航空波导密封结构的环境应力失效机理研讨.pdfVIP

第六届奎胃表面工程学术套议 兰，lI 2006年8月 航空波导密封结构的环境应力失效机理研究 肖军，陈建敏，周惠娣 中国科学院兰州化学物理研究所，兰州730000 摘要：一种超音速飞行器的波导密封结构由铝合空波导管，PTFE填块和馈电电缆组成，该波导 密封结构在环境条件试验中反复出现因漏气引起系统的高故障率．材料工艺攻关研究发现，环境变 化引起形变应力是导致该胶结密封接头失效的主要原因．文章讨论了航空波导结构密封失效的故障 机理，表面活性、胶层弹性模量、热膨胀，以及固环境交化产生应力等引起密封失效的有关因素． 由此提出改进对策． 关键词：应力，波导，航空密封，环境条件试验，材料工艺 l前言 材料工艺对于新型航空通讯系统波导结构的胶接密封十分重要。其胶接接头由铝合金波导管、 聚四氟乙烯(PTFE)填块、和馈电电缆组成。填块与波导窗口之间必须有效密封，以避免在高空、 低温低气压环境中超音速飞行时系统发生故障。此外，十年以上寿命周期内可靠性、安全性规定也 要求该结构具有良好的密封性。鉴于其重要性，以及填块聚四氟乙烯难粘结、粘结密封材料常年暴 露在外，除有严格的电性能要求外，还需要考虑在工作环境中的适用性和耐老化性能；使航空波导 密封结构成为该系统研制生产中一项技术难度较大的关键材料与工艺技术。由于该密封结构在环境 条件试验中(低温)反复出现因磊气引起的高达75％以上的故障率(出现漏气)，虽经修补、修补 件在经历一系列环境应力试验后又出现漏气故障，严重影响了新型航空产品工程化研制和定型的进 程。因此，针对航空波导密封结构的漏气问题开展专项攻关研究，解决了研制中的材料工艺问题。 2试验 2．1试验用密封胶：1。环氧树脂胶(国产)，掌室温硫化硅橡胶和有机硅底胶(进口)，r聚氨酯 2．2试验设备：程序环境条件试验机(型号为sB600-5-5，美国造)用于湿热、高低温冲击等环境 LDS公司生产)：hsUon1159电子通用拉力试验机(hIslron公司，美国造)。 2．3试验方法 2．3．1漏气性检查：采用波导结构密封试验装置(专用装置)连接试验件，按规定充压后关闭气路 系统。保持压力30分钟后压力降不得低于充压5％。 2．3．2高低温循环环境试验：通过环境条件试验后进行漏气性检查。具体方案是高温60℃，50lllin； ．45℃，30min，共进行5个循环。最后一次各保温1h。 2．3．3低温低气压工作试验：在试验温度椰℃，规定负压条件下下保持2h，升温至50U，烘干3h 后压力恢复到常压。 3结果与讨论 3．1故障原因分析 3．I．I粘接缺陷 首先针对产品的材料、工艺和操作进行调查。据了解，原结构用1娜氧树脂胶具有较全面的综 合性能，曾用于某型机载系统聚四氟乙烯零件的粘接，比常用环氧树脂胶具有更高的可靠性。现场 8l 第六届套田表面工程学术食彀 兰州 2006年8月 操作人员均经专业培训合格，未发现误操作现象。所有零件均有操作规程、使用夹具进行固定。但 调查发现在工作台面许多PI阿填块已经放置一月以上，未加任何避光防护。生产投料时波导铝合 氏方程n1： 式中：y。为固，液表面张力，n代表密封胶液的表面张力，仫为固体表面张力，p是接触角。 ‰+仡‘cos0=扎 (1) Zisman【2】对固，液接触角数据进行统计研究后将不同表面张力的固体表面分成以下几组；表面张力 小于0．1Nm1为低能表面，大于1—10Nm-1为高能表面。有机固体表面通常归类于低能表面一组。 他通过实验数据归纳出以下经验关系式： cosO=1-卢-(扎一％) r∞ 式中：Yc为临界表面张力，口为模量，通常取0．03-0．04。从公式(2)我们可以推测出；高能表面 在粘接时趋于形成强度更高的粘接(％大)。为了提高PTFE填块表面粘结活性，采用钠萘试剂进 行了必要的表面蚀刻处理储大FTFE的％值)。然而，蚀刻表面长期暴露在外，会失去活性· 使粘接效果明显下降。以往曾对铝合金与蚀刻PTFE界面的粘结强度采用AI／舢A1胶结形式参 照ASTMD1002测定剪切强度，结果见表1