特種高分子材料在航天領域中的應用

王子飛

（成都石室中學北湖校區 610052）

特種高分子材料在航天領域中的應用

王子飛

（成都石室中學北湖校區 610052）

高分子材料有著特殊的性能，在各個領域中都有著廣泛的應用，在技術的發展下，各類新型特種高分子材料相繼出現，此類材料的性能更加。本文主要針對常見特種高分子材料的類型及其在航天領域中的應用進行分析。

特種高分子材料；航天領域；應用

航天技術的發展是世界矚目的事業之一，它是一個國家科技發展的重要標志。航天技術能夠有效促進科學技術的進步，擴大人類活動的領域，為人類解開宇宙的秘密做出了重要的貢獻。航天技術發展在很大程度上依賴于新材料的研發，一項新的航天產品的問世，是基于大批航天新材料的生產之上。同時航天技術的發展也有效促進了航天新材料的研發與應用。高分子材料就是我國航天工業的重要支柱，它主要包含橡膠、工程塑料、涂料、合成樹脂、密封劑等。本文對航天新材料的發展與應用進行了詳盡的敘述。

1 特種橡膠材料

在我國航天工業發展初期，科研部門展開了特種橡膠材料的研究與大量生產工作，以滿足當時對航天材料的急切需要。后來隨著我國經濟的發展和工業技術的提高，高性能橡膠材料取得巨大的進步。

1.1 特種橡膠密封材料

在航天產品的各個系統當中，都應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。

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

（2）羧酸亞硝基氟橡膠。這種橡膠具有耐強氧化劑和耐低溫的良好性能，受到了航天界科學家的重視。美國通過對它的研究與實驗，研發出得產品在運載火箭和阿波羅飛船得到應用。我國也在20世紀60年代末對CNR展開了研究，并在1975年研制成7104膠料及其密封制品，并在長城系列的運載火箭上得到應用。

近年來，隨著我國對航天材料需求得不斷增加，新的CNR及其膠料7113應運而生。通過實驗我們得知，它具有良好的物理機械特性、耐N2O4介質性能、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。具有優異的耐高溫和化學穩定性。在Viton型氟橡膠分子側鏈中加入醚鍵，有效提高了產品的耐低溫性能。在我國國內，晨光化工研究院就曾經成功研制出氟醚橡膠F-400，從90年代開始，各大研究院都紛紛針對這一材料進行了深入的研究。目前研究出的氟醚橡膠7110可以滿足-45～350℃環境下的工作需求，具備優異的耐N2O4性能，已經在運載火箭領域中得到了應用。

1.2 高性能橡膠阻尼材料

黏彈性阻尼減振材料最早是應用在航天材料中，廣泛地應用在運載火箭、戰略戰術導彈、宇宙飛船等航天產品當中。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就是阻尼損耗小。隨著新型高阻尼材料的出現和新型共混技術的應用，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構中發揮出了巨大的作用，并得到廣泛地應用。

（3）丁腈橡膠阻尼材料。近年來我國對高阻尼材料進行了深入的研究，得到利用有機小分子與聚合物形成雜化體系獲得高阻尼材料的技術。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在市場上得到空前的發展。

2 特種工程塑料

目前我國的工程塑料工藝日益提高，它具有材質輕、可塑性好等特點，在航天產品的應用中，正逐步替代金屬材料，用于次結構件的制造。

（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、計算機印刷版框架中。用它替代了鋁合金框架，有效減輕了產品的重量，同時金屬性能也沒有降低。

（2）聚氨酯。通過這種材料進行了導彈中定位、導向、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、支撐強度大的材料制作的支架，而低密度的、線膨脹系數與鋁合金相匹配的玻璃纖維增強PU泡沫材料正好符合了這一要求；在導彈發射筒蓋的材料上，選擇了碳纖維增強PU泡沫塑料材料。

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

（4）聚醚醚酮。（PEEK）在國外碳纖維/PEEK復合材料已經應用于戰術導彈尾翼，PEEK樹脂也用來制造火箭的電池槽、螺栓、螺母以及火箭發動機的零部件等。通過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，制備的新一代運載火箭貯箱支架已經通過了一系列的地面試驗考核。

3 結語

總之，我國航空事業發展迅速，引領世界航空事業在新的領域發展。用于航天產品的配套特種高分子材料的研制也取得了巨大的成績，但是一些關鍵的部件性能還不是非常穩定。隨著航天工程中探月工程、長期駐留空間站、深空探測的進一步發展，它們對高分子材料的要求日益提高，相關的科技人員還需要繼續努力，爭取有更進一步的突破。

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1004-7344（2016）29-0266-01

2016-9-29