面具备特殊性能，从而实现产品的加固与反识别。由降低目标的可探测性出发，研究人员对降低雷达波反射性以及红外辐射特性的雷达吸波隐身涂层材料进行了深入研究，研制出了XB以及TF系列涂层，且

在发射车以及运输车等方面得到了广泛使用。再次是防热涂层材料，包括有机硅树脂、环氧树脂以及酚酞树脂等体系，其中有机硅树脂具备较强的耐腐蚀性以及隔热性，且不易开裂，因此其易与雷达等吸波隐身涂层配合，但其粘附性较低，因此不适用于强热流的冲刷。环氧树脂的耐热性较差，但其具备良好的结合力，在防护强热气流冲刷方面得到了更好的使用。最后是热控涂层材料，且主要应用于空间飞行器以及不同仪器设备表面，通过调节飞行器表面涂层的太阳吸收率以及热辐射率控制表面温度，确保航天设备的内部结构件与仪器设备可以处于合适的温度范围。且当前研究人员根据不同航天器的热控需求，已经研制出了多种型号的热控涂层。

3 特种胶黏剂及密封剂

航天产品主要采用蜂窝结构、复合材料以及轻合金，因此普遍采用胶接技术，但其对使用环境的要求较为苛刻，需要承受高温、高真空、超低温以及温度交变等环境。首先是热防护层粘结胶黏剂，航天飞行器在高速飞行过程中会与空气产生摩擦产生高温，因此其壳体表面必须具备防热层。但由于结构材料与防热材料的膨胀系数存在差异，因此应利用粘结方式连接壳体与防热层。其次是防热密封粘接，部分航天产品的局部位置需要放热密封黏接，但由于材料间的膨胀系数相差数十倍，因此应采用耐热性较强的硅橡胶密封剂材料，比如GXJ-33、GXJ-38以及GXJ-62等。最后是特殊功能的胶黏剂，比如导热胶HYJ-51具备较强的导热绝缘性能，可以用于传感器与测温部件内壁的有效粘接。而HYJ-13导热胶转为噪声传感器设计，且可以适用于-40至150摄氏度环境下。而在耐油密封粘接方面则采用HYJ-47环氧聚硫胶黏剂，其在油中的粘结度也不会降低，对多种材料均具备较强的粘结性。除此之外，航天材料研究所还研制了可调节强度的单组分与双组分密封剂，可以用于电缆插头、线路板以及防水电气的密封连接。

4 结束语

当前我国航天产品配套的特种高分子材料研制虽然取得了显著进展，但部分关键材料依然依靠进口，且性能及质量较差，随着未来探月工程、深空探测等航天工程的发展，其对高分子材料还会具备更多需求，而这些均需要深入研究高分子制备材料。

参考文献：

[1]赵云峰.先进高分子材料在航天工业领域的应用[J].军民两用技术与产品，2013（06）.

[2]赵云峰.航天特种高分子材料研究与应用进展[J].中国材料进展，2013（04）.

[3]冯建中，明耀强，张宇帆，郭浩槟，黄凯鑫，胡剑峰，瞿金清.异氰酸酯胶囊型自修复高分子材料研究进展[J].化工进展，2016（01）.

[4]王子飞.特种高分子材料在航天领域中的应用[J].大科技，2016（29）.

[5]程西.特种高分子材料的应用研究和技术服务[J].化工新型材料，1982（06）.