质量第一
科学公正

Vol.48No.7 化 工 新 型 材 料 第48卷第

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NEW CHEMICAL MATERIALS 2020

航空双组分密封胶适航与验证技术研究

叶李薇 张 帆 李 林 张亚博 彭华乔苏正良

(中国民用航空局第二研究所,成都610041

摘 要 在美国的航空标准SAEAS5127SAEAS5127的基础上,分析国外航空双组分密封胶适航审定技术验证的实验方法和步骤,包括密封胶施工性能、应用性能、材料相容性、力学性能、可修补性能及阻燃性能等评估方法,为我国民航开展航空双组分密封胶性能检测和研究工作,以及国产航空双组分密封胶的适航审定提供技术支持。

关键词 航空密封胶,适航,验证技术,审定

中图分类号 TQ436.6 文献标识码 文章编号:1006-3536(2020)07-0238-06

DOI:10.19817/j.cnkii.ssn1006-3536.2020.07.054

Studyonairworthinessandverificationtechnologyofaerospace twocomponentsealant

YeLiwei ZhangFan LiLin ZhangYabo Peng Huaqiao SuZhengliang

(theSecondResearchInstituteofCivilAviationAdministrationofChina,Chengdu610041)

Abstract BasedonSAEAS5127/1andSAEAS5127/2,thetestmethodsandproceduresfortheverificationof airworthinesscertificationofforeignaviationtwo-componentsealantswereanalyzed.Theevaluation methodsincluded sealantconstruction performance,application performance,material compatibility,mechanics,reparability,flame retardantperformanceandsoon.Technicalsupportwasprovidedfortheperformancetestingandresearchofaviation

two-componentsealantinChina’scivilaviation,andtheairworthinesscertificationofdomesticaviationtwo-component sealant.

Keywords aviationsealant,airworthiness,verificationtechnology,certification

航空密封胶属于液体密封结构是民用飞机的重要组成部分在航空工业中密封材料主要有有机硅密封胶聚硫密封胶和聚氨酯密封胶等有机硅密封胶具有耐辐射耐高低温无毒和无污染等性能广泛应用于各种密封舱的密封聚硫密封胶具有良好的耐油性主要运用于飞机整体油箱密封口盖密封和机身防腐蚀密封聚氨酯密封胶具有良好的超低温性能主要用于飞机窗门座舱等元件的密封国外密封胶向着耐油系统方向发展主要采用氟氟硅氟醚橡胶乙丙橡胶和全氟醚橡胶外露的系统主要采用乙丙橡胶和有机硅橡胶动密封主要采用具有导热性能和低摩擦系数的橡胶静密封主要采用具有在低温下有高度的灵活性和可压缩变形的橡胶在整体油箱上主要采用含氟密封胶和聚硫代醚密封胶在电子设备上主要采用氟硅和有机

硅密封胶航空双组分密封胶多为聚硫密封胶和有机硅密封胶

目前我国民用飞机使用的密封胶全部依赖进

主要的供应商有 PPG 航空材料有限公司、AC

Teck航空材料有限公司、Chemetall航空材料有限公 司、Dow Corning 公 司 和 Flamemaster 公 司等[1-3]国产航空密封胶需经过飞机制造商的适航性能验证一系列评估认证合格后才能列入合格产品清单最终获得飞机和发动机制造商(OEM)的批准应用到民用飞机上或经过适航当局的适航认证批准后适用于该国籍航空器的维修改装等

随着我国自主研发国产大飞机项目地进行以航空密封胶为代表的航空化学产品的研发和适航验证也同步进行着所谓适航是指航空器包括部件及子系统的整体性能和操作特性在预期运行环境

作者简介:叶李薇(1988-),硕士工程师从事航空化学产品适航验证与研究

联 系 人:彭华乔

期 叶李薇等航空双组分密封胶适航与验证技术研究

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和使用限制下都得到安全和物理完整不合格的航化产品会腐蚀民用航空产品指民用航空器发动机螺旋桨机载设备零部件及航空材料),缩短其使用寿命因此航化产品的适航管理是民用航空安全管理的重要环节

航空密封胶的技术要求主要依据国外军方

业协会和主机厂发布的技术标准来制定。SAE AS

5127/1[4]航空用双组分合成橡胶类密封胶测试标准是由美国汽车工程师协会制定并颁布的航空标准该标准规定了室温硫化双组分航空 密封胶的性能测试方法是 通用的验证方法此外,SAE

