航空航天领域应用橡胶特种牌号及其组分特点

橡胶是最常见的高分子材料之一，也是民用领域使用最多的高分子材料。留给大众的印象中，橡胶更多是大众化、普通化材料。橡胶的材料性能一般，所以只是停留在基础民用领域。

事实的真相，橡胶不仅应用于民用领域，也是军工、航天航空领域的重头戏。随着我国国民经济迅速发展和经济实力增强，载人航天、探月工程等重点工程的开展需要众多新材料的支撑，迫切需要研制关键的新型材料，橡胶就是其中一个重头戏。

天然橡胶与特种橡胶

天然橡胶：橡胶树上采集的树胶经过过滤、凝固制成。世界橡胶主要集中在：泰国、印尼、马来西亚、印度、中国、菲律宾、越南、尼日利亚、斯里兰卡。主要出口国为泰国、马来西亚、印尼。我国的天然橡胶产地主要分布在海南、云南、广西、广东，其中海南胶占60%左右，且基本为标准胶。我国70%以上的天胶用于轮胎行业。

天然橡胶物理性质与化学性质

物理性质：常温，有弹性和塑性。温度降至低于10℃时，结晶硬化，变成不透明状态。-70℃，变成硬脆性物质。天然橡胶弹性很好，0~100℃时，回弹率可达70~80%；130℃时，保持正常的使用性能。

化学性质：由于存在不饱和双键，天然橡胶具有较强化学反应能力，易与硫化剂发生硫化反应（结构化反应），溴与氧、臭氧发生氧化、裂解反应，与卤素发生氯化、 化反应，在催化剂和酸作用下发生化学反应。耐碱性能强，但是不耐强酸，其耐油性和耐溶剂性很差，一般说来，烃，卤带烃，二流化碳，醚，高级酮和高级脂肪酸对天然橡胶均有溶解作用。

特种橡胶产品性能与产品分类

具备特殊性能如：耐高温、耐油、耐臭氧、耐老化和高气密性等，并应用于特殊场合的橡胶。特种橡胶用量虽小，但在特殊应用的场合是不可缺少的，常见的特种橡胶包括：丁腈橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、氟橡胶等。

航空领域主要使用特种橡胶，作为理想的密封及阻尼材料，得到人们的重视。特种橡胶中主要包括如下：

1、丁腈橡胶

丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的，丁腈橡胶主要采用低温乳液聚合法生产，耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强。其缺点是耐低温性差、耐臭氧性差，电性能低劣，弹性稍低。丁腈橡胶主要用于制造耐油橡胶制品。

2、丁基橡胶

丁基橡胶是由异丁烯和少量异戊二烯共聚而成的，主要采用淤浆法生产。透气率低，气密性优异，耐热、耐臭氧、耐老化性能良好，其化学稳定性、电绝缘性也很好。 丁基橡胶的缺点是硫化速度慢， 弹性、强度、粘着性较差。丁基橡胶的主要用途是制造各种车辆内胎， 用于制造电线和电缆包皮、耐热传送带、蒸汽胶管等。

3、氟橡胶

氟橡胶是含有氟原子的合成橡胶，具有优异的耐热性、耐氧化性、耐油性和耐药品性，它主要用于航空、化工、石油、汽车等工业部门，作为密封材料、耐介质材料以及绝缘材料。

4、硅橡胶

硅橡胶由硅、氧原子形成主链，侧链为含碳基团，用量最大的是侧链为乙烯基的硅橡胶。既耐热，又耐寒，使用温度在-100~300℃之间，它具有优异的耐气候性和耐臭氧性以及良好的绝缘性。缺点是强度低，抗撕裂性能差，耐磨性能也差。硅橡胶主要用于航空工业、电气工业、食品工业及医疗工业等方面。

5、聚氨酯橡胶

聚氨酯橡胶是由聚酯（或聚醚）与二异睛酸酯类化合物聚合而成的。耐磨性能好、其次是弹性好、硬度高、耐油、耐溶剂。缺点是耐热老化性能差。聚氨酯橡胶在汽车、制鞋、机械工业中的应用最多。

重点介绍特种橡胶：

1、羧基亚硝基氟橡胶(属于：氟橡胶)

