郑付来（北京航空材料研究院）
摘要：简要介绍我国航空密封剂技术状况，分析航空密封剂技术标准现状及存在的问题，提出了航空密封剂技术标准的初步发展设想。
关键词：航空密封剂 标准 现状 发展设想
Current Situation and Development Plan on Standards for Domestic Aeronautical Sealant Zheng Fulai (Beijing Institute of Aeronautical Materials）
Abstract: The development of technology for domestic aeronautical sealant is analyzed. The current situation and problems of the standards for aeronautical sealant are discovered, and the fundamental development plan of standards for aeronautical sealant is proposed.
Key words: aeronautical sealant, standards, current situation, development plan
1 航空密封剂发展现状
密封剂是用来填充空隙(空洞、接缝)的材料。密封剂在使用时是一种流动的或可挤注不定型的材料，能嵌填封闭接缝，能依靠干燥、温度变化、溶剂挥发和化学交联等过程达到与基材稳定的粘接，并逐渐定型为塑性固态或弹性，起防水、密封、减震、防腐等作用的密封材料[1]。
航空密封剂主要用于飞机结构的密封、舱体结构的密封、整体油箱的密封以及其他部件、组件和机载设备的密封，同时也用于为了防止燃油、空气、水等介质的泄漏和防潮、隔热、绝缘、防腐蚀飞机结构的密封。从航空密封剂材料组成进行分类，主要分为聚硫密封剂、有机硅密封剂、聚氨酯密封剂（三大弹性体密封剂）等，广泛应用于飞机的整体油箱、座舱、机身表面、口盖、电气系统、仪器仪表等部位。
1.1 聚硫密封剂
聚硫密封剂是以液体聚硫橡胶为基体，可在室温条件下通过硫化作用，成为具有良好粘接力的弹性密封材料。由于液体聚硫橡胶具有特殊的分子结构，故聚硫密封剂既具有较宽的使用温度范围，又对多种材料表面(如铝合金、结构钢、钛合金、有机涂料和玻璃等)具有可靠的粘接性能[2-4]。因此，聚硫密封剂已被广泛用于飞机整体油箱、座舱、风挡和机身机翼结构的密封，并且在航空用密封剂中占据主导地位[5]。 航空工业的不断发展，尤其是先进航空器的不断开发，对航空聚硫密封剂的性能要求也越来越高，由
此也带动了航空聚硫密封剂的飞速发展[6]。
国内聚硫航空密封剂主要生产单位为北京航空材料研究院，在过去的60多年中研制了数十种密封剂，从XM系列到HM系列，性能进一步完善，种类进一步扩充，形成了3个代次的航空聚硫密封剂，第一代以XMl5、XM22和XM28等为代表的国内航空聚硫密封剂，其突出特点是力学性能优异，但工艺性能较差；第二代是在聚硫密封剂耐高温改性技术基础上发展起来的双组分密封剂[7]，其长期使用温度为-55℃~120℃，短期可在150℃时使用；第三代是以改性液体聚硫橡胶为基体，衍生出多种功能型聚硫密封剂，其长期使用温度为-55℃~120℃，短期可在180℃时使用。与国外航空聚硫密封剂进行对比，国内在技术水平上基本达到国外同类产品水平，但是国内研发的航空聚硫密封剂大多伴随着型号需求而研制，形成了整体油箱密封剂、防腐蚀
