神州十三号顺利升空对接，有机硅材料功不可没

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快来看看有机硅材料做了哪些贡献

在航空领域有这样一句话：“一代材料，一代装备”，充分体现了新材料技术在航空工业发展中的重要物质基础。新中国成立以来，以两弹一星为代表的航空产品的研制，我国的航空产品材料经历着前所未有的快速发展和前进。近年来，载人航空神州系列、嫦娥工程、北斗导航等重点工程的开展，带动中国航空新材料领域的崛起。目前，中国航天工业最常用到的有机硅材料包括硅橡胶、硅树脂、硅脂和硅油等。

01硅橡胶

作为理想的密封及阻尼材料，硅橡胶的应用非常普遍。在航空工业领域应用的硅橡胶主要有胶粘剂及密封剂、密封材料、阻尼材料、导热及导电材料、泡沫材料等。

（1）胶黏剂及密封剂的应用

航空飞行器在高速飞行过程中与空气摩擦产生高温，因此航空飞行器的结构壳体表面均带有非金属防热层。由于防热材料与结构材料线膨胀系数的差异，不允许高温高压下在结构壳体表面成型防热层，必须采用胶黏剂粘接的方式连接结构壳体与防热层。再入飞行器需要承受一系列特殊的环境条件，结构壳体与防热层的连接通常采用三种结构，即刚性、半刚性和柔性，以适应不同的需要。

如，卫星回收舱防热层与壳体的粘接一般采用柔性粘接。返回式卫星要经受“轨道运行段”高真空及高低温交变等轨道环境的考验和“再入段”长时间的低热流冲击。因此要求胶黏剂不仅具有一定的粘接强度和室温硫化的特性，而且还必须具有低的弹性模量、良好的柔性和在高低温范围内足够的伸长率，以便调节结构层和防热层之间由于线膨胀系数不同而引起的应力。常用的胶黏剂为室温硫化(ＲTV)硅橡胶类胶黏剂等。而防热层的局部区域需要防热密封粘接，但材料间的线膨胀系数相差达数十倍，这时大多采用耐烧蚀性能良好的GXJ系列硅橡胶胶黏剂。

有机硅密封剂在航空领域应用广泛。许多航空产品需要长期耐300℃密封、短期耐400℃以上密封或瞬间耐1000℃以上密封等。使用的ＲTV硅橡胶胶黏剂密封剂有GD401、GD414、GD442、HZ－706B、南大704、HM301等。密封剂往往不可能事先按形状和尺寸预制，因此其使用工艺性尤为重要。中国科学院化学所较系统地开展了这方面的研究工作，现已研制出6种具有加成型和缩合型空间级硅橡胶(其真空热质量损失率为0.1%～0.3%)。空间级加成型ＲTV硅橡胶KH－SP－B具有热真空质量损失率低(125℃×24 h，1×10－10MPa下的热真空质量损失率可小于0.3%)，粘接强度高(与金属及聚酰亚胺等的粘接强度大于2 MPa)、热稳定性能高(分解温度可达524℃)、低温性能优异(脆性温度为－114℃)、电性能良好(体积电阻率可达1.3×10×16Ω·cm)。

（2）硅橡胶密封材料的应用

硅橡胶密封材料及其制品遍及航空产品各个系统。以运载火箭为例，它们遍及箭体、控制、发动机等系统，其中，6103、6103－1具有优良的物理机械性能。低苯基硅橡胶的聚硅氧烷侧链含少量苯基，苯基的存在破坏了硅橡胶的低温结晶倾向，改善了其低温性能。如6701系列除具备普通硅橡胶的性能外，具有耐低温性能，有些牌号可以在－100℃以下保持弹性，同时具有耐空间辐射、原子氧、高真空性能。满足了卫星和飞船对空间环境的密封技术要求。6706硅橡胶驱动机构密封件满足载人飞船设计要求，使用寿命可达12年以上。

a.通用硅橡胶

热硫化硅橡胶凭借其良好的耐热耐温、电绝缘性等优秀的功能效果，取代通用橡胶被广泛的应用于国内外非常具有代表性的三代战斗机（F-15、F-16、苏-27 和歼-10 等）的材料制作方面，比如橡胶零件、胶板、胶管等，有效地提高了航空工业使用的橡胶的性能，从而降低了不同橡胶种类的对比选择的压力。

