鄭付來

摘要：簡要介紹我國航空密封劑技術(shù)狀況，分析航空密封劑技術(shù)標準現(xiàn)狀及存在的問題，提出了航空密封劑技術(shù)標準的初步發(fā)展設想。

關(guān)鍵詞：航空密封劑 標準 現(xiàn)狀 發(fā)展設想

1 航空密封劑發(fā)展現(xiàn)狀

密封劑是用來填充空隙（空洞、接縫）的材料。密封劑在使用時是一種流動的或可擠注不定型的材料，能嵌填封閉接縫，能依靠干燥、溫度變化、溶劑揮發(fā)和化學交聯(lián)等過程達到與基材穩(wěn)定的粘接，并逐漸定型為塑性固態(tài)或彈性，起防水、密封、減震、防腐等作用的密封材料[1]。

航空密封劑主要用于飛機結(jié)構(gòu)的密封、艙體結(jié)構(gòu)的密封、整體油箱的密封以及其他部件、組件和機載設備的密封，同時也用于為了防止燃油、空氣、水等介質(zhì)的泄漏和防潮、隔熱、絕緣、防腐蝕飛機結(jié)構(gòu)的密封。從航空密封劑材料組成進行分類，主要分為聚硫密封劑、有機硅密封劑、聚氨酯密封劑（三大彈性體密封劑）等，廣泛應用于飛機的整體油箱、座艙、機身表面、口蓋、電氣系統(tǒng)、儀器儀表等部位。

1.1 聚硫密封劑

聚硫密封劑是以液體聚硫橡膠為基體，可在室溫條件下通過硫化作用，成為具有良好粘接力的彈性密封材料。由于液體聚硫橡膠具有特殊的分子結(jié)構(gòu)，故聚硫密封劑既具有較寬的使用溫度范圍，又對多種材料表面（如鋁合金、結(jié)構(gòu)鋼、鈦合金、有機涂料和玻璃等）具有可靠的粘接性能[2-4]。因此，聚硫密封劑已被廣泛用于飛機整體油箱、座艙、風擋和機身機翼結(jié)構(gòu)的密封，并且在航空用密封劑中占據(jù)主導地位[5]。

航空工業(yè)的不斷發(fā)展，尤其是先進航空器的不斷開發(fā)，對航空聚硫密封劑的性能要求也越來越高，由此也帶動了航空聚硫密封劑的飛速發(fā)展[6]。

國內(nèi)聚硫航空密封劑主要生產(chǎn)單位為北京航空材料研究院，在過去的60多年中研制了數(shù)十種密封劑，從XM系列到HM系列，性能進一步完善，種類進一步擴充，形成了3個代次的航空聚硫密封劑，第一代以XMl5、XM22和XM28等為代表的國內(nèi)航空聚硫密封劑，其突出特點是力學性能優(yōu)異，但工藝性能較差;第二代是在聚硫密封劑耐高溫改性技術(shù)基礎上發(fā)展起來的雙組分密封劑[7]，其長期使用溫度為-55℃～120℃，短期可在150℃時使用;第三代是以改性液體聚硫橡膠為基體，衍生出多種功能型聚硫密封劑，其長期使用溫度為-55℃～120℃，短期可在180℃時使用。與國外航空聚硫密封劑進行對比，國內(nèi)在技術(shù)水平上基本達到國外同類產(chǎn)品水平，但是國內(nèi)研發(fā)的航空聚硫密封劑大多伴隨著型號需求而研制，形成了整體油箱密封劑、防腐蝕密封劑以及口蓋用密封劑等產(chǎn)品，具有較好的穩(wěn)定性，但是品種較為單一、系列化不夠。

1.2 有機硅密封劑

有機硅密封劑的主要成分通常是以硅羥基作為端基的聚二甲基硅氧烷，并以金屬氧化物或白炭黑、碳酸鈣等為填料、多官能團硅烷為交聯(lián)劑、有機金屬鹽為催化劑共混制得[8]。有機硅密封劑是一類室溫硫化硅橡膠產(chǎn)品，其主要特點是硫化時不放熱、不吸熱、不膨脹、收縮性小、硫化反應可在內(nèi)部和表面同時進行并可進行深層硫化[9]，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、電絕緣性、耐候性、耐臭氧和透氣性，廣泛應用在航空航天、電子電器、建筑及汽車等工業(yè)部門。

