航空航天密封剂——飞行安全与空间可靠性的防护屏障

航空航天领域密封剂的核心作用是防止流体泄漏、阻隔环境介质侵蚀，是保障飞行安全和航天器在轨可靠性的最后一道防护屏障。从飞机整体油箱的密封，到机身客舱的气密密封，再到航天器推进系统管路的密封，都离不开高性能密封剂的支撑，密封剂一旦失效，轻则导致燃油泄漏、客舱失压，重则引发机毁人亡的重大事故，或者导致航天器任务失败，因此航空航天密封剂对性能和可靠性的要求远高于普通工业密封剂，是体现特种化工材料技术水平的核心产品之一。

航空航天密封剂按照基体材料类型可以分为聚硫化物密封剂、聚氨酯密封剂、硅酮密封剂、氟橡胶密封剂等不同类型，不同类型的密封剂具有不同的性能特点，适合不同的应用场景。聚硫化物密封剂是目前航空领域应用最广泛的密封剂，尤其是整体油箱的密封，聚硫化物密封剂具有优异的耐航空燃油性能，长期浸泡在燃油中体积变化小，性能稳定，同时具有良好的低温韧性、粘结性和耐大气老化性能，而且可以在室温固化，施工方便，非常适合飞机整体油箱和座舱的密封，至今仍然是飞机油箱密封的首选材料。聚氨酯密封剂具有更好的力学性能和耐磨性，良好的耐油性能，主要用于飞机机身接缝密封、起落架部位密封等场景，部分新型飞机也开始用聚氨酯密封剂替代部分聚硫化物密封剂，减轻重量提高性能。硅酮密封剂具有优异的耐高低温性能，良好的耐老化性能，主要用于高温部位、电子元件密封和电绝缘密封，氟橡胶密封剂具有优异的耐腐蚀性和耐高温性能，主要用于发动机燃油系统和液压系统的密封，承受高温和腐蚀介质的考验。

飞机整体油箱密封是航空密封剂最具挑战性的应用场景，整体油箱是利用机身结构作为油箱壁，通过密封剂密封接缝实现储油，这种设计可以充分利用机身空间，减轻结构重量，是现代飞机普遍采用的油箱设计方案。整体油箱密封对密封剂的要求非常苛刻：首先，必须长期耐航空燃油浸泡，不溶胀、不降解、不软化，粘接界面不脱粘，保证燃油不泄漏；其次，密封剂需要承受飞机飞行过程中的交变载荷和机身变形，因此必须具有良好的韧性和抗疲劳性能，能够随机身变形而变形，不会开裂；第三，密封剂需要适应-50℃到100多度的温度变化，低温不脆裂，高温不流淌，性能稳定；第四，密封剂需要对铝合金、复合材料等油箱结构基材具有良好的附着力，不会出现界面脱粘，同时具有良好的耐湿热和耐盐雾性能，长期服役不会出现性能下降。我国C919大飞机在研制过程中，国内企业开发了新一代低温柔性聚硫化物油箱密封剂，经过十多年的研发和验证，最终满足了CCAR-25适航要求，实现了油箱密封剂的国产化，打破了国外企业几十年的垄断。

在航天领域，密封剂的作用同样非常关键，而且要求比航空领域更为严苛。航天器的推进系统储存着高压推进剂，推进剂一般具有强腐蚀性，因此需要密封剂对推进剂具有良好的相容性，长期接触不会腐蚀变质，保证推进系统不泄漏，航天器在轨运行时间长达十几年到几十年，因此要求密封剂长期在真空、辐照、高低温交变环境下性能稳定，不会出现老化失效。对于运载火箭上面级和航天器的舱体密封，要求密封剂满足极低的挥发物含量，不会在真空环境下释放有害气体，污染航天器的光学镜头和仪器设备，同时满足耐空间辐照要求，不会被空间高能粒子辐照老化降解。我国空间站在研制过程中，对舱体密封用的密封剂进行了严格的筛选和试验，国产密封剂通过了十几年寿命加速试验，满足了空间站长期在轨运行的要求，为空间站的安全运行提供了保障。

在发动机领域，密封剂主要用于结合面的密封，防止燃油、润滑油和液压油泄漏，发动机部位温度高，同时介质腐蚀性强，因此需要采用耐高温耐腐蚀的密封剂，一般采用氟橡胶或者改性硅酮密封剂，满足高温环境下的密封要求。对于高超音速飞行器的热防护结构密封，要求密封剂能够承受上千摄氏度的高温，同时满足耐烧蚀要求，因此一般采用改性酚醛基或者陶瓷基密封剂，在高温下形成致密的陶瓷层，实现密封，同时阻挡高温燃气入侵，保护内部结构。我国在高超音速飞行器研制过程中，开发了专用的耐高温耐烧蚀密封剂，解决了热防护结构的密封难题，满足了飞行器的试验要求。

密封剂的施工工艺性也是影响密封性能的重要因素，航空航天密封一般是大面积施工，要求密封剂具有合适的触变性，刮涂的时候粘度降低，容易施工，施工完成后粘度恢复，不会流淌，同时需要合适的固化时间，保证施工完成后能够在合理的时间内固化交付，满足生产节拍的要求。对于不同的环境温度，需要调整密封剂的固化体系，保证不同季节施工都能够获得稳定的固化性能。现代飞机制造采用了很多复合材料结构，因此密封剂需要和复合材料具有良好的相容性，不会溶胀复合材料的树脂基体，同时具有良好的粘接强度，保证界面不脱粘。

随着航空航天产业的发展，对密封剂的性能要求也在不断提高，未来航空航天密封剂的发展方向主要包括几个方面：一是进一步提高耐环境性能和使用寿命，满足大飞机30年服役寿命和航天器几十年在轨运行的要求；二是开发环保型密封剂，降低VOC含量，改善施工环境，满足绿色制造要求；三是针对新型复合材料和新型结构开发专用密封剂，满足新材料新技术的应用要求；四是开发功能性密封剂，比如导电密封剂、防火密封剂等，满足特殊场景的需求。目前我国已经基本实现了航空航天密封剂的国产化，部分产品已经达到了国际先进水平，满足了国内航空航天产业的需求，未来随着技术的不断进步，国产航空航天密封剂将会进一步提升性能，拓展应用领域，为我国航空航天产业的安全发展提供可靠的防护屏障。