AS5127/2[5]航空防火板密封胶 火焰穿透性的实 验方法规定了密封胶防火性能验证方法以下是常用室温硫化双组分航空密封胶产品标准中对应的测试项目

1 航空双组分密封胶测试方法

航空密封胶的通用性能主要分为理化性能施工性能应用性能耐烃类性能剥离强度和储存稳定性六大类其中理化性能和剥离强度是密封胶的实验室常规检测指标其中非挥发物含量会影响填缝密封胶的填充量施工性能直接影响相关工作人员制造维修飞机过程中的操作难易如流淌性表示密封胶的触变性判断在垂直面涂覆密封胶是否容易流淌适用期表示密封胶的活性时间超过则硫化加快导致硬度迅速增加等应用性能表示密封胶涂覆到飞机上后在服役环境中是否能发挥充分作用如水解稳定性检测密封胶是否耐高温高湿环境耐烃类性能是检测密封胶是否耐燃油等介质如在烃类盐水混合液中的腐蚀性检测密封胶是否耐高盐和油的双重作用低温柔韧性是检测密封胶在高空

-55℃低温环境中是否保持柔韧性而不会因变脆而受力断裂失效储存稳定性是验证密封胶的货架寿命即储存后性能不能下降的周期

是双组分室温硫化密封胶所有检测项目的汇总某种具体密封胶通常只需要进行其中部分实验后面介绍聚硫密封胶的产品分类及主要技术要求

2 聚硫密封胶的产品分类及主要技术要求

2.1 聚硫密封胶

2.1.1 飞机整体油箱密封胶

飞机整体油箱密封胶体系[6-8]通常由种密封

表1 SAEAS5127/1C 航空双组分密封胶测试方法汇总

性能类型 实验项目

性能类型 实验项目耐烃类性能 粉化

耐热裂性

耐流体破裂性

质量损失及柔韧性体积膨胀

低温柔韧性

交替低温柔韧性

低温柔韧性挡风玻璃用拉伸强度及伸长率

剪切强度

在烃类盐水混合液中的腐蚀性

装配腐蚀

装配应力腐蚀性异金属腐蚀性

暴露条件下腐蚀性银纹

剥离强度 常规剥离强度

浸渍液体的剥离强度可修补性剥离强度

贮存稳定性 加速贮存稳定性

长期贮存

理化性能 非挥发物含量

黏度

基膏

硫化膏

空气含量

可溶性铬酸含量

施工性能 流淌性

适用期

装配时间

不黏期

硫化期

标准硫化

低温硫化

浸渍液体的硫化

应用性能 比重

14天硬度

射线密度

热膨胀性

热恢复性

水解稳定性

修整打磨

可喷涂性

耐候性

胶共同组成用于整体油箱和燃料单元腔的耐温型高粘附力密封胶[9]用于整体油箱和燃料单元腔的低密度聚硫合成橡胶型密封胶间歇使用至360F,

182℃)[10]用于移动面板和油箱检查板的低粘附力型密封胶[11]种密封胶的不挥发物含量流动性剥离强度等指标要求根据使用部位和功能不同而差异较大相关技术要求见表2。

2.1.2 机身密封胶及快速固化密封胶

飞机蒙皮搭接处经常涂覆密封胶以防止雨水浸入而引起腐蚀早期常用含有铬酸盐的聚硫密封胶以增强机身腐蚀抑制功能随着环保要求越来越高逐步用替代铬酸盐另一方面机身蒙皮修理时会破坏搭接面铆钉等位置填充的密封胶修理完成后再次涂覆密封胶进行密封处理然而现场修补时常要求快速固化满足此类要求的密封胶通常以聚硫醚为生胶制备而成其优点是固化过程不受温度和

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化 工 新 型 材 料 第48

表2 飞机整体油箱密封胶技术要求(以 ClassB2为例)

技术指标 SAE AMS-S-8802 SAE AMS3284 SAE AMS3281

颜色 微红色

不挥发物含量/% 90% 97% 92%

空气含量 ≤4% — —

基料黏度/(Pa·s) 9001400 6001400 7001600

固化剂黏度/(Pa·s) — — 40160

流动性/mm 2.519.0 19.0 1.219.0

适用期/h(初始挤出量≥15g/min)

2 2 2

不黏期/h 40 24 24

标准固化时间/h

硬度30A)