密封剂以及口盖用密封剂等产品，具有较好的稳定性，但是品种较为单一、系列化不够。
1.2 有机硅密封剂
有机硅密封剂的主要成分通常是以硅羟基作为端基的聚二甲基硅氧烷，并以金属氧化物或白炭黑、碳酸钙等为填料、多官能团硅烷为交联剂、有机金属盐为催化剂共混制得[8]。有机硅密封剂是一类室温硫化硅橡胶产品，其主要特点是硫化时不放热、不吸热、不膨胀、收缩性小、硫化反应可在内部和表面同时进行并可进行深层硫化[9]，具有优良的热稳定性、电绝缘性、耐候性、耐臭氧和透气性，广泛
应用在航空航天、电子电器、建筑及汽车等工业部门。
航空用有机硅密封剂按产品的包装可分为单组分和双组分，单组分按硫化剂的不同主要有脱酮肟型、脱醇型、脱酸型，而双组分则以脱醇型为主。有机硅密封剂的主要缺点是交联反应的不足，主要表现如下：
（1）脱酮肟型有机硅密封剂使用甲基三丁酮肟基硅烷作为交联剂时，其初始硫化过程是塑性状态，该种状态下易受基材的震动收缩影响而开裂；脱酮肟型有机硅密封剂活性较低，与各基材的黏结强度较低，从而限制了它的发展[10]。
（2）脱醇型有机硅密封剂存在的主要问题是稳定性，因为胶料中游离醇的存在，在催化剂的作用下会与聚硅氧烷产生交联平衡，发生无功能交联反应，影响胶料的性能[11]。
（3）脱酸型有机硅密封剂中常用的甲基三乙氧基硅烷，其熔点仅为41.4℃，胶料存储过程中易析出，其硫化过程中会产生具有较大味道且对金属材料有腐蚀性的副产物[12]。
随着社会工业化的发展，有机硅密封剂向着高性能、多功能和复合化的方向发展。功能的细化对密封剂的要求越来越高，只有在上述不足之处开展纵深研究才能更广泛地扩大有机硅密封剂的应用领域。
1.3 聚氨酯密封剂
由于聚氨酯密封剂具有良好的高弹性、耐低温性、耐磨性、力学性能和黏附性能等优点，故其在航空、航天、船舶、建筑、客运列车、汽车和海洋工程等领域中得到广泛应用[13]。与其他几类弹性密封剂相比，聚氨酯密封剂综合性能较好，并且价格适中[14-15]。
聚氨酯密封剂的不足之处在于固化时释放出二氧化碳使胶层产生气孔，固化速度较慢且耐湿热和耐老化性差，长期储存稳定性不好。因此，必须对原材料和填料进行干燥处理，以降低体系中水分含量。另外，通过调整聚氨酯预聚体的分子结构、添加潜伏性固化剂、设计合理的―NCO含量和使用复合催化剂调整固化速率等，均可有效控制聚氨酯产生气泡，从而达到改善其储存稳定性的目的。通过端硅烷基与端―NCO基PU预聚体反应，使端―NCO基聚氨酯预聚体变成端硅烷基聚氨酯预聚体。也可通过含―NCO基的硅烷与端―OH基聚氨酯预聚体进行加成反应，使之成为端硅烷基聚氨酯预聚体。端硅烷基聚氨酯密封剂在性能上综合了聚氨酯和硅酮密封剂的优点，具有良好的应用前景。
随着新一代武器装备对密封剂的迫切需求，近些年密封剂的发展非常迅速，但是密封剂技术标准却未获得重视，发展不明显。
2 航空密封剂标准现状
国内航空密封剂技术标准主要分为材料标准、工艺标准和相关密封剂性能试验方法标准。国内航空密封剂行业及以上相关标准主要以国家军用标准和航空行业标准为主，并且数量较少，只有材料标准和 试验方法标准，无工艺标准；其他国内标准就是各企业编制的大量企业标准。
2.1 国家军用标准
（1）材料标准
目前国家军用标准中航空密封剂材料标准共有4项，具体标准名称和编号见表1，4项材料标准均存在不同程度的问题，不适用于目前密封剂的验收使用。
表1 航空密封剂材料国家军用标准
序号标准编号标准名称
1GJB 2013—1994
整体油箱沟槽注射用不硫
化硅密封剂规范
2GJB 2617—1996耐烧蚀硅橡胶密封剂规范网约车系统
3GJB 3581—1999
飞机整体油箱快速修补密
封剂规范
