膨体聚四氟乙烯密封材料在民机上的应用

李韦翰

（上海飞机设计研究院，上海201210）

膨体聚四氟乙烯密封材料在民机上的应用

李韦翰

（上海飞机设计研究院，上海201210）

民用飞机受经济效益影响的推动，在研发时对重量指标的要求愈加严苛，对维护时间与维护便利性的需求也越来越高。考虑到膨体聚四氟乙烯（ePTFE）用作密封材料具有许多优良的性能，近年来广泛运用于国外民用飞机的接触面密封以满足重量与维护性的需求。基于此，简述了膨体聚四氟乙烯密封材料在民机应用上的发展优势，给出国内民机常见应用范围。

膨体聚四氟乙烯；民用飞机；密封材料；复材面板；维护性

现代民用飞机通常有着众多的口盖与大面积的复合材料面板，以便运营时的系统设备使用与日常检查维护等。这类结构在连接时需要使用特定的密封剂或密封垫片，通常是各类橡胶、聚碳酸酯、硫化胶等，这些密封材料自身性能存在着诸多不足，比如重量大、适温区间狭窄、易老化、耐油性差、阻燃性差、机械性能差、安装不方便、寿命短，维护要求高等，在竞争越来越激烈的民机领域逐渐无法满足设计要求，因此，在现下的民机设计中，需要一种通用性好，使用方便、性能优良的密封材料满足苛刻的重量与维护性需求。

本文通过在国产民用飞机的设计研发中使用新型膨体聚四氟乙烯（ePTFE）材料替代传统橡胶和聚酯膜薄密封件，达到减重增效的目的，提高飞机的市场竞争力。

1 产品描述与国外应用现状

聚四氟乙烯（PTFE）是一种诞生于二战时期的军用材料，当时用于昂贵的特殊军用产品，在战后才进行解密并用于民用工业用途。膨体聚四氟乙烯（ePTFE）是美国格尔公司研发的用于航空工业用途的密封件材料（GORESkyFlex）[1]，其特有的微型定向纤维结构显著增强了抗拉强度与耐高温性能。该产品具有诸多优异的性能，在用于飞机密封件领域，相比传统材料，主要有以下几个方面：

（1）使用时随拆随用，无需固化或硫化，预成形体直接用于一些形状奇异的口盖或面板，大大缩短安装周期。

（2）具有宽阔的温度适应区间（-240℃/+260℃）。

（3）良好的耐老化性，蠕变性能，如图1所示。

（4）低密度。

（5）安全环保，允许多次装卸，减少使用成本。

（6）优异的耐腐蚀性，可以抵抗几乎所有已知的航空润滑油，液压油，燃油、各类胶黏剂等化学品的腐蚀，耐燃油型还能额外抵抗燃油浸润，如图2所示。

图1 蠕变测试

图2 长期浸润试验，左侧高强型，右侧耐燃油型

膨体聚四氟乙烯密封材料按适应区域与自身性能分为标准型、高强度型、耐燃油型等，具体性能如表1所列。

表1 SkyFlex各系列主要性能

随着产品性能与产能的提升以及价格的下降，以往只用在军机与航天设备的材料逐渐被引入到民用飞机设计中，随着波音777的客货舱地板率先应用后，波音的737/767/747系列也通过服务通告或者手册的形式换装了此类密封件，最新的787系列更是应用在几乎所有的地板组件、襟缝翼面板、各型维护口盖、翼身整流罩复材面板等与骨架的贴合面上。空中客车公司也在A380的研发上优先在平尾油箱与客货舱地板上使用，随后也通过服务通告和手册的形式给A320系列（包含A318，A319，A321），A300/ A330/A340系列的机翼油箱检查维护口盖、雷达罩、平尾检修口盖、客货舱地板等结构换装了此类密封件，最新研发的A350系列同样也应用在几乎所有适用的位置。同时，全球其他先进民机制造商，如庞巴迪、巴航工业、湾流等也陆续通过服务通告和手册的形式分别对CRJ，Challenger，ERJ，G系列等机型上的适用结构进行了换装。

2 国内应用现状与发展

国内对膨体聚四氟乙烯密封材料的研究一直落后于国外，无法提供满足要求的高性能产品[2]，又因此类产品涉及军事用途，西方国家禁止对我国出口，导致国内自主研制的民机直到本世纪初之前都无法选用。我国民机制造商在这些结构上只能选用传统密封材料，在激烈的国际民机市场竞争中处于不利地位。近十年来西方陆续放开各型高性能膨体聚四氟乙烯材料对我国的禁售，国内的民机制造商得以选择本材料替代传统材料。

