特種高分子材料在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

王子飛

（成都石室中學(xué)北湖校區(qū) 610052）

特種高分子材料在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

王子飛

（成都石室中學(xué)北湖校區(qū) 610052）

高分子材料有著特殊的性能，在各個(gè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，在技術(shù)的發(fā)展下，各類新型特種高分子材料相繼出現(xiàn)，此類材料的性能更加。本文主要針對(duì)常見(jiàn)特種高分子材料的類型及其在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

特種高分子材料；航天領(lǐng)域；應(yīng)用

航天技術(shù)的發(fā)展是世界矚目的事業(yè)之一，它是一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展的重要標(biāo)志。航天技術(shù)能夠有效促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，擴(kuò)大人類活動(dòng)的領(lǐng)域，為人類解開(kāi)宇宙的秘密做出了重要的貢獻(xiàn)。航天技術(shù)發(fā)展在很大程度上依賴于新材料的研發(fā)，一項(xiàng)新的航天產(chǎn)品的問(wèn)世，是基于大批航天新材料的生產(chǎn)之上。同時(shí)航天技術(shù)的發(fā)展也有效促進(jìn)了航天新材料的研發(fā)與應(yīng)用。高分子材料就是我國(guó)航天工業(yè)的重要支柱，它主要包含橡膠、工程塑料、涂料、合成樹(shù)脂、密封劑等。本文對(duì)航天新材料的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了詳盡的敘述。

1 特種橡膠材料

在我國(guó)航天工業(yè)發(fā)展初期，科研部門展開(kāi)了特種橡膠材料的研究與大量生產(chǎn)工作，以滿足當(dāng)時(shí)對(duì)航天材料的急切需要。后來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的提高，高性能橡膠材料取得巨大的進(jìn)步。

1.1 特種橡膠密封材料

在航天產(chǎn)品的各個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，都應(yīng)用到了特種橡膠密封材料。特種密封橡膠的類型也多種多樣，各具不同的特點(diǎn)。

（1）氟橡膠。它的主要特點(diǎn)就是具有優(yōu)異的耐高溫性能，能夠長(zhǎng)期在250℃的環(huán)境下工作。同時(shí)還具有良好的耐油、耐溶劑性能。但它的缺點(diǎn)是不耐寒，在-20℃環(huán)境下就失去了彈性。用氟橡膠制作的密封產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到了液壓滑油系統(tǒng)、耐高溫部位的密封設(shè)備當(dāng)中。氟橡膠可以在180～200℃的環(huán)境下長(zhǎng)期使用，其裂解溫度為310℃，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-41℃。

（2）羧酸亞硝基氟橡膠。這種橡膠具有耐強(qiáng)氧化劑和耐低溫的良好性能，受到了航天界科學(xué)家的重視。美國(guó)通過(guò)對(duì)它的研究與實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出得產(chǎn)品在運(yùn)載火箭和阿波羅飛船得到應(yīng)用。我國(guó)也在20世紀(jì)60年代末對(duì)CNR展開(kāi)了研究，并在1975年研制成7104膠料及其密封制品，并在長(zhǎng)城系列的運(yùn)載火箭上得到應(yīng)用。

近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)航天材料需求得不斷增加，新的CNR及其膠料7113應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們得知，它具有良好的物理機(jī)械特性、耐N2O4介質(zhì)性能、耐高溫也耐低溫。

（3）氟醚橡膠。它是由多種元素聚合而成的彈性體。具有優(yōu)異的耐高溫和化學(xué)穩(wěn)定性。在Viton型氟橡膠分子側(cè)鏈中加入醚鍵，有效提高了產(chǎn)品的耐低溫性能。在我國(guó)國(guó)內(nèi)，晨光化工研究院就曾經(jīng)成功研制出氟醚橡膠F-400，從90年代開(kāi)始，各大研究院都紛紛針對(duì)這一材料進(jìn)行了深入的研究。目前研究出的氟醚橡膠7110可以滿足-45～350℃環(huán)境下的工作需求，具備優(yōu)異的耐N2O4性能，已經(jīng)在運(yùn)載火箭領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。

