改善舱门密封胶撕裂强度的影响因素分析

闵雅兰 ，索军营 ，周楚玥，周子壹

（1. 成都飞机工业（集团）有限责任公司，四川 成都 600605 2. 四川渝拓橡塑工程有限公司，四川 成都 600605）

飞机在制造和维修过程中，在舱门处使用橡胶密封条进行密封，避免飞机在高空飞行过程中舱内失压而造成飞行事故。一般情况下用于制作舱门密封的橡胶材料为硅橡胶，其具有耐高低温、耐酸碱、耐腐蚀的特点，能抵抗高速气流、雨水和冰雹冲击。但硅橡胶硬度较低，抗撕裂性能较差，特别对于飞机活动部位且需起到密封作用的位置则不适用。为了克服硅橡胶抗撕裂性较差的弱点，可通过在橡胶制品中掺夹织物的方式来增强橡胶制品的抗撕裂强度，以满足飞机活动部位密封的需求[1]。

本文选用锦纶织物为骨架材料，通锦纶织物的厚度、骨架结构、骨架在橡胶中的位置分析，硅氧烷系偶联剂影响因素等方面，讨论锦纶织物对硅橡胶增强对其撕裂强度的影响因素。

1 试验材料及制备过程

1.1 主要原料及设备

主要原材料：硅橡胶，锦纶。

试验设备：XK160 型开炼机（无锡产）、300×300 型平板硫化机（青岛产），XL-1000 拉力试验机（广州产），LH-90 硫化仪（上海产），邵尔A硬度计。

1.2 制备过程

裁取合适大小的锦纶织物，采用钉床对其打孔处理；已打孔的锦纶织物置于工作台上并轻轻展平，避免出现扭曲和歪斜，然后用KH505 硅氧偶联剂均匀涂抹与锦纶织物的正反两面，在120 ℃小件下干燥1 h ；改性后的锦纶织物放置在两层硅橡胶中压制成三层夹层结构，最后将三层夹层结构放入模具工装中，在一定温度、压力和时间下制备成密封胶制品[2]。

1.3 撕裂试片的制备

采用GB/T529—2008[3]标准规定直角型试样，将制备好的硅橡胶复合材料试片置于冲片机的冲面口，将其调至最佳位置，操纵杆用力快速压下直角型试样裁刀，切割出直角型撕裂试样条取出试件即可，直角型撕裂试样见图1。

图1 直角型撕裂试样

2 试验结果与讨论

2.1 纯硅橡胶撕裂性能分析

纯硅橡胶撕裂试件在纵向拉伸下，断裂失效的模式为弹性断裂，断裂后试件如图2 所示，其撕裂断口与试样长度方向呈90°，撕裂断口在试样中部且较为平直，说明纯硅橡胶基体断裂时在很强的黏性作用，裂纹和载荷方向呈现垂直样式，撕裂过程发展十分快速，裂纹扩展没有受到阻力，这说明纯硅橡胶抗撕裂强度能力较低[4]。

图2 纯硅橡胶样品撕裂扩展方向

纯硅橡胶直角型试样在纵向拉伸载荷作用下的应变- 应力如图3 所示，在试样厚度一致的情况下，应力与应变接近线性关系，应力随着应变的增大而增大，通过3 次撕裂试验，纯硅橡胶的平均撕裂强度为11.88 kN/m。

图3 纯硅橡胶试件在撕裂作用下位移- 载荷曲线

2.2 锦纶厚度对撕裂强度影响

对不同厚度锦纶织物增强的硅橡胶制品进行抗撕裂强度性能测试，其结果见表1。

表1 不同厚度锦纶织物对撕裂强度影响

从表1 的数据可以看出，采用锦纶织物增强硅橡胶密封胶，其抗撕裂强度均较纯硅橡胶有大幅度提高，织物增强橡胶材料的抗撕裂强度不取决于基体橡胶的性能，但随着织物厚度的增加，其抗撕裂强度的性能先增加然后降低，这是由于锦纶织物厚度过薄，在进行撕裂强度试验时，往往发生织物断裂，其骨架增强效果差；锦纶织物厚度过厚，硅氧偶联剂浸入困难，造成浸润不均匀，从而发生橡胶与织物部分分离，同时抗撕裂强度降低。因此，应根据密封胶的使用部位选择0.2 mm 锦纶织物，其抗撕裂强度最好[5～6]。