72 72 72

比重 ≤1.65 1.65 1:1.201.35;2:1.061.19;31.05

热恢复性 — — 不能变为液体或膏状稠度不能变脆或失黏

耐热性 无明显变软收缩裂纹或

断裂

水解稳定性 硬度30A 硬度30A 硬度30A

修整打磨 — — 不能扯裂

可喷涂性 — — 涂层不脱落

耐候性 — — 无开裂粉化剥离或失黏

粉化 轻微 轻微

耐热破裂性 ≤3.0mm;无气泡或收缩 烘箱149℃ ,69kPa,30min:3.0mm;无气泡或收缩质量损失率/% 8 —

柔韧性率/% 无破裂或裂纹 无破裂或裂纹

体积膨胀 — — 520

低温柔韧性 目视无破裂或裂纹无失黏现象 目视无破裂或裂纹无失黏现象

拉伸强度和伸长率 标准固化:1380kPa,200% — 标准固化:1379kPa,250%

14 60℃ AMS2629,TypeI:345kPa, — 标准固化后 AMS2629,TypeI12 60℃ +60h

200%

71℃ +6h82℃ :862kPa,100%

121℃ 空气:862kPa,100% — 标准固化后 AMS2629,TypeI1260℃+60h71℃+

6h82℃+24h49℃+标准热循环:862kPa,25%

72h60℃ AMS2629,TypeI+72h49℃ — 标准固化标准热循环:689kPa,25%空气+7121℃ 空气:1380kPa,75%

24h 121℃ + 7 60℃ AMS 2629, — 标准固化+72h标准条件 AMS3021:862kPa,100% TypeI:690kPa,150%

标准固化+72h标准条件 AMS3020:862kPa,100%

耐烃类盐水腐蚀性 无明显降解腐蚀 无明显降解腐蚀

剥离强度 100% 内聚破坏 ≥720N/m;98%内聚破坏 ≥3503N/m;100% 内聚破坏

老化3580N/m — —

老化701250N/m — —

可修复性 同种胶或 AMS3284:1750N/m,100%

内聚破坏

不挥发物含量为质量分数下同

3503N/m;100% 内聚破坏

期 叶李薇等航空双组分密封胶适航与验证技术研究

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湿度影响目前常用的机身密封胶是国外某飞机制造商标准 PRESSURE AND ENVIRONMENTAL

SEALANT-CHROMATE TYPE(压力和环境密封胶铬酸 盐 型);常 用 的 快 速 固 化 密 封 胶 是 SAE

AMS 3277 F Sealing Compound,Polythioether RubberFastCuringforIntegralFuelTanksand

GeneralPurpose,IntermittentUseto360 (182℃)

用 于整体油箱和通用型快速固化聚硫醚密封胶[12]间歇工作温度达182℃)。两种密封胶分别对应制造生产过程和现场修补过程不同的环节对双组分密封胶施工性能剥离强度等等指标要求差异较大具体技术要求见表3。

表3 机身及快速固化密封胶技术要求(以 ClassB2为例)

技术指标 某飞机制造商标准 SAE AMS3277

不挥发物含量/% 90 96

空气含量/%

基料黏度/(Pa·s) 9001800 9001800

固化剂黏度/(Pa·s) — 70160

流动性/mm 0.50inch 2.519.0

适用期/h(初始挤出量

15g/min)

不黏期/h 36 标准固化≤12;-7℃ 96

固化时间/h(硬度25A) 48 标准固化≤16;-7℃ 96

水溶性铬酸盐含量/% 2.7 —

比重 — 1:1.351.50;2:1.161.34;31.15

14天硬度邵氏 A — 30

耐热膨胀 测试段宽端+0.25-0.08mm 范围内窄端+0.13

-0.08mm 范围内

热恢复性 不能变为液体或膏状稠度不能变脆或失黏

耐热性 无明显变软膨胀鼓泡裂纹或收缩粘接失效≤5% ;

