航空硅橡胶材料研究及应用进展

苯基硅橡胶在航空航天领域的应用研究刘　琳，金　磊（同济大学材料科学与工程学院，上海201804）摘要：对比研究牌号为SE6660，SE6635和SE5563U的甲基乙烯基苯基硅橡胶（简称苯基硅橡胶）及其硫化剂DCBP 和DBPH对航空航天领域的适用性。

结果表明：SE5563U苯基硅橡胶的综合性能较好；采用硫化剂DBPH的SE5563U苯基硅橡胶交联密度大，抗撕裂性能好，压缩永久变形小，脆化温度为－110 ℃，非常适用于航空航天器材门窗系统密封材料。

关键词：甲基乙烯基苯基硅橡胶；压缩永久变形；脆化温度；航空航天中图分类号：TQ333.93；TQ336.4＋2 文章编号：1000-890X（2020）02-0119-04文献标志码：Ａ DOI：10.12136/j.issn.1000-890X.2020.02.0119甲基乙烯基苯基硅橡胶（简称苯基硅橡胶）是在乙烯基硅橡胶的分子链中引入二苯基硅氧烷链节（或甲基苯基硅氧烷链节）而制成的，是通过引入大体积的苯基破坏二甲基硅氧烷结构的规整性来降低聚合物的结晶温度和玻璃化温度[1-2]。

苯基含量（苯基与硅原子物质的量比）为5%～10%的苯基硅橡胶通称低苯基硅橡胶，其脆化温度低（最低－115 ℃），具有优异的耐低温性能，在－100 ℃下仍具有弹性[3-4]。

随着苯基含量的增大，分子链的刚性增大，其结晶温度上升。

苯基含量为15%～25%的苯基硅橡胶通称中苯基硅橡胶，具有耐燃烧特点[5]。

苯基含量在30%以上的苯基硅橡胶通称高苯基硅橡胶，具有优良的耐辐射性能。

高苯基硅橡胶应用在要求耐低温、耐烧蚀、耐高能辐射、隔热等的场合[6]。

苯基硅橡胶由于具有独特的耐高低温、耐氧、耐光和耐气候老化等性能，是航空航天等国防尖端工业不可缺少的密封材料胶种[7-8]。

本工作选择两种过氧化物硫化剂[硫化剂DCBP（2，4-二氯过氧化苯甲酰）和硫化剂DBPH （2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷）进行对比研究，旨在确定合适的硫化剂，以制得性能优异的苯基硅橡胶，为苯基硅橡胶在航空航天领域中的应用提供参考。