航空用有機硅密封劑按產(chǎn)品的包裝可分為單組分和雙組分，單組分按硫化劑的不同主要有脫酮肟型、脫醇型、脫酸型，而雙組分則以脫醇型為主。有機硅密封劑的主要缺點是交聯(lián)反應的不足，主要表現(xiàn)如下：

（1）脫酮肟型有機硅密封劑使用甲基三丁酮肟基硅烷作為交聯(lián)劑時，其初始硫化過程是塑性狀態(tài)，該種狀態(tài)下易受基材的震動收縮影響而開裂;脫酮肟型有機硅密封劑活性較低，與各基材的黏結(jié)強度較低，從而限制了它的發(fā)展[10]。

（2）脫醇型有機硅密封劑存在的主要問題是穩(wěn)定性，因為膠料中游離醇的存在，在催化劑的作用下會與聚硅氧烷產(chǎn)生交聯(lián)平衡，發(fā)生無功能交聯(lián)反應，影響膠料的性能[11]。

（3）脫酸型有機硅密封劑中常用的甲基三乙氧基硅烷，其熔點僅為41.4℃，膠料存儲過程中易析出，其硫化過程中會產(chǎn)生具有較大味道且對金屬材料有腐蝕性的副產(chǎn)物[12]。

隨著社會工業(yè)化的發(fā)展，有機硅密封劑向著高性能、多功能和復合化的方向發(fā)展。功能的細化對密封劑的要求越來越高，只有在上述不足之處開展縱深研究才能更廣泛地擴大有機硅密封劑的應用領(lǐng)域。

1.3 聚氨酯密封劑

由于聚氨酯密封劑具有良好的高彈性、耐低溫性、耐磨性、力學性能和黏附性能等優(yōu)點，故其在航空、航天、船舶、建筑、客運列車、汽車和海洋工程等領(lǐng)域中得到廣泛應用[13]。與其他幾類彈性密封劑相比，聚氨酯密封劑綜合性能較好，并且價格適中[14-15]。

聚氨酯密封劑的不足之處在于固化時釋放出二氧化碳使膠層產(chǎn)生氣孔，固化速度較慢且耐濕熱和耐老化性差，長期儲存穩(wěn)定性不好。因此，必須對原材料和填料進行干燥處理，以降低體系中水分含量。另外，通過調(diào)整聚氨酯預聚體的分子結(jié)構(gòu)、添加潛伏性固化劑、設計合理的―NCO含量和使用復合催化劑調(diào)整固化速率等，均可有效控制聚氨酯產(chǎn)生氣泡，從而達到改善其儲存穩(wěn)定性的目的。通過端硅烷基與端―NCO基PU預聚體反應，使端―NCO基聚氨酯預聚體變成端硅烷基聚氨酯預聚體。也可通過含―NCO基的硅烷與端―OH基聚氨酯預聚體進行加成反應，使之成為端硅烷基聚氨酯預聚體。端硅烷基聚氨酯密封劑在性能上綜合了聚氨酯和硅酮密封劑的優(yōu)點，具有良好的應用前景。

隨著新一代武器裝備對密封劑的迫切需求，近些年密封劑的發(fā)展非常迅速，但是密封劑技術(shù)標準卻未獲得重視，發(fā)展不明顯。

2 航空密封劑標準現(xiàn)狀

國內(nèi)航空密封劑技術(shù)標準主要分為材料標準、工藝標準和相關(guān)密封劑性能試驗方法標準。國內(nèi)航空密封劑行業(yè)及以上相關(guān)標準主要以國家軍用標準和航空行業(yè)標準為主，并且數(shù)量較少，只有材料標準和試驗方法標準，無工藝標準;其他國內(nèi)標準就是各企業(yè)編制的大量企業(yè)標準。

