上周四，泰國東方航空因飛機引擎故障，而零件需時才運到，要賠償旅客損失之馀，飛機十日內(nèi)無法正常運作，沒有收益，還要繳付昂貴的停泊費用，可謂損失慘重。若然香港有飛機零件供應(yīng)商能及時補上，或許就不會造成如此大的影響了。在此之前，香港尚未有一間製造商生產(chǎn)飛機零件，此番司達行成功獲民航處發(fā)出的零部件製造人批準書，就填補了香港飛機零件製造業(yè)的空白。小小的密封圈，意義非凡。

    除上述案例之外，橡膠圈在航天應(yīng)用上也發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

     一個不起眼的橡膠部件，即一個有缺陷的O形密封環(huán)設(shè)計，正是釀成這場太空史上最大慘案的起因。調(diào)查表明，低溫會導(dǎo)致O形環(huán)喪失彈性，起不到密封作用，進而造成高溫氣體泄漏，點燃存儲倉內(nèi)的燃料，引發(fā)致命的爆炸。

爆炸現(xiàn)場

    2016年1月28日，在“挑戰(zhàn)者”號航天飛機爆炸墜毀30周年之際，美國肯尼迪航天中心舉行了一場特別的紀念活動。受邀與會的遇難機組人員家屬中，有一位叫做朱恩·斯科比·羅杰斯的老太太，雖然她仍對自己的丈夫和其他6名宇航員（其中一名是中學(xué)女教師）的遇難感到心痛，但已經(jīng)能夠平和地對待那段不幸的歷史。她說：“當我再看斯科比的照片時，我反而有些嫉妒。他還是那么年輕，而我已經(jīng)是曾祖母了。”

    “挑戰(zhàn)者”號事故是一個災(zāi)難性范例，也是政治學(xué)戰(zhàn)勝工程學(xué)的一個縮影。

    場景一：1986年1月27日晚上，莫頓·瑟奧科爾公司和馬歇爾航天中心聯(lián)合召開的電視會議氣氛緊張，幾近形成對峙。鑒于發(fā)射場的低溫極有可能會降低火箭推進器之間密封裝置中O形環(huán)的密封性能，公司技術(shù)人員一致建議停止發(fā)射“挑戰(zhàn)者”號航天飛機。但是，美國國家航空航天局（NASA）的一位官員怒氣沖沖地質(zhì)問道：“我的上帝，瑟奧科爾，你們希望我們什么時候發(fā)射？明年愚人節(jié)嗎？”隨即，瑟奧科爾公司高級副總裁杰拉德·梅森對副總工程師羅伯特·倫德發(fā)話：“拋開（你）工程師的身份，履行（你）管理者的職責(zé)！”

    場景二：1986年1月28日上午，肯尼迪航天中心發(fā)射現(xiàn)場，瑟奧科爾公司主管O形環(huán)項目的高級工程師羅杰·博伊斯喬利，與他的同事鮑勃·埃比林極不情愿地看到了“挑戰(zhàn)者”號點火發(fā)射。當飛行器飛離發(fā)射塔時，埃比林喃喃自語：“我們剛剛躲過了一顆原子彈！”在接下來的大約60秒后，埃比林對博伊斯喬利說，他剛做完感激上帝賜予成功發(fā)射的一個祈禱。過了僅僅13秒，天空中就呈現(xiàn)出爆炸時毀滅的恐怖場景。

    場景三：1986年2月的一天，在一個現(xiàn)場直播的記者招待會上，“挑戰(zhàn)者”號事故調(diào)查委員會成員、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者理查德·費曼從密封圈連接件模型中卸下O形環(huán)，用一個C形鉗夾緊，然后放進了一杯冰水里。過了一會，費曼在眾人注視下把C形鉗拿出來，高高舉起，一邊松開一邊解釋道：“我發(fā)現(xiàn)松開鉗子后，橡膠圈并沒有恢復(fù)原狀。也就是說，低溫時這種材料有好幾秒鐘會失去彈性。我相信這與我們正在研究的問題有很大的關(guān)系。”