4GJB 5444—2005
室温硫化单组份有机硅密
封剂规范
GJB 2013—1994《整体油箱沟槽注射用不硫化硅密封剂规范》是目前国内唯一针对飞机整体油箱沟槽密封注射用不硫化氟硅密封剂制定的国家军用标准，国内没有类似的其他标准，其在军工行业不硫化氟硅密封剂生产、验收中发挥了重要的作用。但是随着时间的推移，在新型战斗机、舰载机等新型号和其他军工行业型号研制需求的推动下，该标准因制定较早，存在较多问题，如部分测试方法照搬美军标，标准中部分试验材料已经停用，部分性能指标偏低等，以致该标准无法实施或实施困难，已经不能完全满足当前整体油箱沟槽密封注射用不硫化氟硅密封剂质量控制的要求。具体如下： 1）该标准是通用规范，不包含具体的材料牌号，不利于设计选材和产品验收的使用，同时整体油箱沟槽注射用密封剂选用的是氟硅密封剂，而标准名称为《整体油箱沟槽注射用不硫化硅密封剂规范》，与“整体油箱沟槽注射用不硫化氟硅密封剂”材料属性不一致。
2）测试方法所用设备和操作复杂，导致测试困难。如“挤出力”项目测试所需设备复杂，操作困难，操作效率低下，需定做相应的测试设备。
3）无法满足新的使用需求。舰载飞机使用RP-5高闪点喷气燃料，因该标准制定时国内没有舰载飞机，因此，没有将舰载飞机用RP-5高闪点喷气燃料规范纳入标准中。
4）部分性能指标偏低，无法满足新型号的研制需求。如根据我国JH7和J10飞机设计要求，整体油箱沟槽注射用不硫化氟硅密封剂对注射工艺性和间隙滞留性两项性能提出了更高要求。
5）该标准中有错误，使得标准的执行产生困难。如该标准中的“3.5 不挥发物含量”中指标表述有错误；该标准中需进行耐1号喷气燃料和2号喷气燃料试验，而现在1号喷气燃料和2号喷气燃料已停止使用，无法进行试验。
GJB 2617—1996《耐烧蚀硅橡胶密封剂规范》和GJB 3581—1999《飞机整体油箱快速修补密封剂规范》都是通用规范，不包含具体的材料牌号，不利于设计选材和产品验收的使用。
GJB 5444—2005《室温硫化单组份有机硅密封剂规范》在技术内容上仅规定了GD-803、GD-808、GD-818、GD-862、HM304五种牌号密封剂的相关内容，随着室温硫化单组分有机硅密封剂的发展，新增了HM319、HM387、HM333、HM373等牌号室温硫化单组分有机硅密封剂，并且新增了绝缘强度、介电常数等性能要求。
（2）工艺标准
眼模此类标准缺失，无国家军用标准可供使用。
（3）试验方法标准
目前国家军用标准中航空密封剂试验方法标准仅有1项，是针对不硫化橡胶密封剂制定的试验方法标准，其包含了9个部分，具体见表2。
2.2 行业标准
（1）材料标准
行业标准中航空密封剂材料标准共有8项，具体见表3。
序号标准编号标准名称
1GJB 785.1—1989不硫化橡胶密封剂性能试验方法 总则
2GJB 785.2—1989不硫化橡胶密封剂性能试验方法 密度试验
3GJB 785.3—1989不硫化橡胶密封剂性能试验方法 针入度、锥入度试验4GJB 785.4—1989不硫化橡胶密封剂性能试验方法 不挥发物含量试验5GJB 785.5—1989不硫化橡胶密封剂性能试验方法 耐燃油试验
6GJB 785.6—1989不硫化橡胶密封剂性能试验方法 粘附性试验
7GJB 785.7—1989不硫化橡胶密封剂性能试验方法 腐蚀性试验
8GJB 785.8—1989不硫化橡胶密封剂性能试验方法 低温柔曲性试验
9GJB 785.9—1989不硫化橡胶密封剂性能试验方法 流动性试验
表2 航空密封剂试验方法国家军用标准