2.1國家軍用標準

（1）材料標準

目前國家軍用標準中航空密封劑材料標準共有4項，具體標準名稱和編號見表1，4項材料標準均存在不同程度的問題，不適用于目前密封劑的驗收使用。

GJB 2013—1994《整體油箱溝槽注射用不硫化硅密封劑規(guī)范》是目前國內(nèi)唯一針對飛機整體油箱溝槽密封注射用不硫化氟硅密封劑制定的國家軍用標準，國內(nèi)沒有類似的其他標準，其在軍工行業(yè)不硫化氟硅密封劑生產(chǎn)、驗收中發(fā)揮了重要的作用。但是隨著時間的推移，在新型戰(zhàn)斗機、艦載機等新型號和其他軍工行業(yè)型號研制需求的推動下，該標準因制定較早，存在較多問題，如部分測試方法照搬美軍標，標準中部分試驗材料已經(jīng)停用，部分性能指標偏低等，以致該標準無法實施或?qū)嵤├щy，已經(jīng)不能完全滿足當前整體油箱溝槽密封注射用不硫化氟硅密封劑質(zhì)量控制的要求。具體如下：

1）該標準是通用規(guī)范，不包含具體的材料牌號，不利于設計選材和產(chǎn)品驗收的使用，同時整體油箱溝槽注射用密封劑選用的是氟硅密封劑，而標準名稱為《整體油箱溝槽注射用不硫化硅密封劑規(guī)范》，與“整體油箱溝槽注射用不硫化氟硅密封劑”材料屬性不一致。

2）測試方法所用設備和操作復雜，導致測試困難。如“擠出力”項目測試所需設備復雜，操作困難，操作效率低下，需定做相應的測試設備。

3）無法滿足新的使用需求。艦載飛機使用RP-5高閃點噴氣燃料，因該標準制定時國內(nèi)沒有艦載飛機，因此，沒有將艦載飛機用RP-5高閃點噴氣燃料規(guī)范納入標準中。

4）部分性能指標偏低，無法滿足新型號的研制需求。如根據(jù)我國JH7和J10飛機設計要求，整體油箱溝槽注射用不硫化氟硅密封劑對注射工藝性和間隙滯留性兩項性能提出了更高要求。

5）該標準中有錯誤，使得標準的執(zhí)行產(chǎn)生困難。如該標準中的“3.5 不揮發(fā)物含量”中指標表述有錯誤;該標準中需進行耐1號噴氣燃料和2號噴氣燃料試驗，而現(xiàn)在1號噴氣燃料和2號噴氣燃料已停止使用，無法進行試驗。

GJB 2617—1996《耐燒蝕硅橡膠密封劑規(guī)范》和GJB 3581—1999《飛機整體油箱快速修補密封劑規(guī)范》都是通用規(guī)范，不包含具體的材料牌號，不利于設計選材和產(chǎn)品驗收的使用。

GJB 5444—2005《室溫硫化單組份有機硅密封劑規(guī)范》在技術(shù)內(nèi)容上僅規(guī)定了GD-803、GD-808、GD-818、GD-862、HM304五種牌號密封劑的相關(guān)內(nèi)容，隨著室溫硫化單組分有機硅密封劑的發(fā)展，新增了HM319、HM387、HM333、HM373等牌號室溫硫化單組分有機硅密封劑，并且新增了絕緣強度、介電常數(shù)等性能要求。

（2）工藝標準

此類標準缺失，無國家軍用標準可供使用。

（3）試驗方法標準

目前國家軍用標準中航空密封劑試驗方法標準僅有1項，是針對不硫化橡膠密封劑制定的試驗方法標準，其包含了9個部分，具體見表2。

2.2 行業(yè)標準

（1）材料標準

行業(yè)標準中航空密封劑材料標準共有8項，具體見表3。

HB 5288—1997《XM15室溫硫化聚硫密封劑》、HB 5289—1997《XM16室溫硫化聚硫密封劑》、HB 5359—1986《XM28室溫硫化聚硫密封劑》、HB 7397—1996《XM22室溫硫化聚硫密封劑》，是針對具體牌號的密封劑制定的驗收標準，主要是根據(jù)歷年生產(chǎn)的XM15、XM16、XM28、XM22室溫硫化聚硫密封劑的大量出入廠檢驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計的綜合水平而定，試驗方法大都采用了國內(nèi)標準，方法簡明、統(tǒng)一，易于執(zhí)行，但是隨著室溫硫化聚硫密封劑的發(fā)展，對室溫硫化聚硫密封劑的性能指標提出了更多的要求，2004年發(fā)布了HB 7752—2004《航空用室溫硫化聚硫密封劑規(guī)范》，代替了HB 5288—1997、HB 5289—1997、HB 5359—1986、HB 7397—1996，并增加了HM102、HM108、HM109三個牌號室溫硫化聚硫密封劑相關(guān)內(nèi)容，包含了XM15、XM16、XM22A、XM22B、XM22C、XM22D、XM28、HM109-1、HM102、HM108A、HM108B、HM109-2等12個牌號的聚硫密封劑，增加了XM15密封劑低溫柔軟性、熱破裂性等指標要求，取消了XM22硫化膏黏度、XM22A流淌性、XM28耐噴氣燃料性能等要求。存在XM22B密封劑的配比、HM109密封劑的活性期指標、XM22密封劑的貯存期錯誤等問題，需要對HB 7752—2004進行修訂。