b.阻尼硅橡胶

阻尼减振橡胶主要是利用橡胶的阻尼的特点，来提高防振效果的材料，可有效避免和减少电子设备和仪器出现故障的几率，提高机械部件的使用寿命，从而提高飞机设备的精度和可靠性。硅橡胶的温度变化不明显，即使在室温环境或者附近环境下，其性能的变化也不是很明显，而且主链硅氧硅结构可以保证在很宽的温度范围（-50~200℃）内，保持其机械性能在稳定的状态下。因此，硅橡胶经常被用作航空领域中阻尼材料的第一选择，特别是在高应力和应变产生高热量的情况下。

c.导电硅橡胶

为了有效地避免电子器件的相互电磁干扰，导电橡胶应运而生，目前已经大规模地应用于飞机电子系统和仪器设备的密封。高性能的导电橡胶一般使用硅和氟硅橡胶当成基本制作材料，将银粉或镀银材料当成导电填料。目前，中国使用最广泛的导电硅橡胶材料是EC 系列和EF 系列。其中，EC系列是导电苯基硅橡胶，EF系列是导电氟硅橡胶。

d.阻燃防火硅橡胶

阻燃防火硅橡胶以及成品在飞机发动机、电线电缆上应用范围较小，主要是用于保证飞机飞行时的安全和稳定。比如TG 系列的阻燃胶布软管，其良好的阻燃性能可以满足民航HB5470-9l 的要求，而且使飞机飞行时产生的废气含量少，污染性物质少。

02硅树脂在航空工业的应用

航空工业中硅树脂主要是作为耐高温涂料使用。如有机硅高温绝缘涂料可长期耐热600℃，短期耐700℃，具有优良的电绝缘性能、高附着力和耐高低温交变性，应用于发动机电缆、绕组、热辊及电加热设备。耐高温抗激光烧蚀有机硅涂料涂覆在钢材上，其900μm厚涂层经受531 W/cm2激光功率密度照射4s，带涂层钢基材比空白钢基材背面温度下降1 000℃左右，应用在飞机的敏感部位激光热防护。低温固化耐热硅树脂基涂料，可长期耐热300℃，具有良好的耐热性、附着力和耐介质性能良好，应用在发动机低压涡轮轴、风扇轴的内外表面。耐高温红外隐身涂料在300℃以下具有优良的耐热性、附着力良好和高温红外波隐身性能，应用在发动机红外隐身，发动机尾喷口附近。

硅树脂和改性硅树脂是耐高温胶粘剂的重要组成部分，俄罗斯在该领域进行了深入系统的研究，研制出多个改性硅树脂胶粘剂应用于航空领域。如有机硅苯酚甲醛树脂胶粘剂长期耐温450～550℃，短期耐1000℃，并具有优异的耐水、耐燃油和耐滑油性，用于粘接金属与非金属材料(如石墨、玻璃布复合材料和防热材料)。耐高温有机硅树脂胶粘剂长期耐温700℃，短期耐1200℃，用于粘接结构件中的钛合金、耐热非金属材料(玻璃布复合材料和防热材料)。

硅树脂作为耐高温密封剂用量不大，但十分重要，它是某些苛刻密封使用环境的重要解决方案。如飞机发动机空—空换热器和气压作动筒等零组件的长时间工作温度达500℃，所使用的HM 310硅树脂密封剂在经耐热500℃×36h后，不起皮、不鼓泡、不开裂、不脱落，附着力达到1级，经1.0 MPa打压试验不漏气，具有良好的耐高温密封性能。飞机发动机或燃气轮机的燃烧室与整流器安装边和调节环等处工作温度可达800℃，所使用的HM 311耐高温硅树脂密封剂经800℃×36h处理后，经2.5MPa打压试验不漏气。

03总结

伴随着航空工业的发展，对材料有机硅的要求越来越高，一方面需要发展新型结构的有机硅材料，如高苯基硅橡胶、碳硼烷硅橡胶和硅氮橡胶等，另一方面需要发展功能化的有机硅材料，如高耐疲劳减振硅橡胶、电磁屏蔽硅橡胶、高性能热防护硅橡胶等。相信未来，通过我国从事有机硅材料研究的科技工作者的共同努力，有机硅材料能够为我国航空工业技术进步发挥更大的作用，助力我国航天事业更上一层楼。