    一個不起眼的橡膠部件，即一個有缺陷的O形密封環(huán)設(shè)計，正是釀成這場太空史上最大慘案的起因。調(diào)查表明，低溫會導(dǎo)致O形環(huán)喪失彈性，起不到密封作用，進而造成高溫氣體泄漏，點燃存儲倉內(nèi)的燃料，引發(fā)致命的爆炸。這個“小”問題，實際上在事故發(fā)生之前半年就已經(jīng)引起了工程師們的注意。博伊斯喬利在致倫德的備忘錄中寫道：“我真誠地并且心懷恐懼地認為，如果我們不立即采取行動解決這一問題，將安裝接頭放在優(yōu)先解決的位置，我們將面臨飛行失敗并造成重大損失的危險。”

    延伸閱讀

   一、 揭秘神九天宮對接密封圈

    在天宮一號與神舟九號首次載人交會對接任務(wù)中，景海鵬、劉旺、劉洋3名航天員奔赴“太空之旅”。從中國航天科技集團公司獲悉，神舟九號飛船艙體密封件負責(zé)保障航天員的生命安全。由于外太空環(huán)境復(fù)雜，要求密封件在高真空，高低溫交變，紫外輻照、帶電粒子輻照和原子氧等特殊的使用環(huán)境下，不產(chǎn)生降解、老化和龜裂，始終保持可靠的密封性能。由于飛船艙內(nèi)環(huán)境的特殊要求，密封材料還必須具有極低的揮發(fā)性，且無毒、無污染。飛船密封件工藝方面必須具有高精度尺寸、高密封性能、高安全性能的“三高”品質(zhì)。

神舟九號

    在密封件研制過程中，中國航天科技集團公司四院42所歷時3年研制出特種硅橡膠密封材料，材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高低溫性能、耐輻照性能、真空性能，符合歐空局及美國宇航局對空間材料的篩選標準，在成型工藝上解決了大直徑的復(fù)雜截面及無接頭大型密封件生產(chǎn)工藝難點，研究成果填補了國內(nèi)空白，達到國外同類材料先進水平。

    自1999年中國神舟一號飛船成功發(fā)射以來，四院42所承擔(dān)了飛船軌道艙和返回艙所有密封件的研制和生產(chǎn)任務(wù)，一次性檢驗合格率均為100%。在“神七”航天員出艙活動中，該所承擔(dān)了艙外航天服上所有橡膠件的研制與生產(chǎn)，起到確保航天服氣密性、保障航天員正常壓力環(huán)境和生命安全的重要作用，還要具備防輻射、防紫外線、抗驟冷驟熱等功能。

    從神舟九號防熱材料體系來說，外表面主要是兩大塊，一個是返回艙側(cè)壁，一個是防熱大底。兩大部件外表面熱防護系統(tǒng)材料是我們所研制的。其中返回艙外表面防熱材料有兩類，一類是中密度玻璃鋼，主要用在側(cè)壁防熱環(huán)，防熱框和艙蓋。還有低密度材料，一個是0.7g/cm3密度，一個是0.5g/cm3密度，0.7 g/cm3密度主要用在迎風(fēng)面，0.5g/cm3用在背風(fēng)面。側(cè)壁后面是防熱大底，熱流是比較嚴重也是比較惡劣的是防熱大底，用的拐角環(huán)是中密度玻璃鋼，大面積也是低密度材料。低密度度材料是玻璃鋼蜂窩控制在金屬殼體上，對外面起到防護的作用。