HB 5482—1991《飛機結(jié)構(gòu)及增壓艙用聚硫密封劑通用規(guī)范》和HB 5483—1991《飛機整體油箱及燃油艙用聚硫密封劑通用規(guī)范》均為通用規(guī)范，主要參照了美國軍用規(guī)范MIL-S-8802E—1984《整體油箱和燃料電池溝槽用耐高溫高附著力密封劑》，但是該兩項標準中不包含具體的材料牌號，不利于設計選材和產(chǎn)品驗收的使用。同時我國的航空聚硫密封劑比較復雜，根據(jù)機型的不同，有參照俄羅斯標準，也有參照美國軍用規(guī)范或宇航標準，這兩項標準不能完全覆蓋目前使用的航空聚硫密封劑。

HB 20077—2011《航空用氟硅類密封劑規(guī)范》在技術(shù)內(nèi)容上僅規(guī)定了HM802、HM803、HM804、HM806、HM1001、XJ-56等牌號的氟硅密封劑相關(guān)內(nèi)容，隨著航空裝備對氟硅密封劑的需求以及氟硅密封劑的發(fā)展，新增了HM805、HM809等航空用氟硅類密封劑，需要對HB 20077—2011進行修訂，增加HM805、HM809等牌號的驗收要求。

（2）工藝標準

此類標準缺失，無行業(yè)標準可供使用。

（3）試驗方法標準

目前航空行業(yè)標準中航空密封劑試驗方法標準有17項，包含民機使用的密封劑自然老化試驗方法1項，室溫硫化密封劑理化、力學和工藝性能試驗方法16項，具體見表4。

HB 7400—1996《民機增壓艙模擬件密封劑自然老化試驗方法》是以“民機增壓艙模擬件自然老化試驗方法研究”和“密封劑自然老化性能研究”的研究成果及近20年經(jīng)驗積累為基礎制定的。

航空用室溫硫化密封劑的理化、力學性能試驗方法分別為HB 6743—1993、HB 6744—1993、HB 6745—1993、HB 5246—1993、HB 5247—1993、HB 5274—1993、HB 5273—1993、HB 5272—1993、HB 5248—1993、HB 5249—1993、HB 5250—1993，其等效采用美國軍用規(guī)范或根據(jù)實際經(jīng)驗積累制定而成，方法簡明、統(tǒng)一。

航空用室溫硫化密封劑的工藝性能是密封劑最基本的性能，包括密封劑的活性期、不粘期、硫化期、施工期、流淌性，它們決定了密封劑的使用部位、使用方法，也確定了其施工時間、工序銜接時間及工件投入使用的時間等重要階段。工藝性能好壞決定了密封劑在使用中能否達到理想的力學性能、耐介質(zhì)性能，決定了各型號飛機整體油箱、座艙、機身表面、口蓋、電氣系統(tǒng)、儀器儀表等部位的防腐蝕密封效果。目前室溫硫化密封劑工藝性能的試驗方法有HB 5241—1993《室溫硫化密封劑活性期試驗方法》、HB 5242—1993《室溫硫化密封劑不粘期試驗方法》、HB 5243—1993《室溫硫化密封劑流淌性試驗方法》、HB 5244—1993《室溫硫化密封劑硫化期試驗方法》、HB 5245—1993《室溫硫化密封劑施工期試驗方法》五項標準，但是都存在部分的問題，需要進行修訂。

HB 5241—1993中規(guī)定的稠度法測試活性期的方法，不適用于黏度小的刷涂類密封劑，不利于現(xiàn)場施工環(huán)境下測試。目前現(xiàn)場及試驗室經(jīng)常采用手挑法、黏度法和擠出法確定活性期，為了適應現(xiàn)場施工需求，及與國外密封劑標準接軌，有必要對HB 5241—1993進行修訂。