生命科学仪器 2023年第21卷/第6期技术与应用89载人航天器用G D 414硅橡胶气体释放规律研究张兰涛1 韩 艳2 白梵露1 侯永青1(1.北京空间飞行器总体设计部,北京1000942.上海宇航系统工程研究所,上海201109)摘要 为更好地控制载人航天器中丙酮㊁六甲基环三硅氧烷(D 3)和八甲基环四硅氧烷(D 4)的有害气体水平,指导载人航天器研制中微量有害气体控制,文章通过对G D 414-稀硅橡胶在不同固化时间㊁温度和压力条件下的丙酮㊁D 3和D 4气体释放规律进行了研究㊂结果显示随着G D 414硅橡胶固化时间延长,丙酮㊁D 3和D 4的释放量显著下降,50ħ高温72小时和5k P a 低压72小时可显著加速丙酮㊁D 3和D 4的释放㊂文章最后为载人航天器针对G D 414硅橡胶的脱气提供了提出了一些建议㊂关键词 载人航天器;G D 414硅橡胶;气体释放R e s e a r c h o n G a s R e l e a s e o f G D 414S i l i c o n e R u b b e r f o r M a n n e d S pa c e c r a f t Z H A N G L a n t a o 1,H A N Y a n 2,B A I F a n l u 1,H O U Y o n g q i n g1(1.B e i j i n g I n s t i t u t e o f S p a c e c r a f t S y s t e m E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g 100094,C h i n a 2.A e r o s p a c e S y s t e m E n g i n e e r i n g S h a n g h a i ,S h a n gh a i 201109,C h i n a )ʌA b s t r a c t ɔI n o r d e r t o b e t t e r c o n t r o l t h e h a r m f u l g a s e s o f a c e t o n e ,h e x a m e t h y l c y c l o t r i s i l o x a n e (D 3)a n d o c t a m e t h yl -c y c l o t e t r a s i l o x a n e s (D 4)i n m a n n e d s pa c e c r a f t .I n t h e a r t i c l e ,t h e a c e t o n e ,D 3a n d D 4r e l e a s e o f G D 414-d i l u t e s i l i -c o n e r ub b e r w i t h d i f f e r e n tc u r i n g t i m e ,t e m pe r a t u r e a n d p r e s s u r e w e r e s t u d i e d .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t w i t h t h e i n c r e a s e of c u r i ng t i m e o f G D 414-d i l u t e s i l i c o n e r u b b e r ,th e r e a l e s e o f t h e a c e t o n e ,D 3a n d D 4w e r e si g n i f i c a n t l yd e c r e a s e d ,a n d t h e t h e r e a l e s e o f t h e a c e t o n e ,D 3a n d D 4c o u l d b e a c c e l e r a t e d b y 72h a t 50ħa n d 72h u n d e r 5k P a .F i n a l l y ,s o m e s u g g e s t i o n s w e r e p r o v i d e d f o r t h e d e g a s s i n g o f G D 414s i l i c o n e r u b b e r i n t h e m a n n e d s pa c e c r a f t .ʌK e y wo r d s ɔm a n n e d s p a c e c r a f t ;G D 414s i l i c o n e r u b b e r ;g a s r e l e a s e .