一、O型圈的应力松弛试验

 我们可以知道,橡胶这类粘弹性材料应力松弛现象特别显著。用于航空发动机上的一个O型橡胶密封圈,若在使用过程中没有好的应力松弛系数,当发动机工作一定时间后,还没有达到发动机的大修期,则由于应力松弛而失去了弹性,即原来靠O型圈压缩式的弹性变形的里逐渐消失。甚至累垮,这是它完全丧失了密封性,造成泄漏。美国航天飞机因一个小小的O型圈造成机毁人亡、损失十几亿美元且航天飞机发射极化因此而推迟的重大事故,现在人们还记忆犹新。

橡胶的应力松弛产生的机理可分为两部分:一部分是由于橡胶分子运动滞后于应力而产生的,这种松弛为物理松弛;另一部分是由于它在应力作用下分子链断裂、交联密度下降而引起的松弛,成为化学松弛。在室温下,除非时间很长,化学松弛很小。但在实际应用中,两种松弛往往交织在一起。在O型圈使用时,由于温度高、应力作用以及其他的一些因素造成性能下降,则主要由化学应力松弛造成。试验中测定的压缩应力松弛主要由化学松弛引起。

二、飞机专用O型圈的耐低温性能介绍

飞机在冬季停放在我国较北的机场上,其室外温度可达-40℃,当飞机起飞后,爬升到10km高空,周围的环境温度高达-50℃,在11000m~25000m高空达-56.5℃。橡胶与其他高分子材料一样,当所受外力一定时,在不同温度下将呈现3种力学状态,即玻璃态、高弹态与黏流态。硫化后的橡胶由于分子的交联,黏流态丧失,但仍在一定的温度范围内处于高弹态,具有良好的弹性与其他性能。只有橡胶具有高弹性,因此他成为航空工业中一种不可缺少和不可取代的材料。交联后的橡胶分子同样具有柔顺的分子链,因此分子链的内旋转转作用,他的某些链段可产生位移,因而其分子形状可发生变化,如拉成直线或卷曲。但是,当温度降低时,分子链的运动越来越困难,使他的弹性减小,硬度增加,当达到一定温度(玻璃化温度)时,橡胶由高弹态变成玻璃态,弹性全部丧失,变成又硬又脆的物质,完全丧失了使用意义。就O型圈而言,他的密封性能是借助于它良好的弹性,在一定的紧固压力下,即长期处于压缩状态下,抵抗变形的弹性使它充填在结合面缝隙中而起密封作用。当温度降到一定值时,由于弹性丧失,产生泄漏。根据航空橡胶制品O型圈的使用性能要求,它在低温下分别承受拉伸、压缩、冲击、扭转、弯曲、剪切等应力要求。因此,了解硫化橡胶的力学性质随温度的变化关系对于加工与实际应用都十分重要。

三、航天专用硅橡胶O型圈使用寿命评估

    硅橡胶具有优异的耐高低温性能,广泛应用于各种航空产品,航空产品上O型圈由于其所用胶料不同、使用部位的重要程度不同,以及工作温度、工作介质工作压力等工况的不同,要对某一种型号的O型圈给出其寿命值(在规定的条件下O型圈装入产品使用丧失功能的日历持续时间)是相当困难的,所以至今国标、国军标及行业标准一般明确给出O型圈的储存期(O型圈自检验合格后,按规定包装、运输与存放,产品能够储存的日历持续时间。在此期间内,该O型圈启封使用能满足规定的要求),而均为对O型圈给出寿命指标。