航空用膨化聚四氟乙烯密封材料的研究和应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海市塑料研究所 作者:高亦岚

  膨化聚四氟乙烯密封产品有着与传统聚四氟乙烯制品不同的加工工艺路线、成型设备和性能,美国Gore公司的相关产品已普遍运用于飞机地板、口盖等密封。国内也开展了相关研究,目前研制产品的性能和外观已达到进口产品水平,但仍需开展后续的应用研究工作,最终替代进口产品,并逐步取代传统密封胶的使用,以提高我国航空密封材料应用的质量水平。

  飞机机体上设计有许多大小不等、形状各异的可拆卸窗口或口盖,以便维修或检查飞机内部的管路、设备和各系统的状态。至上世纪末,我国飞机的各类防水口盖密封材料主要以橡胶为主,虽然其具有良好的压缩性,但其耐温性和耐大气老化性较差,因此,一旦密封垫圈老化就会失去弹性并出现龟裂现象并失去密封作用。飞机的油箱口盖一般采用密封剂进行密封,虽然该材料具有优良的耐航空燃料能力,但在飞机制造或地勤维修中,密封剂施工较为复杂,硫化时间又长,且在去除旧的硫化胶时费时费力,成本很高。

  因此,需要一种密封性优良、施工方便、耗时短的密封材料来替代橡胶密封件。膨化聚四氟乙烯产品就是一种良好的选择。

1、国外应用情况

  上世纪70、80年代一些国家已开始研制高性能的航空用密封材料,以替代传统橡胶密封垫圈和密封剂。美国戈尔(Gore)公司于80年代成功开发了航空用膨化聚四氟乙烯密封产品,该产品是一种无须固化、现场成型的密封产品。与所有其他类型的密封材料相比,其具有优异的耐高低温性、耐老化性,也更便于安装和维护,是市售品中质量最轻的密封产品。作为航空用密封产品,膨化聚四氟乙烯具有良好的低应力密封性和耐腐蚀性,能耐飞机上所有已知的化学品, 如液压油、润滑油、航空燃料和各种酸碱盐的腐蚀。膨化聚四氟乙烯密封产品已在欧美国家使用了近20年的时间,并在各类军用飞机和民用飞机上得到广泛使用,例如F-15、F-16、T-45等军用飞机,空客A380、波音777等民用飞机。

航空用膨化聚四氟乙烯密封材料的研究和应用

2、国内应用情况

  当航空用膨化聚四氟乙烯密封型材在国外已被广泛运用于第三代歼击机时,我国于本世纪初才对此产品有初步的接触。JL8飞机是上世纪90年代初研制的新型军用教练机,该飞机上口盖较多,但由于密封材料性能较差而常常有雨水渗漏的情况。为了解决此问题,设计人员搜集各类密封材料,并将它们的性能进行对比,最后引进了早已在国外得到应用的膨化聚四氟乙烯密封材料,并通过实际验证,第一次将此产品运用于国内飞行器上。

  歼轰-7“飞豹”是中国早期自行设计研制的全天候多用途歼击轰炸机,若在飞行中出现漏油现象会直接影响飞行安全。设计人员使用了油箱口盖的密封垫圈,解决了飞机的密封性问题。

航空用膨化聚四氟乙烯密封材料的研究和应用

  从此,美国戈尔公司的膨化聚四氟乙烯密封材料在我国的飞机上被大量应用。但渐渐美国对某些规格的产品执行限售或禁售,在提供成品件时要求我方提供相关参数以了解我国飞机的设计能力、相关参数和研制现状。这就对该类产品的国产化提出了要求。

3、国产化研制情况

  3.3、国产化产品的类型

  国产化膨化聚四氟乙烯密封材料可分为高强型、耐油型和防水墙型三类。其中,高强型密封材料又分为带材和板材,耐油型密封材料为板材,防水墙型密封材料为带材。美国宇航材料规范AMS 3255A《耐油、耐水膨化聚四氟乙烯密封带、板材和垫片规范》中将产品分为五大类。国产化膨化聚四氟乙烯密封材料产品分类与AMS 3255A相对应情况详见表1。国产化产品分类少,但涵盖了AMS 3255A材料规范中所有的分类产品,且性能都达到高强型或高温型产品的性能。

表1 国内外产品分类对应表

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4、国产化研制的后续工作

  据戈尔资料显示,在适当的压力下, 航空用膨化聚四氟乙烯密封带材或垫片压缩后, 可以在缝隙间形成良好的密封。通常要求的压缩率在30%到50%之间,每一个具体型号的密封材料对应的压力—厚度特性曲线也不尽相同,而我们也缺少此方面的技术数据。

  在飞机设计时材料的理想压缩率直接影响口盖的设计。从性能数据来看,目前,国产产品的性能已等同于国外同类产品,但作为一种新型航空密封材料,产品的产业化研制更是一个长期的过程,同时要将产品用于飞机上还需开展进一步的应用研究工作,正如之前的资料所述,我国还未完全掌握该产品的相关技术,因而在飞机设计时常常会受制于人。我们应加快研发步伐,使之完全国产化以替代进口产品,提高我国航空密封材料应用的质量水平。

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