2.3 锦纶织物在橡胶中位置对撕裂强度影响

将0.2 mm 的锦纶织物夹杂在橡胶中的不同位置，并对其撕裂强度进行测试，其结果见表2。

表2 锦纶织物在橡胶中位置对撕裂强度影响

从表2 的数据可以看出，锦纶织物在纯橡胶中的位置不同，对撕裂强度大小均产生影响，当锦纶织物处于橡胶中1/2 位置的时候，其两面橡胶厚度一致且对称，在进行抗撕裂强度试验时，其受力为均匀状态。当锦纶织物在橡胶中位置发生偏移时，上下两层橡胶厚度不均匀，密封胶薄弱环节会出现在薄的橡胶一侧。锦纶织物增强的橡胶材料中，锦纶织物完全分隔了两侧的橡胶。当纤维发生破坏时，在破坏处的瞬时应力导致了纤维两侧橡胶的分离形成脱胶，导致最终破坏时撕裂强度降低。若锦纶织物两侧橡胶厚度不一致，易在薄的橡胶一侧产生破坏，因此，应根据密封胶的使用部位锦纶织物应处于橡胶中部，其抗撕裂强度最好。

2.4 钉床的距离对撕裂强度影响

由于锦纶织物增强骨架和纯硅橡胶胶料是不同体系的高分子材料，其界面会出现相互排斥的现象，虽然采用硅氧偶联剂对锦纶织物进行了改性，但在硅橡胶密封胶制品的生产过程中易发生偏移，分层的现象，因此，常采用对锦纶织物增强骨架进行打孔以增加其相互交联的程度，表3 是钉床对距离对撕裂强度的影响[7～8]。

表3 钉床对距离对撕裂强度的影响

从表3 的数据可以看出，当采用Φ1 mm 的销钉对锦纶织物进行打孔，当钉床距离为10 mm 时，其抗撕裂强度最大，这是因为，若钉床距离密集，钉床对锦纶织物的经纬纱线间破坏力增大，造成锦纶织物自身强度降低。与此同时，若钉床距离大，硅氧偶联剂对锦纶织物浸润作用也减小。因此，在钉床距离为10 mm 时，其增强效果最佳。

2.5 锦纶增强参数确定

通过对纯硅橡胶撕裂性能分析、锦纶织物厚度、锦纶织物在橡胶中位置、钉床的距离等因素分析，在硫化压力、硫化时间和硫化温度一致的情况下，锦纶织物厚度为0.2 mm，钉床的距离为10 mm，处于橡胶中1/2 位置时，锦纶骨架增强效果最优，舱门密封胶抗撕裂性能达到最佳。经过多次测试，其抗撕裂强度为23.56 kN/m，断裂形式见图4。

图4 织物骨架增强密封胶撕裂扩展方向

3 锦纶织物骨架硅橡胶密封胶耐候性能测试

对锦纶织物骨架增强硅橡胶密封胶进行了耐候性能测试[9]，见表4。

表4 耐候性能测试

增强的硅橡胶密封胶，其耐盐雾和耐候后，其抗撕裂强度性能下降不超过11%，且远远大于纯硅橡胶的抗撕裂强度，表明，锦纶织物骨架增强硅橡胶密封条性能达到了预期要求。

4 结论

为了提高飞机起落架舱门处橡胶密封条的密封性能，增强橡胶条的抗撕裂强度，采用在硅橡胶中加入锦纶织物骨架，在保证硅橡胶耐高低温、耐酸碱、耐腐蚀的特点的基础上，其抗撕裂强度大幅度提高，可有效提高舱门密封胶性能，满足足飞机活动部位密封的需求。