HB 5242—1993中測試密封劑不粘聚乙烯薄膜的最短時間，試驗周期長，試驗結(jié)果誤差較大。AS 5127《航空密封劑試驗方法》采用的是規(guī)定不粘期時間點觀察聚乙烯薄膜與密封劑的粘接狀態(tài)，方法簡單，便于操作。因此，建議修訂該標準，增加AS 5127中的方法。

HB 5243—1993規(guī)定的試驗方法僅適用于刮涂型或槍注型密封劑，不適用于裝配型密封劑，而且間隔流淌性在密封劑的實際使用中很少應用，其概念與AS 5127的規(guī)定有所不同，建議修訂該標準，間隔流淌性測試參照AS 5127中的方法。

HB 5244—1993中的試驗周期長，測試方法復雜，由于取值不同，測試結(jié)果也有差異。硫化期不同于正硫化點，僅相對表征密封劑硫化程度，不需要得到很準確的時間，因此，大多數(shù)密封劑硫化期采用規(guī)定硫化時間密封劑的邵爾A型硬度值來表征。為了統(tǒng)一測試方法，有必要對現(xiàn)有版本硫化期的測試方法進行修訂，將硫化期測定以邵爾A型硬度值表示。

HB 5245—1993規(guī)定的試驗方法試樣數(shù)量多，試驗周期長，時間一般都持續(xù)20h以上，試驗結(jié)果采用畫圖法或計算法，方法復雜，試驗結(jié)果誤差較大。施工期僅是指導施工人員適時完成鉚接工作，不需要測試精確的時間，為了減少工作量，簡單化試驗操作，建議試驗方法進行更改，對標準進行修訂。

2.3 企業(yè)標準

由于我國密封劑技術(shù)的快速發(fā)展，再加上標準制修訂進度的滯后，不能滿足型號研制和生產(chǎn)的需求，所以存在大量的企業(yè)標準。由于采標的混亂和標準質(zhì)量的參差不齊，不僅導致存在同種材料驗收要求不統(tǒng)一、技術(shù)指標不能滿足設計要求、同種工藝差別顯著、分析方法不統(tǒng)一等問題，還造成不利于先進技術(shù)的推廣應用、以及標準重復制定等問題[16]。

3 航空密封劑技術(shù)標準的初步發(fā)展設想

3.1 合理規(guī)劃航空密封劑技術(shù)標準體系

根據(jù)航空密封劑的分類，以材料標準、工藝標準、試驗方法標準三個維度，頂層合理規(guī)劃航空密封劑技術(shù)標準體系框架，建立以材料標準、工藝標準、試驗方法標準為主線，包含聚硫、有機硅、聚氨酯等密封劑的技術(shù)標準體系，航空密封劑技術(shù)標準體系框架簡圖見圖1，便于對航空密封劑技術(shù)標準的梳理和分析，以利于進行行業(yè)及國家軍用標準項目的選擇、申報。

3.2 補充完善工藝標準

從航空密封劑行業(yè)及國家軍用標準的現(xiàn)狀分析可知，嚴重缺少密封劑工藝標準，其主要原因在于工藝標準涉及到各企業(yè)的技術(shù)秘密，也是各企業(yè)技術(shù)水平、設備、人員等綜合水平的體現(xiàn)，所以應充分考慮各企業(yè)在工藝標準制定時的積極性，將通用化的實施要點進行規(guī)定和標準化。

3.3 及時修訂完善行業(yè)及國家軍用標準

目前在用的航空密封劑行業(yè)及國家軍用技術(shù)標準較少，基本上都是材料標準和試驗方法標準，并且試驗方法標準占了大多數(shù)，同時在現(xiàn)有的行業(yè)及國家軍用標準中，大多數(shù)已經(jīng)明顯不能滿足現(xiàn)在航空武器裝備的需求，沒有及時納入很多新材料、新技術(shù)，影響新材料、新技術(shù)的后續(xù)使用，迫切需要對標準進行修訂完善。

4 結(jié)束語

隨著航空密封劑材料技術(shù)的快速發(fā)展，航空密封劑標準現(xiàn)有發(fā)展進度嚴重滯后，迫切需要根據(jù)型號研制生產(chǎn)需求，切實做好標準的制修訂工作。

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