中图分类号:T F 533.2+1 文献标识码:A D O I :10.11967/20232112191 引言载人航天器舱内使用了较多非金属材料,这些非金属材料会释放出各种微量有害气体[1,2]㊂其中舱内使用较多的胶黏剂G D 414硅橡胶(又称双组份室温硫化硅橡胶)会释放丙酮㊁六甲基环三硅氧烷(D 3)和八甲基环四硅氧烷(D 4),导致舱内微量有害气体浓度升高㊂国际空间站对丙酮㊁D 3和D 4提出了相应指标控制要求,即航天器最大允许浓度(S MA C ,S pa c e c r a f t m a x i m u m a l l o w ab l ec o n c e n t r a t i o n ),其中丙酮的S MA C 值为52m g/m 3,D 3的S MA C 值为9m g/m 3,D 4的S MA C 值为12m g/m 3,超出此浓度限值后,可能会影响航天员产生身体健康[3,4]㊂为减少载人航天器舱内G D 414硅橡胶的微量有害气体释放量,文章对G D 414在不同环境条件下的丙酮㊁D 3和D 4的气体释放量进行了研究,获取了硅橡胶加速释气的时间和压力条件,在实际应用层面提出了适用于载人航天器研制流程的硅橡胶加速释气措施及建议,进而更具体地指导G D 414硅橡胶的使用及载人航天器有害气体预防控制㊂2 材料制备及检测方法2.1 材料制备与分组(1)试验样品:G D 414-稀硅橡胶,生产厂家为中蓝晨光有限公司㊂(2)样品制备:取样品10g,均匀涂抹在100mm*100mm 的锡箔纸上,涂抹后的厚度不大于3mm ,放置于湿度50%-70%的常温环境中固化[5]㊂(3)样品分为如下组别:a )样品固化48小时后26ħ常温3天后测试;b )样品固化48小时后50ħ高温3天后测试;c )样品固化48小时后,5k pa 低压处理3天后26ħ测试;d )样品固化48小时后,50ħ高温处理3天后26ħ测试;e )样品固化21天后26ħ常温3天后测试.2.2 加速脱气处理方法(1)低压脱气技术与应用生命科学仪器 2023年第21卷/第6期90将样品平放入真空罐中,将真空罐压力抽至5k p a ʃ0.1k pa ,时间持续3天;(2)高温脱气将样品放入高温烘烤箱中,将加热箱的温度设定在50ħʃ1ħ,时间持续3天;2.3 气体检测设备与检测方法检测设备:热脱附气质联用系统(型号100-7890B -5977B )㊁V O C 测试样品预处理箱(型号V -MH-24)㊁T e n a x 管㊁采样袋(规格5L )㊂检测方法:室温条件下,将样品放入采样袋中,密封样品袋并抽干袋内空气,确认气密性后冲入60%高纯氮气,袋子在测试温度26ħ或50ħ下放置72小时后,采用T e n a x 管采集D 3和D 4气体,将采集气体通过热脱附/气相色谱质谱联用系统分析D 3和D 4的含量(μg /g )[6,7]㊂色谱柱类型为D B -5M S ,色谱分析的详细条件如表1所示,线性方程和检出限如表2所示㊂表1 色谱分析条件热脱附条件脱附温度,ħ300脱附时间,m i n 15m i n 脱附气流量,m l /m i n 80脱附气压力,k P a46冷阱温度,ħ-20冷阱加热温度,ħ300载气高纯氦气G C 设置条件升温程序40ħ保留2m i n ,以3ħ/m i n 升温到92ħ,再以20ħ/m i n升温到280ħ保留15m i n 分流比30:1载气流量,m L /m i n43M S 设置条件离子源温度,ħ230溶剂切除时间,m i n 4m i n表2 线性方程及检出限目标物工作曲线线性范围(n g)线性回归方程Y=k x +b线性相关系数K方法检出限(n g)D 310n g -1000n g y=11530x -161300.999810n g D 410n g -1000n gy=2093x +135900.999610n g3 结果及讨论3.1 随固化时间变化的释放规律 G D 414-稀硅橡胶在固化48小时和固化后放置21天后的微量有害气体检测结果如表3所示㊂由表中数据可知,与固化48小时的释放量相比,固化后放置21天的D 3㊁D 4㊁丙酮释放量分别下降了的100%㊁100%和83.3%,由此可知随着固化时间的延长,D 3㊁D 4及丙酮的释放量均显著下降㊂在载人航天器舱内使用时,为减少在轨气体释放量,应尽早使用G D 414硅橡胶,以尽量延长其固化时间㊂3.2 随温度变化的释放规律 G D 414-稀硅橡胶固化48小时后分别在26ħ和50ħ的条件下的微量有害气体检测结果如表4所示,由表中数据可知,与26ħ测试条件的释放量相比,50ħ测试条件的D 3㊁D 4㊁丙酮释放量分别增加了的425%㊁239%和188%,结果表明高温能够显著加速D 3㊁D 4及丙酮的释放,这与林晓娜等在环境温度对室内装修有害气体释放影响的研究中发现的规律一致[8-10]㊂在此基础上,本研究发现舱内使用的硅橡胶的气体释放也遵循此项规律㊂因此,在对于载人航天器密封舱内使用的G D 414硅橡胶,可通过提高舱内温度,加速已使用的G D 414微量有害气体的释放㊂表3 G D 414-稀硅橡胶固化48小时和固化21天释气数据T a b l e 3 T h e d a t a o f ga s e s r e l e a s e i n 48h a n d 21d f o r G D 414-d i l u t e s i l i c o n e r ub b e r .