硬度增加≤15

水解稳定性 硬度≥20A

修整打磨 不能卷起或扯裂

可喷涂性 涂层不脱落

耐候性 720±8h的加速老化无开裂粉化剥离或失黏

粉化 无粉化

耐热破裂性 烘箱160℃ ,69kPa,30min:4.0mm

质量损失率/% 10

柔韧性 无破裂或裂纹

体积膨胀率/% — 525

低温柔韧性 浸泡烃类后半径0.125in的圆柱180°弯曲无裂纹 目视无破裂或裂纹无失黏现象

拉伸强度和伸长率 浸泡烃类后拉伸强度≥200psi,断裂伸长≥150%

浸泡120±5 下 ASTM D471液体 168±2h,拉伸强度≥100psi,断裂伸长率≥150%

标准固化:1724kPa,250%

标准固化后2h182℃ :1035kPa,250%

标准固化后 AMS2629,TypeI1260℃ +6h71℃ +6h 82℃ :862kPa,100%

标准固化后 AMS2629,TypeI12 60℃ +60h71 ℃ +

6h82℃ +24h49℃ +标准热循环:862kPa,25%标准固化标准热循环:689kPa,50%

标准固化+48h60℃ MIL-PRF-83282:862kPa,100%标准固化+72h标准条件 AMS3021:862kPa,100%

标准固化+72h标准条件 AMS3020:862kPa,100%

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化 工 新 型 材 料 第48

续表

技术指标 某飞机制造商标准 SAE AMS3277

应力银纹化 塑料板无裂纹断裂或变色

耐烃类盐水腐蚀性 无明显降解腐蚀

收缩率 线性收缩率≤1.0% ;a.起始固化后终止:720±8h加速

老化8.2.19);b.起始固化后终止:60天标准环境

剥离强度 ≥20pounds/inch;95% 内聚破坏 ≥3500N/m;100% 内聚破坏可修复性 同种胶20pounds/inch;95% 内聚破坏 ≥1750N/m;100% 内聚破坏挤出时间 挤出时间6h的最大密封胶厚度为0.004inch —

加速储存稳定性 基料黏度固化剂黏度活性期不黏期标准固化时间剥离强度同上述指标

长期储存稳定性 个月后基料黏度固化剂黏度不挥发物含量流淌性活性期不黏期标准固化时间同上活性期不黏期标准固化时间剥离强度同上

2.2 有机硅密封胶

2.2.1 通用型有机硅密封胶(非耐燃油)

通用型密封胶主要用在客舱内部密封粘接用长期使用温度是-54232℃,不可在有燃油的部位使用是 非耐燃油型的室温硫化密封胶但 能耐

SAE AS1241 磷酸酯型阻燃液压油通用型有机硅 密 封 胶 满 足 的 技 术 规 范 是 SAE AMS 3378

Sealant,Silicone,Two-Part,GeneralPurposeRoom

TemperatureVulcanizingNon-FuelResistant(通用型室温硫化双组分有机硅密封胶非耐燃油型[13]

2.2.2 防火墙密封胶

防火墙密封胶用于密封飞机防火墙结构防止空气蒸汽火焰等通过防火墙结构长期使用温度是

-54204℃,同时要求耐1093℃ 的瞬燃温度能够按照SAEAMS5127/2进行耐火试验是飞机密封材料中耐火性能等级最高的一种防火墙密封胶满足的技术规范是SAE AMS3374SealingCompoundAircraft

Firewall,Silicone(飞机防火墙有机硅密封化合物[14]以上两种是最典型的有机硅密封胶[15]其具体

技术要求见表4。

表4 通用型和防火墙有机硅密封胶技术要求

技术指标

SAE AMS3378

SAE AMS3374,Type2

不挥发物含量/%

95

97

流动性/inch

0.75

0.5

适用期

初始挤出量≥15g/min

初始挤出量≥25g/min,4h

不黏期/h

24

24

固化时间/h(硬度40A)

48

48(硬度30A)

比重

1.50

1.6

耐热破裂

不能起泡或膨胀69kPa压力下形变≤0.125inch

不能起泡或膨胀形变≤0.125inch

水解稳定性

硬度变化≤5A

耐油

无失黏软化起泡或回缩

低温柔韧性

目视无破裂或裂纹无失黏现象

目视无破裂或裂纹无失黏现象

耐烃类盐水腐蚀性

基材无明显腐蚀密封胶无明显降解

耐火性

无火焰穿透

剪切强度

150psi;85% 内聚破坏

剥离强度

10pounds/inch

耐水性

4pounds/inch,100% 内聚破坏

耐热性

2pounds/inch,100% 内聚破坏

可修复性

10pounds/inch

加速储存稳定性

流动性适用期不黏期固化期不变

适用期不黏期固化期剥离强度不变

混合冷冻稳定性

流动性适用期不黏期固化期不变

长期储存稳定性

适用期不黏期固化期剥离强度不变

期 叶李薇等航空双组分密封胶适航与验证技术研究

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3 结语与建议

密封胶是民用飞机重要的组成材料之一当飞机在高空低温飞行时发挥着防油防水防空气等密封功能上述列举了民用航空飞机中使用量较大的几种密封胶通过详细解读航空双组分密封胶的常用验证方法及典型密封胶的关键参数要求指导国内相关产业供应商进行产品研发匹配国产大飞机的需求同时契合国家自主知识产权的发展战略打破国外PPG、Dow Corning、Chemetall等公司的垄断地位刺激国内航空化工新兴产业的发展