20世纪50年代，羧基亚硝基氟橡胶(CNR)属于氟弹性体，具备耐强氧化剂和耐低温性能而备受国内外宇航工业界的广泛关注。1963年，美国3M公司合成了具有羧基侧链的亚硝基三元共聚物；1964年，随后又发现γ－亚硝基全氟丁酸为硫化点单体的羧基亚硝基氟橡胶，随后羧基亚硝基氟橡胶开始在运载火箭和阿波罗飞船的N2O4贮箱、输送系统、飞行器内壁及高压氧箱上得到应。

羧基亚硝基氟橡胶包括：1)、二元共聚：四氟乙烯与三氟亚硝基甲烷共聚弹性；2)、三元共聚：四氟乙烯、三氟亚硝基甲烷以及亚硝基全氟丁酸共聚。羧基亚硝基氟橡胶分子主链含有-C-C-键、-N-O键，侧链为C-F键，从而变现化学稳定性好，耐低温性能，玻璃化转变温度为－45℃；高温裂解时放出的气体能熄灭火焰，因此即使在纯氧中也不会燃烧；由于CNR主链中N—O键的键能较低，易高温裂解，其耐热性不如一般氟橡胶，长期使用最高温度为180～200℃。CNR主要用于低温环境下各种有机和无机溶剂特别是强氧化剂系统的密封，还可作为固体推进剂燃料的粘合剂及耐化学介质的不燃涂层等。

N2O4 作为火箭发动机的推进剂，综合性能优良，至今应用于我国的运载火箭和卫星等。但是，N2O4具有强烈的氧化性。能与之相容的橡胶密封材料只有羧基亚硝基氟橡和氟醚橡胶。近年来，为了满足我国运载火箭新的需求，研制了新型羧基亚硝基氟橡胶及其胶料7113，其硫化胶性能见下表。

表：新型羧基亚硝基氟橡胶硫化胶在液态N2O4介质中力学性能及质量变化试验结果表明，研制的新型羧基亚硝基氟橡胶硫化胶具有良好的物理机械性能、耐N2O4介质性能和耐高低温性能。其密封件通过了-40℃、常温、50℃和250℃的密封模拟实验、N2O4介质浸泡6个月密封模拟试验和加速老化试验等一系列考核验证，可作为耐N2O4介质的密封材料使用。

2、硅橡胶

主链结构单元以Si-O为主，以甲基及少量乙烯基等有机基团为侧基的一类线性聚合物，兼具无机材料和有机材料的性能。根据侧基不同，可分为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、乙基硅橡胶及亚苯基硅橡胶等。

航天材料及工艺研究所研制的硅橡胶密封材料具有突出的耐热和耐寒性能，长期使用温度为-60℃～250℃，短期使用可以超过300℃，可以耐瞬间超过3000K的高温烧蚀，耐臭氧、耐日照、耐霉菌、耐海水等性能优异。按照密封介质和密封材料的基本性能，航天工业用硅橡胶密封材料可分为4类，如下表所示。

表：航天工业用硅橡胶密封材料主要牌号及用途

3、乙丙橡胶

乙丙橡胶是橡胶制品工业中一种极为重要的原材料。乙丙橡胶又可分为二元乙丙、三元乙丙。乙丙橡胶系以单烯烃乙烯、丙烯共聚成二元乙丙橡胶；以乙烯、丙烯及少量非共轭双烯为单体共聚而制得三元乙丙橡胶。

乙丙橡胶分子主链上，乙烯和丙烯单体呈无规则排列，失去了聚乙烯或聚丙烯结构规整性，从而成为弹性体。由于三元乙丙橡胶二烯烃位于侧链上，因此三元乙丙橡胶不但可以用硫磺硫化，同时还保持了二元乙丙橡胶的各种特性。由于二元乙丙橡胶分子不含双键，不能用硫黄硫化，因而限制了它的应用。

乙丙橡胶商品牌号中，二元乙丙橡胶只占总数的10％左右，而三元乙丙橡胶占90%。乙丙橡胶由于具有耐热、耐化学介质、耐水、耐臭氧及电绝缘等性能优异，并且密度小，可在-60℃～120℃下长期工作，在航天工业材料中，适于制造在空气、磷酸酯液压油、火箭发动机肼类燃料系统使用的密封制品、胶管、胶板和胶囊等，以及固体火箭发动机衬层材料、电线电缆等。