劉朝妮，宋英紅，楊貴強(qiáng)，丁 爍

（1中國(guó)商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210；2中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095）

飛機(jī)服役過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)油箱密封修補(bǔ)情況[1-2]，因此，密封劑材料的修補(bǔ)性是其應(yīng)用性能的重要部分。對(duì)密封劑材料修補(bǔ)性能評(píng)價(jià)，需綜合考慮材料的應(yīng)用環(huán)境，全面評(píng)價(jià)材料的粘接性能和耐介質(zhì)性能，以及材料自身被修補(bǔ)性能和對(duì)其他材料的修補(bǔ)性等等。在大多數(shù)材料標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)密封劑材料的修補(bǔ)性要求一般為密封劑與密封劑的粘接性能[3-5]，但僅此一項(xiàng)，不足以反映密封劑實(shí)際修補(bǔ)情況。

本文基于油箱修補(bǔ)工況，從密封修補(bǔ)功能的性能關(guān)聯(lián)分析，研究了待修補(bǔ)涂層老化、密封劑老化對(duì)其修補(bǔ)性能影響，進(jìn)一步分析密封劑的粘接性能和耐介質(zhì)性能對(duì)修補(bǔ)性的影響，為密封劑修補(bǔ)性能表征和選材應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

密封劑A，低密度改性聚硫密封劑，北京航空材料研究院股份有限公司；454-4-1/CA-109/TL-52環(huán)氧底漆，諾貝爾；3號(hào)噴氣燃料，大慶石化公司煉油廠；氯化鈉，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

M115老化試驗(yàn)箱，德國(guó)賓得；Instron 3366高低溫電子拉力試驗(yàn)機(jī)，Instron公司；Quanta 600型環(huán)境掃描電鏡（ESEM），美國(guó)FEI公司；MicroMR-CL-I型橡膠交聯(lián)密度測(cè)定儀，蘇州（上海）紐邁電子科技有限公司；邵爾A型硬度計(jì)，上海六菱儀器廠。

1.3 測(cè)試與表征

（1）密封劑與涂層粘接性能：根據(jù)油箱工況，在涂有環(huán)氧底漆的69.8mm×152mm×1.02mm標(biāo)準(zhǔn)試片上，設(shè)計(jì)涂層老化典型試驗(yàn)件，如圖1所示。對(duì)涂層進(jìn)行60℃×30d噴氣燃料老化后，冷卻至標(biāo)準(zhǔn)條件（23±2 ℃,50%±10% RH）取出試片，并在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置2d后除去保護(hù)密封劑，與未老化的環(huán)氧底漆試片，按AS5127/1進(jìn)行剝離強(qiáng)度試驗(yàn)件的制備和測(cè)試。

圖1 涂層老化試驗(yàn)件Fig.1 Aging specimen of coating

（2）密封劑與密封劑粘接性能：按AS5127/1修補(bǔ)性試驗(yàn)方法，進(jìn)行密封劑A與自身及其他兩種同類密封劑的修補(bǔ)試驗(yàn)件制備和測(cè)試，待修補(bǔ)密封劑條件包括密封劑標(biāo)準(zhǔn)硫化和密封劑在3號(hào)噴氣燃料60℃×3d→49℃×3d空氣干燥→121℃×7d空氣老化后兩種。

（3）密封劑粘接性能：按AS5127/1剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法進(jìn)行。

（4）密封劑拉伸性能：按AS5127/1拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率試驗(yàn)方法進(jìn)行。

（5）密封劑硬度：按ASTM D2240測(cè)試Shore A型硬度。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層噴氣燃料老化對(duì)密封劑修補(bǔ)性能影響

對(duì)噴氣燃料老化前后的涂層進(jìn)行密封劑的粘接性能試驗(yàn)，剝離強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可見(jiàn)，涂層的噴氣燃料老化對(duì)聚硫密封劑在涂層上的修補(bǔ)性能影響不大，表現(xiàn)為涂層上有無(wú)密封劑保護(hù)、涂層是否進(jìn)行噴氣燃料老化，密封劑在涂層上的粘接剝離強(qiáng)度變化不大，且內(nèi)聚破壞率均為100%。

圖2 涂層老化對(duì)密封劑修補(bǔ)性能影響Fig.2 Effects of coating aging on sealant repairing performance

圖3為噴氣燃料老化前后涂層的掃描電鏡照片，對(duì)比圖3(a)、3(b)可見(jiàn)，噴氣燃料老化前后涂層的表面形貌和粗糙程度無(wú)明顯變化。

圖3 涂層耐油前后掃描電鏡照片F(xiàn)ig.3 SEM images of coating before and after jet fuel aging

因此，經(jīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)和對(duì)比，涂層經(jīng)噴氣燃料老化后，噴氣燃料對(duì)涂層無(wú)明顯影響，經(jīng)正常清潔程序除去表面殘余噴氣燃料后，不影響其表面密封劑的修補(bǔ)性能。反應(yīng)于日常飛機(jī)油箱維修過(guò)程中，耐油后的漆層表面，可同樣實(shí)現(xiàn)密封修補(bǔ)。