    飛船主要側(cè)重兩個作用，一個是在太空運行過程中，要經(jīng)歷正負100℃高低溫度交變。在返回的過程中，要扛氣流沖刷，引起結(jié)果是外表面是1000多度，靠外表面防熱材料，厚度大概25毫米左右，起到把外面近2000度的溫度降到艙內(nèi)30度左右的溫度，主要是靠氣流沖刷過程中外表面的燒蝕帶走熱量，沒燒蝕原始層起到隔熱的作用，阻止溫度傳到艙內(nèi)，保證航天員在艙內(nèi)的安全。中國航天科技集團公司四院42所研究的材料主要是幾個部分，一個是整流罩，保護有效載核在上升過程中免收氣流沖刷引起的損傷。第二個，大的密封件，比如燃料輸送系統(tǒng)，管路的密封。儲存燃料的儲箱的密封。在研制過程中，對管路的密封包括箱體密封是最大的難點，保證良好的密封，密封材料就要跟燃料要有很好的相容性，否則燃料接觸密封件會引起密封圈的腐蝕，密封性能會下降。中國航天科技集團公司四院42所里研制了兩種新的材料，一個是用于四氧化二氮，一個是用于偏二甲肼。

    飛船一方面要耐高溫，一方面要耐低溫，如何使材料又能耐低溫又能耐高溫？

    這是通過材料的改性，外表面要防熱，同時里面又加了適應(yīng)環(huán)境溫度比較好的彈性材料，這樣能夠起到在高溫下能夠防熱，低溫下又不至于性能降低，性能降低引起功能的失效，從材料上進行一個改性。包括密封的一些大的密封件。剛才提到天宮一號跟飛船對接的部位有一個大的密封圈，這個也是我們所研制的，這個密封圈是非常關(guān)鍵的，既要保證分離能夠分離開，同時保證非常良好的密封，可以想象這個密封圈不能密封住，航天員在太空情況下會發(fā)生什么嚴重的后果，所以密封圈研制也是項目關(guān)鍵的技術(shù)。

    密封圈一方面能夠非常良好的密封性，另一方面又能夠及時完好的分開，這兩個特性是對它是矛盾的要求嗎？

    應(yīng)該說在某些方面是統(tǒng)一的關(guān)系，既要保證密封性能，又要保證不發(fā)生粘連，密封材料性能上要有它的特殊性，正因為有特殊性的要求，在材料體系上我們進行了優(yōu)化改進。通過這一次交匯對接的情況來看效果還是非常好的。

   二、 橡膠密封在航空領(lǐng)域的運用

飛機

    航空用特種橡膠密封型材形狀各異，根據(jù)其密封形式，可分為壓縮式密封和充氣式密封兩種。壓縮式橡膠密封帶利用橡膠斷面凸起點和橡膠壓縮時回彈所產(chǎn)生的應(yīng)力來實現(xiàn)密封，主要應(yīng)用在大型客機等領(lǐng)域。

    優(yōu)點：對橡膠材料的壓縮回彈性提出很高要求。其密封的斷面結(jié)構(gòu)形式多樣，只與所要求密封的門體有聯(lián)系，而與飛機的其他機構(gòu)關(guān)聯(lián)度不大，相對獨立性強。

    缺點：長期多次使用后會受到橡膠材料的老化而引起的應(yīng)力松弛的影響，密封效果會逐漸變差，同時在低溫時會因為橡膠的低溫回彈性差出現(xiàn)密封泄露的問題。

    充氣式橡膠密封帶利用中空全封閉的腔體充滿氣體，通過氣體產(chǎn)生的膨脹壓力實現(xiàn)橡膠面與門體的接觸密封，密封斷面主要是中空全封閉的閉合結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用在戰(zhàn)斗機等領(lǐng)域。

    大型密封艙門與艙口之間的間隙，由于受加工、裝配精度的影響，或受環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生熱脹冷縮變形，致使其需要密封的間隙也不一致，或者說是變化的，其變化范圍一般在3mm以上，甚至達10mm以上，采用普通密封條難以達到理想的密封效果。在這種情形下，就需要一種能隨密封間隙變化的密封制品。充氣密封就是為了滿足這種需要而研究成功的一種新技術(shù)。