有害气体种类固化48小时(μg /g )固化后放置21天(μg /g )固化21天较48小时减少比例D 30.3930100%D 40.3490100%丙酮3.5820.598183.3%表4 G D 414-稀硅橡胶在26ħ和50ħ测试条件下释气数据T a b l e 4 T h e d a t a o f ga s e s r e l e a s e a t 26ħ和50ħf o r G D 414-d i l u t e s i l i c o n e r ub b e r .有害气体种类26ħ条件测试(μg /g )50ħ条件测试(μg /g )50ħ较26ħ的增加比例D 30.3932.063425%D 40.3491.183239%丙酮3.58210.302188%生命科学仪器 2023年第21卷/第6期技术与应用913.3 随压力变化的释放规律 G D 414-稀硅橡胶在未经过脱气处理和经过5k P a 常温脱气处理3天后的微量有害气体检测结果如表5所示㊂由表中数据可知,与未经脱气处理组相比,5k P a 常温脱气处理3天条件下的D 3㊁D 4㊁丙酮释放量分别降低了的51.6%㊁84.9%和67.9%,由上述数据可知,低压环境有助于D 3㊁D 4及丙酮的释放㊂这与俞进等在载人航天器密封舱非金属材料低压脱出有害气体试验研究中发现的规律一致[11-13],酮类气体在低压环境下的脱出量高于常压[11]㊂因此,在载人航天器在使用G D 414硅橡胶后,可通过一次性低压环境,加速降低其微量有害气体的释放量㊂表5 G D 414-稀硅橡胶在低压前后释气数据T a b l e 5 T h e d a t a o f ga s e s r e l e a s eb e f o r e a n d a f t e r l o w p r e s s u r e f o r G D 414-d i l u t e s i l ic o n e r u b b e r .有害气体种类5K P a 低压释气前(μg /g )5K P a 低压释气后(μg /g )低压条件降低气体释放量比例D 30.3930.190351.6%D 40.3490.052784.9%丙酮3.5821.148667.9%4 结论与建议从试验所得数据可看出,不同固化时间㊁温度及压力条件,可显著影响G D 414硅橡胶的微量有害气体释放,根据所获得的试验数据,总结出如下结论与建议:1)随着固化时间的延长,G D 414硅橡胶中的D 3㊁D 4及丙酮的释放量均可显著下降㊂在载人航天器舱内使用时,为减少在轨气体释放量,应在研制时尽早使用G D 414硅橡胶,尽量延长航天器在发射前的地面固化时间,可有效降低舱内丙酮㊁D 3和D 4的是释放㊂2)高温能够显著加速D 3㊁D 4及丙酮的释放,对于使用了大量G D 414硅橡胶的产品,应在设备装舱前尽量使用高温环境加速硅橡胶的气体释放,从而避免装舱后成为整舱的释放源㊂对于整舱状态下,适当提升舱内温度,也可实施整舱加速释气㊂3)低压环境有助于G D 414硅橡胶中D 3㊁D 4及丙酮的释放,对于使用了G D 414硅橡胶,且不耐高温的设备,可选用此项措施进行单机设备的释气㊂整舱状态也可在真空热试验期间,开展整舱低压释气㊂综上所述,载人航天器密封舱内G D 414硅橡胶使用较为普遍,其微量有害气体释放也会影响到整舱气体环境[14,15],本研究通过在不同固化时间㊁温度和压力条件下的G D 414硅橡胶气体释放研究,总结出了其释放规律,从而为后续载人航天器研制过程中降低G D 414硅橡胶的释放提出了措施建议㊂参考文献[1]祁章年,杨天德,顾鼎良等.航天环境医学基础[M ].北京:国防工业出版社,2001:166[2]俞进,于潇,魏传锋.载人航天器密封舱内非金属材料控制[J 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浅谈硅橡胶性能及其研究进展作者：周昭全来源：《中国科技博览》2018年第31期[摘要]硅橡胶是由硅原子和氧原子组成的具有弹性的复合体，物理机械性能良好，优良的电绝缘性能以及耐高低温性能在一定范围内延长其使用期限。