国内新型民机设计中首先在襟翼面板与骨架连接面上尝试使用，如图3所示。从图4可以看出经历长时间飞行载荷后面板与骨架连接面基本无损伤痕迹，同期检修的使用双组份硫化密封胶密封的同类型结构位置已经出现一些腐蚀的痕迹。

图3 接触面基本无损伤

图4 使用硫化密封胶处出现腐蚀

商用客机在每次拆卸检修后使用密封胶的面板需要先清理表面，再使用多组份硫化密封胶在现场固化，大大增加了检修时间，特别是外场条件下，如进行大块区域的拆卸检修，仅重新密封就会花费大量工时，这很大程度上增加了运营商的运营成本。

此外，一些存在震动，需要抗磨损性能的部位，比如翼身整流罩骨架与复材面板之间，以往通常使用聚碳酸酯垫片，在长时间飞行后，聚碳酸酯对金属骨架的保护良好，但是与之连接的复材面板却存在大量磨损，如图5所示。这些损伤缩短了复材面板的使用寿命，增加了飞机运营成本。

图5 复材面板存在较多损伤

客舱地板对密封的要求也比较高，传统地板使用复材封边胶进行密封，长时间运营后因对缝处的磨损，加上客舱洒落的饮料，冷凝水等液体对地板边缘的腐蚀，导致地板蜂窝区含水量上升，重量增大，降低了运营效率，如图6所示。

图6 客舱地板蜂窝损伤

民机上还有很多部位对密封性能有着较高的要求，比如各系统管路检修面板、平尾面板、垂尾前缘面板、航行灯灯罩、机翼前缘、驾驶舱风挡、雷达罩等，此外还有一些部位对密封材料有耐燃油的要求，比如机翼油箱检修口盖，中央翼油箱检修口盖、燃油应急放口盖等，以往这些口盖的密封只能选用高性能橡胶密封圈，每次拆卸都需要换新，单个密封圈的成本高达千元以上，若更换为可重复使用的耐燃油膨体聚四氟乙烯后，可至少50次拆卸后才需要更换，很大程度上节约了成本提高了效率，如图7所示。

图7 预成型耐燃油垫片

基于上述考虑，新研发的国产民机将参考国际主流机型，在大多数前文提及的部位使用膨体聚四氟乙烯密封材料密封；在役的机型可以通过服务通告或者手册的形式逐步更换；处于概念设计阶段的机型则可以统一需求，在满足压缩量控制和气动外形保持的基础上统一提出对密封材料的需求，形成规范文件以降低研发成本提高研发效率。

3 结束语

膨体聚四氟乙烯密封产品已在欧美国家使用了近20年时间，在各类军用飞机和民用飞机上已广泛使用。现将此类材料引入到国内民机研制中，利用其优异的机械性能，温区广，耐老化，耐腐蚀等优点替代传统密封材料，节省大量重量，减少维护时间，提升维护便利性，提高了飞机航线运营效率，降低了运营成本。

受限于国产材料本身的性能与通过FAA及EASA等适航审定认证的艰难，现民机设计中只能选用进口材料，期待未来能有进入适航审定认证材料选用目录的国产材料选用，进一步提升国产民机在国际上的竞争力。

[1]徐博，朱光明，祝萌.航空航天用膨化聚四氟乙烯密封材料研究进展[J].中国塑料，2013（08）：8-12.

[2]高亦岚，姚磊.航空用膨化聚四氟乙烯密封材料的研究和应用[J].世界橡胶工业，2013（03）：38-42.

Application of Expanded Polytetranuoroethylence（ePTFE）Civil Aircraft Sealant

LI Wei-han
（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China）

Driven by the economic benefits impact，the weight index requirement is increasingly stringent in the research and development of civil aircraft.The demand for maintenance time and maintenance convenience is also increasing.Considering that the expanded polytetrafluoroethylene（ePTFE）used as a sealing material has many excellent properties，it has been widely used in civil aircraft in recent years to match the needs of weight and maintainability.This paper describes the development of the advantages of ePTFE sealing material in civil aircraft applications and gives the common field of application in domestic civil aircraft.

expanded polytetranuoroethylence；civil aircraft；sealant material；composite panel；maintenance

TQ325

B

1672-545X（2017）06-0211-03

2017-03-24

李韦翰（1987-），男，江苏扬州人，工程师，工程力学硕士，从事商用飞机结构设计工作。