HB 5288—1997《XM15室温硫化聚硫密封剂》、HB 5289—1997《XM16室温硫化聚硫密封剂》、HB 5359—1986《XM28室温硫化聚硫密封剂》、HB 7397—1996《XM22室温硫化聚硫密封剂》，是针对具体牌号的密封剂制定的验收标准，主要是根据历年生产的XM15、XM16、XM28、XM22室温硫化聚硫密封剂的大量出入厂检验数据统计的综合水平而定，试验方法大都采用了国内标准，方法简明、统一，易于执行，但是随着室温硫化聚硫密封剂的发展，对室温硫化聚硫密封剂的性能指标提出了更多的要求，2004年发布了HB 7752—2004《航空用室温硫化聚硫密封剂规范》，代替了HB 5288—木盒制作
1997、HB 5289—1997、HB 5359—1986、HB 7397—1996，并增加了HM102、HM108、HM109三个牌号室温硫化聚硫密封剂相关内容，包含了XM15、XM16、XM22A、XM22B、XM22C、XM22D、XM28、HM109-1、HM102、HM108A、HM108B、HM109-2等12个牌号的聚硫密封剂，增加了XM15密封剂低温柔软性、热破裂性等指标要求，取消了XM22硫化膏黏度、XM22A 流淌性、XM28耐喷气燃料性能等要求。存在XM22B 密封剂的配比、HM109密封剂的活性期指标、XM22密封剂的贮存期错误等问题，需要对HB 7752—2004进行修订。
HB 5482—1991《飞机结构及增压舱用聚硫
密封剂通用规范》和HB 5483—1991《飞机整体油箱及燃油舱用聚硫密封剂通用规范》均为通用规范，主要参照了美国军用规范MIL-S-8802E—1984《整体油箱和燃料电池沟槽用耐高温高附着力密封剂》，但是该两项标准中不包含具体的材料牌号，不利于设计选材和产品验收的使用。同时我国的航空聚硫密封剂比较复杂，根据机型的不同，有参照俄罗斯标准，也有参照美国军用规范或宇航标准，这两项标准不能完全覆盖目前使用的航空聚硫密封剂。
HB 20077—2011《航空用氟硅类密封剂规范》在技术内容上仅规定了HM802、HM803、HM804、HM806、HM1001、XJ-56等牌号的氟硅密封剂相关内容，随着航空装备对氟硅密封剂的需求以及氟硅密封剂的发展，新增了HM805、HM809等航空用氟硅类密封剂，需要对HB 20077—2011进行修订，增加HM805、HM809等牌号的验收要求。
（2）工艺标准
电子政务信息平台此类标准缺失，无行业标准可供使用。（3）试验方法标准
目前航空行业标准中航空密封剂试验方法标准有17项，包含民机使用的密封剂自然老化试验方法1项，室温硫化密封剂理化、力学和工艺性能试验方法16项，具体见表4。
表3 航空密封剂材料行业标准
表4 航空密封剂试验方法行业标准
序号标准编号标准名称
1HB 5288—1997XM15室温硫化聚硫密封剂2HB 5289—1997XM16室温硫化聚硫密封剂3HB 5359—1986XM28室温硫化聚硫密封剂4HB 7397—1996XM22室温硫化聚硫密封剂
调盘
5HB 5482—1991飞机结构及增压舱用聚硫密封剂通用规范6HB 5483—1991飞机整体油箱及燃油舱用聚硫密封剂通用规范7HB 7752—2004航空用室温硫化聚硫密封剂规范8
HB 20077—2011
航空用氟硅类密封剂规范
序号标准编号标准名称
1HB 7400—1996民机增压舱模拟件密封剂自然老化试验方法2HB 6743—1993室温硫化密封剂不挥发份含量测定试验方法 3HB 6744—1993室温硫化密封剂低温挠曲试验方法4
HB 6745—1993
室温硫化密封剂热破裂试验方法