硅橡胶突出的耐老化性能使其适用范围广泛，包括金属类、非金属类、塑料类等。

本研究主要通过分析硅橡胶的基本性能特点，进而对其研究进展以及应用作出进一步探讨。

[关键词]硅橡胶；性能；研究进展中图分类号：TQ630.49 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0224-01前言硅橡胶具有优异的耐高温性能，使其能够广泛应用于电子器械的耐热材料中，对于家用耐热电器则更是最适宜不过的原材料之一。

硅橡胶的抗张强度性能与其伸长率有关，添加剂的不同决定了制作产品的加工以及材料特性，大多应用于静态的场合。

硅橡胶是一种高分子量材料，分子量达十五万以上，分为高温硫化以及室温硫化型。

1.硅橡胶的基本性能特点分析1.1 硅橡胶的物理机械性能硅橡胶具有良好的弹性，用法操作简单，以及具有高强度的工艺适用性，其稳定参数可以得到一定的提高。

硅橡胶可以进行初步硫化，则可以大幅度提高其防粘性能，并减少收缩率。

硅橡胶的组成主链上除硅氧烷之外，侧链还有甲基基团，这些甲基基团可以通过化学反应被其他的基团所取代，这样则可以进一步提高其稳定性。

硅橡胶还可以在某些具体的使用情况下，添加一些具有耐热或许导电等性能的添加剂，从而可以增强硅橡胶的相关方面性能。

硅橡胶的性质十分稳定，在除强碱以及氢氟酸之外，几乎不会与其他的物质发生化学反应，因其制作方法不同，所以其最终形成的微孔结构也大不相同。

硅橡胶的良好物理机械性能，使其在多个领域得到综合性的利用。

并且硅橡胶具有很好的透气性，利用硅橡胶合成聚合物的过程中，硅橡胶所具有的氧气透过率最高，这些性质都使得硅橡胶进一步提升实用阶段地位，与此同时也促进了硅橡胶相关生产处理技术的进步。

185石墨烯改性硅橡胶功能复合材料的制备及应用母林鹏1，2，王　娜1，2，苏　杰1，2，何周坤2*，兰小蓉3，4*（1.成都大学 机械工程学院，四川 成都　610106；2.成都大学高等研究院 成都大学复合材料和表界面工程研究中心， 四川 成都　610106；3.西南医科大学附属口腔医院 口颌面修复重建和再生泸州市重点实验室，四川 泸州　646000；4.西南医科大学口腔医学研究所，四川 泸州　646000）摘要：综合性能优异的石墨烯改性硅橡胶复合材料在航天航空、电子电器以及医药卫生等领域展现出广泛的应用前景。

总结石墨烯改性硅橡胶复合材料的主要制备方法及其优缺点，重点介绍具有特殊润湿性、导热性能和导电性能的石墨烯改性硅橡胶功能复合材料的研究进展。

提高石墨烯的功能改性效率及石墨烯在复合材料中的含量和均匀分散性、实现复合材料的多功能化等是未来研究的难点和重点。

关键词：石墨烯；硅橡胶；复合材料；表面润湿性；功能化中图分类号：TQ333.93；G316 文章编号：2095-5448（2024）04-0185-07文献标志码：A DOI ：10.12137/j.issn.2095-5448.2024.04.0185橡胶材料是工业和高科技领域不可或缺的关键材料之一，在轮胎、化学防护装备、航空航天等领域应用广泛[1]。

硅橡胶作为工业生产的重要材料之一，受到了广泛的关注。

硅橡胶种类丰富，按照硫化方式可分为室温硫化硅橡胶和高温硫化硅橡胶[2]；按照侧基类型可分为二甲基硅橡胶[3]、甲基乙烯基硅橡胶[4]、甲基乙烯基苯基硅橡胶[5]、氟基硅橡胶[6]和腈基硅橡胶[7]等。

硅橡胶是一种宽温域特种橡胶，未经改性的通用型硅橡胶能在－70～250 ℃的温度范围下使用，一些特种硅橡胶的工作温度范围能达到－140～350 ℃[8]。

硅橡胶还具有优异的耐辐照、抗紫外光、耐臭氧老化、耐燃、耐油、耐化学腐蚀等独有特性，以及良好的弹性和加工性能等，因此硅橡胶在航天航空、武器装备、轨道交通和建筑建材等领域均有广泛的应用。

硅橡胶的应用及发展前景摘要：由于硅橡胶本身具有耐高低温、耐老化、透明度高、生理惰性、与人体组织和血液不粘连、生物适应性好、无毒、无味、不致癌等一系列优良的特性，所以硅橡胶在各个领域有着广泛的应用。

本文简要介绍了硅橡胶的种类、不同制备方法的反应机理、最新的研究进展及其应用。

关键字：硅橡胶；应用；加成；缩合；氧化；分类硅橡胶为一特种合成橡胶，它是由二甲基硅氧烷单体及其它有机硅单体，在酸或碱性催化剂作用下聚合成的一类线型高聚物(生胶)，经过混炼、硫化，可以相互交联成为橡胶弹性体，其基本结构链，表示通式：硅橡胶的性能特点如下：（1）物理机械性能：硅橡胶在室温下物理机械性能比其他橡胶低，但在150℃高温以上其物理机械性能高于其他橡胶，一般硅橡胶除弹性较好以外，拉伸强度、伸长率、撕裂强度都很差。