目前如何按照国际标准完成适航验证是实现国产化的关键步骤此外为了进一步促进航空密封胶的研究和产业化进程我国应积极开展相关标准体系的研究并制定我国关于航空密封胶的技术标准民航飞机主制造商通常按照相关指标进行质量控制制定出我国标准是为将来规范产品市场做好技术储备航空化工产业界只有提供直接满足国内外航空标准的对应产品才能早日实现大飞机材料国产化的伟大目标

参考文献

[1] 刘星北王慧珊章谏正国内外航空聚硫密封剂产品概况

[J].粘接,2015(3):83-87.

[2] 刘嘉苏正涛航空橡胶与密封材料[M].北京国防工业出版社,2014,2-8.

[3] 李锦聚硫代醚聚合物的研究进展[J].弹性体,2015,25(5):

85-87.

[4] SAEInternational.SAE AS 5127/1C,Aviationtwo-compo- nentsealanttestmethods[S].USA:SAEInternational,2014: 7-43.

[5] SAEInternational.SAE AS5127/2B,test methodforaero- spacefirewallsealantflamepenetration[S].USA:SAEInter- national,2014:2-8.

[6] 宋英红杨亚飞吴松华航空聚硫密封剂的发展现状分析[J].

中国胶粘剂,2013,22(2):49-52.

[7] 张宪武赫萍石阳秋改性聚硫橡胶合成研究[J].弹性体

1999,9(1):19-23.

[8] 曹守德蔺艳琴潘广萍氨基树脂在改性聚硫密封剂中的应用研究[J].航空材料学报,2013,23(增刊):159-161.

[9] SAE International.SAE AMS-S-8802D,sealing compound, temperatureresistant,integralfueltanksandfuelcellcavi- ties,highadhesion[S].USA:SAEInternational,2015:4-7.

[10] SAEInternational.SAE AMS3281E,sealingcompound,poly- sulfide (T)syntheticrubberforintegralfueltankandfuel cellcavitieslowdensityforintermittentuseto360(182℃)

[S].USA:SAEInternational,2010:4-7.

[11] SAEInternational.SAE AMS3284C,sealingcompound,low adhesion,forremovablepanelsandfueltankinspectionplates

[S].USA:SAEInternational,2017:4-5.

[12] SAEInternational.SAEAMS3277G,sealingcompound,poly- thioetherrubberfastcuringforintegralfueltanksandgeneral purpose,intermittentuseto360 (182℃)[S].USA:SAE

International,2012:5-9.

[13] SAEInternational.SAE AMS 3378B,sealant,silicone,two- part,generalpurposeroom temperaturevulcanizingnon-fuel resistant[S].USA:SAEInternational,2012:3-6.

[14] SAEInternational.SAE AMS3374F,sealingcompoundair- craftfirewall,silicone[S].USA:SAE International,2019: 3-4.

[15] 范召东孙全吉黄艳华有机硅材料在航空工业的应用

[J].有机硅材料,2015,29(6):491-498.

收稿日期:2019-11-05修回日期:2020-05-03

檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨

(上接第237页)

等壁厚的 CFRP 机械臂铺层以0°为主,90°

±45°为辅相比于等壁厚铝合金材质机械臂可减重

89.4%。变壁厚 CFRP 机械臂针对不同区域铺层的进一步优化重量相比等壁厚 CFRP 机械臂降低了14.3%,相比于等壁厚铝合金材质的机械臂重量降低了90.9%。

CFRP 机械臂在二段和第三段界面过渡区域容

易产生应力集中同时变壁厚 CFRP 机械臂在铺层过渡区域也容易产生应力集中这需要在实际生产和使用过程中加以注意

参考文献

[1] 田龙飞工业机器人用碳纤维复合材料上臂的设计[D].北京中国科学院大学,2014:13-14.

[2] 张林文.“工业4.0”与复合材料工业发展——— 一个复合材料行业工作者的梦想[J].玻璃钢复合材料,2015,(8):93-95.

[3] 杜善义先进复合材料与航空航天[J].复合材料学报,2007,24

(1):1-12.

[4] 陈丰碳纤维复合材料机械臂设计[J].郑州工学院学报,1992,

13(4):95-99.

收稿日期:2019-03-19修回日期:2020-04-28


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