HB 7400—1996《民机增压舱模拟件密封剂自然老化试验方法》是以“民机增压舱模拟件自然老化试验方法研究”和“密封剂自然老化性能研究”的研究成果及近20年经验积累为基础制定的。
航空用室温硫化密封剂的理化、力学性能试验方法分别为HB 6743—1993、HB 6744—1993、HB 6745—1993、HB 5246—1993、HB 5247—1993、HB 5274—1993、HB 5273—1993、HB 5272—1993、HB 5248—1993、HB 5249—1993、HB 5250—1993，其等效采用美国军用规范或根据实际经验积累制定而成，方法简明、统一。
航空用室温硫化密封剂的工艺性能是密封剂最基本的性能，包括密封剂的活性期、不粘期、硫化期、
施工期、流淌性，它们决定了密封剂的使用部位、使用方法，也确定了其施工时间、工序衔接时间及工件投入使用的时间等重要阶段。工艺性能好坏决定了密封剂在使用中能否达到理想的力学性能、耐介质性能，决定了各型号飞机整体油箱、座舱、机身表面、口盖、电气系统、仪器仪表等部位的防腐蚀密封效果。目前室温硫化密封剂工艺性能的试验方法有HB 5241—1993《室温硫化密封剂活性期试验方法》、HB 5242—1993《室温硫化密封剂不粘期试验方法》、HB 5243—1993《室温硫化密封剂流淌
性试验方法》、HB 5244—1993《室温硫化密封剂硫化期试验方法》、HB 5245—1993《室温硫化密封剂施工期试验方法》五项标准，但是都存在部分的问题，需要进行修订。
HB 5241—1993中规定的稠度法测试活性期的方法，不适用于黏度小的刷涂类密封剂，不利于现场施工环境下测试。目前现场及试验室经常采用手挑法、黏度法和挤出法确定活性期，为了适应现场施工需求，及与国外密封剂标准接轨，有必要对HB 5241—1993进行修订。
HB 5242—1993中测试密封剂不粘聚乙烯薄膜的最短时间，试验周期长，试验结果误差较大。AS 5127《航空密封剂试验方法》采用的是规定不粘期时间点观察聚乙烯薄膜与密封剂的粘接状态，方法简单，便于操作。因此，建议修订该标准，增加AS 5127中的方法。
HB 5243—1993规定的试验方法仅适用于刮涂型或注型密封剂，不适用于装配型密封剂，而且间隔
流淌性在密封剂的实际使用中很少应用，其概念与AS 5127的规定有所不同，建议修订该标准，间隔流淌性测试参照AS 5127中的方法。
HB 5244—1993中的试验周期长，测试方法复杂，由于取值不同，测试结果也有差异。硫化期不续表4
序号标准编号标准名称
5HB 5246—1993室温硫化密封剂标准试片制备方法（模压法）6HB 5247—1993室温硫化密封剂热空气加速老化试验方法
7HB 5274—1993室温硫化密封剂低温柔软性试验方法
8HB 5273—1993室温硫化密封剂腐蚀性试验方法
9HB 5272—1993室温硫化密封剂耐液体试验方法
10HB 5248—1993室温硫化密封剂“T”形剥离强度试验方法11HB 5249—1993室温硫化密封剂180°剥离强度试验方法
12HB 5250—1993室温硫化密封剂剪切强度试验方法
13HB 5241—1993室温硫化密封剂活性期试验方法（稠度法）14HB 5242—1993室温硫化密封剂不粘期试验方法朱晓驰
15HB 5243—1993室温硫化密封剂流淌性试验方法
16HB 5244—1993室温硫化密封剂硫化期试验方法
17HB 5245—1993室温硫化密封剂施工期试验方法
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