2.2 待修補(bǔ)密封劑老化對(duì)其表面修補(bǔ)性能影響

模擬飛機(jī)油箱密封劑老化情況，考查密封劑先后經(jīng)噴氣燃料、熱空氣老化后，密封劑A對(duì)不同密封劑修補(bǔ)性能的變化，結(jié)果如圖4所示。

圖4 待修補(bǔ)密封劑老化前后修補(bǔ)剝離強(qiáng)度Fig.4 Repairing peel strength of the repaired sealant before and after aging

由圖4可知，同樣用密封劑A進(jìn)行修補(bǔ)，同樣為100%內(nèi)聚破壞率，老化前后不同密封劑待修補(bǔ)性表現(xiàn)不同。密封劑A進(jìn)行自我修補(bǔ)時(shí)，密封劑老化前后修補(bǔ)剝離強(qiáng)度差別不大；而密封劑A修補(bǔ)其他密封劑時(shí)，老化前后修補(bǔ)剝離強(qiáng)度變化明顯，表現(xiàn)為密封劑A + 密封劑1老化后修補(bǔ)剝離強(qiáng)度變大，密封劑A + 密封劑2老化后修補(bǔ)剝離強(qiáng)度變小。

進(jìn)一步對(duì)三種密封劑的力學(xué)性能和老化性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)密封劑的力學(xué)性能和老化性能Table 1 Mechanical and aging properties of the sealants for test

由表1可見(jiàn)，密封劑A、密封劑1、密封劑2在剝離強(qiáng)度、拉伸性能和老化性能方面有較大差別，進(jìn)而影響其修補(bǔ)性能。密封劑1剝離強(qiáng)度、拉伸性能均低于密封劑A，密封劑A對(duì)其常溫修補(bǔ)后，破壞發(fā)生在密封劑1層內(nèi)，而其常溫修補(bǔ)剝離強(qiáng)度略高于密封劑1的剝離強(qiáng)度，這主要是由于密封劑修補(bǔ)性試驗(yàn)件厚度大于剝離強(qiáng)度試驗(yàn)件造成；密封劑2剝離強(qiáng)度、拉伸性能高于密封劑A，密封劑A對(duì)其常溫修補(bǔ)后，破壞發(fā)生在密封劑A層內(nèi)，其常溫修補(bǔ)性接近密封劑A的剝離強(qiáng)度。而分析三種密封劑的老化特性可知，密封劑A和密封劑1老化后，拉伸強(qiáng)度增大，而拉斷伸長(zhǎng)率降低，通過(guò)密封劑硬度和交聯(lián)密度可進(jìn)一步證實(shí)密封劑交聯(lián)密度變大、硬度變大。此時(shí)，待修補(bǔ)層硬度明顯高于修補(bǔ)層密封劑，破壞發(fā)生在上層的密封劑A。而密封劑2老化后，拉伸強(qiáng)度降低，拉斷伸長(zhǎng)率增大，密封劑硬度降低，交聯(lián)密度變小，導(dǎo)致修補(bǔ)層密封劑強(qiáng)度和硬度均高于待修補(bǔ)層，破壞則發(fā)生在底層待修補(bǔ)密封劑。

因此，待修補(bǔ)密封劑的老化行為對(duì)其表面修補(bǔ)性有較大影響，當(dāng)待修補(bǔ)密封劑老化性能良好，未出現(xiàn)交聯(lián)密度降低、硬度降低等降解跡象時(shí)，對(duì)其修補(bǔ)后，破壞一般發(fā)生在表層修補(bǔ)密封劑，可實(shí)現(xiàn)密封修補(bǔ)。而當(dāng)密封劑出現(xiàn)交聯(lián)密度降低、硬度降低等降解跡象時(shí)，直接修補(bǔ)將導(dǎo)致破壞仍發(fā)生在待修補(bǔ)層，修補(bǔ)不具意義。因此，在實(shí)際飛機(jī)油箱修補(bǔ)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)密封劑出現(xiàn)明顯變軟或表面發(fā)粘等現(xiàn)象，應(yīng)徹底清除后進(jìn)行修補(bǔ)。

3 結(jié)論

（1）油箱密封劑的修補(bǔ)性評(píng)價(jià)，需綜合考慮密封劑對(duì)噴氣燃料老化前后涂層和密封劑的修補(bǔ)情況。

（2）設(shè)計(jì)的涂層老化典型試驗(yàn)件和條件，代表了油箱典型的修補(bǔ)工況，研究結(jié)果表明，密封劑對(duì)涂層的粘接性能可表征密封劑對(duì)油箱涂層的修補(bǔ)性。

（3）密封劑對(duì)密封劑的修補(bǔ)性，受修補(bǔ)和待修補(bǔ)密封劑的粘接性能、強(qiáng)度和耐老化性能影響。標(biāo)準(zhǔn)硫化密封劑的修補(bǔ)，破壞一般發(fā)生在強(qiáng)度較低的密封劑層；而老化后的密封劑，其修補(bǔ)后的破壞與密封劑的耐老化性能直接相關(guān)。

（4）密封劑A 低密度改性聚硫密封劑具有良好的修補(bǔ)性。