（2）耐高低温性能：硅橡胶可在-100℃-250℃长期使用，若适当配合的乙烯基硅橡胶可在250℃下工作数千小时，300℃下工作数百小时。

热空气老化后仍能保持橡胶特性，低苯基硅橡胶的玻璃化转变温度为-140℃，其硫化胶在-70℃-100℃下仍具有弹性，硅橡胶可耐数千度的瞬时高温。

（3）优异的耐臭氧老化、热氧老化、光老化和气候老化性能：硅橡胶硫化胶在自由状态下室外暴晒数千年后性能无显著变化。

（4）优良的电绝缘性能：硅橡胶硫化胶在受潮、遇水和温度升高时的电绝缘性能变化很小。

（5）特殊的表面性能：硅橡胶是疏水的，对许多材料不粘可起隔离作用。

（6）优异的生理惰性：硅橡胶无水、无毒，对人体无不良影响，具有良好的生物医学性能。

（7）良好的透气性：硅橡胶的透气率较普通橡胶大数十至数百倍，而且对不同气体的透气率差别较大。

（8）耐油耐辐射、耐燃烧等性能：硅橡胶具有优良的耐油、耐溶剂性能它对脂肪族、芳香族和氯化烃类溶剂在常温和高温下的稳定性非常好。

一般硅橡胶对低浓度的酸、碱有一定的抗耐性，对于乙醇、丙酮等介质也有较好的抗耐性，硅橡胶的耐辐射性能一般。

硅橡胶性能及其研究进展摘要：硅橡胶分子链结构的特殊性，使其具有优异的力学性能、耐热性、耐寒性、耐候性、阻燃性等，广泛应用于各个领域；随着科技的发展对硅橡胶性能的要求也越来越高。

本文简要阐述了硅橡胶的相关概念及其性能，探讨了硅橡胶的进展及应用。

关键词：硅橡胶；性能；进展前言：硅橡胶通常是指分子主链由Si原子和O原子交替构成基本骨架，各种有机基团作为线性聚硅氧烷的侧基，其中侧基通常有甲基、苯基、乙基和乙烯基等。

因硅橡胶分子链的特殊结构，使其具有各种优良的性质特性等，广泛应用于国防、汽车、农业、能源、航天航空、化工、电子电气、建筑、医疗和运输等领域。

1硅橡胶简介硅橡胶（SR）是以Si-O单位为主链，以有机基团为侧基的线性聚合物。

它是典型的半无机半有机聚合物，既具有无机高分子的耐热性，又具有有机高分子的柔顺性。

它的一般结构式为：式中，R、R1、R2为有机基团，如甲基、苯基、乙烯基、三氟丙基等，m、n为聚合度，可以在很宽的范围内变化。

为了说明硅橡胶的化学结构，表1列出了键长和键角的近似值，表2比较了一些原子同硅原子键能与这些原子同碳原子键接时的键能。

可以看出，Si-O键比C-C键键能高出很多，因而，硅橡胶与通用橡胶相比具有更高的稳定性，如耐热性、耐候性、电绝缘性和化学稳定性。

2硅橡胶的性能2.1力学性能硅橡胶分子间作用力小、易滑移，冷态下可慢速流动，其拉伸强度和撕裂强度都很低，纯硅橡胶硫化胶的拉伸强度只有0.35MPa左右，补强后才有实用价值。

硅橡胶的拉伸强度、撕裂强度和拉断伸长率会随工作温度的升高而均呈下降趋势，且温度越高趋势越加明显。

硅橡胶的补强通常采用机械混合法，将补强填料加入到聚合物体系中，填料表面的硅醇基与聚合物分子通过氢键相结合，起到补强作用；然而对硅橡胶最具补强效果的气相法白炭黑极易集聚，颗粒难以均匀分散，在具有较高相对分子质量的聚二甲基硅氧烷基体中，白炭黑颗粒的分散更加困难，极易导致宏观相物质的分离现象发生，影响硅橡胶的力学性能和耐热性能。