    優(yōu)點：相對壓縮式橡膠密封帶，對材料本身的壓縮性能要求沒那么高，主要利用充入的氣體壓力來調(diào)節(jié)密封效果，補充橡膠材料因長時間使用產(chǎn)生的應(yīng)力松弛，實現(xiàn)始終如一的密封效果，也不會出現(xiàn)在低溫時因為橡膠的低溫回彈性差出現(xiàn)密封泄露的問題，相對可靠性密封效果高。

    缺點：由于其充氣密封的工作特點，對于密封帶整體的氣密性有很高的要求，密封帶任何細小部位的缺陷都會引起氣體的泄露而導(dǎo)致整體密封效能的下降，嚴重的甚至引起密封失效的重大事故；與飛機的其他機構(gòu)關(guān)聯(lián)度很大，維修復(fù)雜。

    型材設(shè)計

    國航空用特種橡膠密封型材多數(shù)先進企業(yè)已成功推廣應(yīng)用了CAD/CATIA等設(shè)計軟件。

    新設(shè)計的密封型材更注重功能性要求，由以前的海綿橡膠密封型材、實心橡膠密封型材向復(fù)合橡膠密封條轉(zhuǎn)變，涉及多種橡膠復(fù)合密封型材、金屬骨架與多種橡膠復(fù)合密封型材和橡膠與塑料復(fù)合密封型材等。在一些較新的型號設(shè)計中，甚至出現(xiàn)了變截面結(jié)構(gòu)的復(fù)合橡膠密封型材、功能性復(fù)合橡膠密封型材新結(jié)構(gòu)形式。

    通過PROE/CATIA等的引入，設(shè)計的產(chǎn)品參數(shù)可直接輸入到數(shù)控加工中心，用于型材模具的設(shè)計和加工。

    型材成型加工

    航空用特種橡膠密封型材成型加工主要有使用材料廣泛、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成型困難等幾大挑戰(zhàn)。

    航空用特種橡膠密封型材使用的材料包括海綿材質(zhì)、純橡膠材質(zhì)、復(fù)合橡膠材料、金屬橡膠復(fù)合、多種材料復(fù)合等特點。不同材料的收縮特性差異，界面間的結(jié)合力、相容性等問題，使多材料的共成型十分困難。

    從航空用特種橡膠密封型材的使用環(huán)境看，往往設(shè)計出的型材斷面和整體尺寸跨度很大。小到斷面1mm的口蓋密封型材，大的形如登機門貨艙門密封型材往往能達到10多米；斷面簡單的如條形密封型材，復(fù)雜的如變截面密封型材。

    為了生產(chǎn)變截面結(jié)構(gòu)的橡膠密封型材，有企業(yè)引進歐洲的專利成型技術(shù)和設(shè)備。其原理主要是送料端和截切端，通過金屬骨架共同向微機輸入信號，由微機輸出信號控制口模處的氣缸動作，由其運動多瓣口模走向進行變截面的密封條擠出生產(chǎn)。簡單的變截面也可采用機械方法或用其他自動化控制方法控制多瓣模或切割刀具的動作完成變截面型材的擠出成型。

    從航空用特種橡膠密封型材設(shè)計的結(jié)構(gòu)上看，很多型材都是中空全閉合結(jié)構(gòu)，并且復(fù)合有織物材料或者金屬骨架材料，成型十分困難。有企業(yè)通過采用專利成型技術(shù)，在中空全閉合結(jié)構(gòu)的外層織物實現(xiàn)了整體包裹織物，織物沒有接頭和搭接處，密封型材表面光滑、尺寸一致性好。

    型材材質(zhì)

    中國航空用特種橡膠密封型材所使用的橡膠材料已由以前廣泛使用的丁腈橡膠向硅橡膠、氟硅橡膠、功能性橡膠材料方向轉(zhuǎn)變。

    目前中國航空用特種橡膠密封型材使用的各類密封型材中以丁腈橡膠與氯丁橡膠并用應(yīng)用最為廣泛。并用橡膠雖然具有良好的強度和優(yōu)秀的耐油性能，但是其不耐陽光照射，加工出的橡膠型材在飛行環(huán)境下使用一段時間后往往出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，型材的使用壽命和使用安全性都大打折扣。

