本技术涉及一种高耐油宽温域氟硅橡胶复合材料及其制备方法和应用,属于高分子材料及硅橡胶技术领域。该密封材料通过机械共混技术实现组分均匀分散和相互作用,经高温高压硫化制得。所制氟硅橡胶复合材料硬度和模量高,压缩永久变形率低。其耐极性油性能经AMS3021标准测试油评估,表现出色,适用于组合密封结构,具有广阔应用前景。
背景技术
在飞机液压系统中,橡塑组合密封为一种常见的外部动密封形式,常应用于飞机作动系统的执行机构中,其中橡胶圈提供弹性预紧力,塑料滑环与运动的轴直接接触,形成主要工作面。工作过程中密封圈在预压缩和油压的双重作用下,接触表面不可避免地存在磨损现象,随着密封圈材料的不断损失会引起密封效果下降、泄漏量增大,严重的泄漏会导致系统功能失效甚至会威胁飞行安全。因此橡塑组合密封圈的滑环一般由具有较低摩擦系数的改性聚四氟乙烯材料制成,在发生磨损后依靠橡胶圈提供的弹力可与轴保持较好的贴合。对于橡胶密封圈材料而言,其主要功能就是阻止液压油的泄漏,不仅需要在航空液压油环境中长期使用,还需具备良好的高低温能力,如果密封件失效而导致液压油泄漏,那么会带来很多的危害,轻则污染机体环境,降低液压设备和元件的工作能力,重则液压系统功率损失过大,酿成飞机事故。
目前用于液压密封件的橡胶材料主要有以下几种,丁腈橡胶(NBR):NBR密封圈在135℃下长期工作时会快速老化,同时受热膨胀也会导致密封圈压缩量增大,进而使永久变形增大。在-55℃低温条件下,橡胶材料的低温结晶使橡胶分子链的柔顺性下降,弹性变差,导致密封的可靠性降低(雷海军,张骥忠,宫文峰,等.宽温域耐15#
航空液压油氟硅橡胶性能的研究[J].橡胶科技,2022,20(03):122-125.);氟橡胶:氟橡胶是由偏氟乙烯、六氟丙烯、四氟乙烯构成的二元类、三元类弹性体。氟橡胶属于碳链饱和极性橡胶,其耐高温性能和耐油性在橡胶材料中属于最优异的,但其弹性较差,耐低温性能及耐水等极性物质的能力不够理想,其脆性温度大多位于-20~-30℃之间(刘莉,马廷春,李少香,等.低温耐油橡胶的研究进展[J].弹性体,2008,(02):69-74.);氟醚橡胶:氟醚橡胶是在氟橡胶的侧链上引入醚键,破坏分子链的规整性,增加了分子链的柔性,从而提高了其耐低温性能,但是氟醚橡胶的低温回缩TR10
性能虽然降至-30℃左右(陈禹霖, 张豪, 徐蒽云, 等. 芳纶浆粕补强炭黑/氟醚橡胶复合材料的研究[J]. 橡胶工业,2023,70(12):949-953),但也无法满足航空飞行器高空工作温度达到-55℃的严苛条件;全氟醚橡胶:全氟醚橡胶通常由多种单体共同聚合而成,其中包括四氟乙烯(TFE)、第三硫化点单体(CSM)与全氟烷(氧)基乙烯基醚(PAVE/PAAVE),通过乙烯基醚的引入,使得全氟醚橡胶的分子链更具有柔顺性,进而大幅改善了材料的耐低温性能,全氟醚橡胶的最低使用温度降至-45℃,无法在航天航空器的极端环境下长期胜任耐油密封工作。(王宝成,张波,韦园思,等.全氟醚橡胶密封材料研究进展[J/OL].润滑与密封,1-10[2024-08-13]),并且目前全氟醚橡胶的价格高昂,每公斤生胶的价格可达上万元,全氟醚橡胶的研究和应用还待进一步发展。
而氟硅橡胶不仅具备硅橡胶出色的高低温性能,而且由于引入了氟元素,还具备耐油、耐溶剂(包括脂肪族、芳香族和氯化溶剂等)、耐化学药品的卓越性能。因此,它如今广泛应用于飞机和航空发动机领域。并且,氟硅橡胶是唯一能在-68℃至232℃范围内保持可使用状态的耐油弹性体。
在组合密封圈的结构中,橡胶圈对塑料滑环需要具有较高的预紧力从而可以提供较高的均匀轴向应力,实现滑环与转动轴较高的贴合,保障密封功能。与丁腈橡胶与氟醚橡胶等相比,氟硅橡胶的模量(通常以100%定伸应力表征)和硬度等机械性能较低,这也是氟硅橡胶较少应用于动密封工况的原因(陆明,安晓鹏,庞博,等.几种橡胶材料对航空液压密封适应性的比较研究[J].合成材料老化与应用,2023,52(06):22-23+132)。
因此,需要一种高耐油宽温域高模量的橡胶材料以解决上述问题。
实现思路