1.2 高性能橡膠阻尼材料

黏彈性阻尼減振材料最早是應(yīng)用在航天材料中，廣泛地應(yīng)用在運(yùn)載火箭、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、宇宙飛船等航天產(chǎn)品當(dāng)中。高性能橡膠阻尼材料的種類眾多，有丁基橡膠、硅橡膠、聚氨酯等等，它們也各有不同的性能。

（1）丁基橡膠阻尼材料。在丁基橡膠阻尼材料廣泛用于約束阻尼處理的阻尼夾心層。ZN-1阻尼材料與鋁合金接觸不產(chǎn)生腐蝕，具有較高的耐老化性能；ZN-2阻尼材料具有良好的抗輻射性能，并且力學(xué)性能也有所增加。

（2）硅膠阻尼材料。這種阻尼材料最大的缺點(diǎn)就是阻尼損耗小。隨著新型高阻尼材料的出現(xiàn)和新型共混技術(shù)的應(yīng)用，硅膠阻尼材料的性能得到很大程度的提升，它在航天阻尼減振結(jié)構(gòu)中發(fā)揮出了巨大的作用，并得到廣泛地應(yīng)用。

（3）丁腈橡膠阻尼材料。近年來(lái)我國(guó)對(duì)高阻尼材料進(jìn)行了深入的研究，得到利用有機(jī)小分子與聚合物形成雜化體系獲得高阻尼材料的技術(shù)。在共混橡膠中加入受阻酚，能夠有效加大阻尼耗散能力和溫域，這種高阻尼材料將會(huì)在市場(chǎng)上得到空前的發(fā)展。

2 特種工程塑料

目前我國(guó)的工程塑料工藝日益提高，它具有材質(zhì)輕、可塑性好等特點(diǎn)，在航天產(chǎn)品的應(yīng)用中，正逐步替代金屬材料，用于次結(jié)構(gòu)件的制造。

（1）聚酰胺。此種材料重量輕、承載力較大、減振性能好，廣泛用于火箭液氫液氧箱體外支架、計(jì)算機(jī)印刷版框架中。用它替代了鋁合金框架，有效減輕了產(chǎn)品的重量，同時(shí)金屬性能也沒(méi)有降低。

（2）聚氨酯。通過(guò)這種材料進(jìn)行了導(dǎo)彈中定位、導(dǎo)向、減振功能部件的制作；在爆炸裝置的支撐部件需要減振性能好、支撐強(qiáng)度大的材料制作的支架，而低密度的、線膨脹系數(shù)與鋁合金相匹配的玻璃纖維增強(qiáng)PU泡沫材料正好符合了這一要求；在導(dǎo)彈發(fā)射筒蓋的材料上，選擇了碳纖維增強(qiáng)PU泡沫塑料材料。

（3）聚苯硫醚。美國(guó)Boeing公司成功使用玻璃纖維增強(qiáng)PPS制造巡航導(dǎo)彈殼體，與傳統(tǒng)的金屬門相比，重量減少了25%。我國(guó)的航天材料與工藝研究應(yīng)用這一技術(shù)成功研制出玻璃纖維增強(qiáng)PPS材料，以此來(lái)替代傳統(tǒng)鋁合金殼體，優(yōu)化了減振性能，滿足了適用需求。

（4）聚醚醚酮。（PEEK）在國(guó)外碳纖維/PEEK復(fù)合材料已經(jīng)應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈尾翼，PEEK樹(shù)脂也用來(lái)制造火箭的電池槽、螺栓、螺母以及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件等。通過(guò)添加不同比例短切碳纖維和玻璃纖維，航天材料工藝研究所研制了SLT系列材料，制備的新一代運(yùn)載火箭貯箱支架已經(jīng)通過(guò)了一系列的地面試驗(yàn)考核。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，我國(guó)航空事業(yè)發(fā)展迅速，引領(lǐng)世界航空事業(yè)在新的領(lǐng)域發(fā)展。用于航天產(chǎn)品的配套特種高分子材料的研制也取得了巨大的成績(jī)，但是一些關(guān)鍵的部件性能還不是非常穩(wěn)定。隨著航天工程中探月工程、長(zhǎng)期駐留空間站、深空探測(cè)的進(jìn)一步發(fā)展，它們對(duì)高分子材料的要求日益提高，相關(guān)的科技人員還需要繼續(xù)努力，爭(zhēng)取有更進(jìn)一步的突破。

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2016-9-29