    歐美等國家新設(shè)計的各類飛行器多使用硅橡膠作為其航空用特種橡膠密封型材的主體材料。硅橡膠耐溫域性能優(yōu)良、同時耐天候老化性能也優(yōu)于丁腈橡膠等材料，但是其強度較低，同時不具備阻燃等要求。為了改善硅橡膠密封型材的強度和耐磨性，其使用時多和織物材料復(fù)合使用。

    航空器上的大多部件都有耐燃燒的要求，硅橡膠需要在材料配合時加入各類阻燃劑以使加工的密封型材達到耐燃燒的要求。過去廣泛使用的阻燃劑有氫氧化鋁，十溴聯(lián)苯醚等，氫氧化鋁作為后效型阻燃劑，需要很大的填充量才能達到較好的阻燃效果，會嚴重破壞填充材料的機械性能。十溴聯(lián)苯醚作為含鹵阻燃劑效果優(yōu)良，但是其燃燒時釋放有毒氣體難以滿足現(xiàn)在的航空業(yè)環(huán)保要求。

    為了滿足各項要求，國內(nèi)企業(yè)使用復(fù)合材料來改善硅橡膠型材的阻燃性能，通過使用新型高效的鉑系阻燃劑來達到高效阻燃和環(huán)保的雙重要求。據(jù)文獻介紹，國外已經(jīng)開發(fā)研制出新型的反應(yīng)型阻燃劑，只需很少的用量就能通過燃燒時的化學(xué)反應(yīng)達到阻燃的效果。

    針對航空發(fā)展的需要，新的航空用特種橡膠密封型材甚至要求具有電磁屏蔽、耐超高溫、導(dǎo)熱、抗燒蝕等特殊要求。

    適航要求

    航空用特種橡膠密封型材的使用環(huán)境決定了其與其他橡膠密封型材如汽車用密封型材、設(shè)備用密封型材、航天用密封型材的不同。其對于安全的高要求和反復(fù)使用的特性決定了航空用特種橡膠密封型材必須滿足適航性的各類要求。

    以往的航空用特種橡膠密封型材從設(shè)計到生產(chǎn)和使用過程都沒引入適航要求和適航理念。隨著技術(shù)的不斷進步和人們對自身認知的進步，人們對航空航行的安全性要求不斷提高，適航要求和適航理念被嚴格要求貫徹于產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)過程中。適航性簡單通俗的說就是各類產(chǎn)品必須具備適于航空使用的各項性能要求。以航空用特種橡膠密封型材為例，首先是橡膠密封型材設(shè)計時對產(chǎn)品功能性設(shè)計要能滿足實際的使用環(huán)境，其次是橡膠密封型材生產(chǎn)時各項工藝設(shè)計和控制必須有效合理，對于材料、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品檢測過程必須符合各類控制文件的要求，最后生產(chǎn)出的產(chǎn)品進行各項試驗必須滿足飛行環(huán)境要求。考慮到飛行器的飛行環(huán)境復(fù)雜性，必須進行各項試驗以確保產(chǎn)品能達到設(shè)計要求并滿足飛行器實際使用要求。

    國外的適航要求和適航理念建立較早。歐美國家的各類飛行器使用的航空用特種橡膠密封型材都必須獲得適航局的認可才能最后裝機使用，國內(nèi)的航空用特種橡膠密封型材產(chǎn)品若要出口，也必須經(jīng)過適航局的各種審查。目前國內(nèi)一些航空用特種橡膠密封型材生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開始引入適航理念，從密封型材的設(shè)計、生產(chǎn)，到試驗過程嚴格按照適航局的要求開展，確保生產(chǎn)出的產(chǎn)品能滿足適航要求。

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