上周四，泰国东方航空因飞机引擎故障，而零件需时才运到，要赔偿旅客损失之馀，飞机十日内无法正常运作，没有收益，还要缴付昂贵的停泊费用，可谓损失惨重。若然香港有飞机零件供应商能及时补上，或许就不会造成如此大的影响了。在此之前，香港尚未有一间製造商生产飞机零件，此番司达行成功获民航处发出的零部件製造人批准书，就填补了香港飞机零件製造业的空白。小小的密封圈，意义非凡。

    除上述案例之外，橡胶圈在航天应用上也发挥至关重要的作用。

     一个不起眼的橡胶部件，即一个有缺陷的O形密封环设计，正是酿成这场太空史上最大惨案的起因。调查表明，低温会导致O形环丧失弹性，起不到密封作用，进而造成高温气体泄漏，点燃存储仓内的燃料，引发致命的爆炸。

爆炸现场

    2016年1月28日，在“挑战者”号航天飞机爆炸坠毁30周年之际，美国肯尼迪航天中心举行了一场特别的纪念活动。受邀与会的遇难机组人员家属中，有一位叫做朱恩·斯科比·罗杰斯的老太太，虽然她仍对自己的丈夫和其他6名宇航员（其中一名是中学女教师）的遇难感到心痛，但已经能够平和地对待那段不幸的历史。她说：“当我再看斯科比的照片时，我反而有些嫉妒。他还是那么年轻，而我已经是曾祖母了。”

    “挑战者”号事故是一个灾难性范例，也是政治学战胜工程学的一个缩影。

    场景一：1986年1月27日晚上，莫顿·瑟奥科尔公司和马歇尔航天中心联合召开的电视会议气氛紧张，几近形成对峙。鉴于发射场的低温极有可能会降低火箭推进器之间密封装置中O形环的密封性能，公司技术人员一致建议停止发射“挑战者”号航天飞机。但是，美国国家航空航天局（NASA）的一位官员怒气冲冲地质问道：“我的上帝，瑟奥科尔，你们希望我们什么时候发射？明年愚人节吗？”随即，瑟奥科尔公司高级副总裁杰拉德·梅森对副总工程师罗伯特·伦德发话：“抛开（你）工程师的身份，履行（你）管理者的职责！”

    场景二：1986年1月28日上午，肯尼迪航天中心发射现场，瑟奥科尔公司主管O形环项目的高级工程师罗杰·博伊斯乔利，与他的同事鲍勃·埃比林极不情愿地看到了“挑战者”号点火发射。当飞行器飞离发射塔时，埃比林喃喃自语：“我们刚刚躲过了一颗原子弹！”在接下来的大约60秒后，埃比林对博伊斯乔利说，他刚做完感激上帝赐予成功发射的一个祈祷。过了仅仅13秒，天空中就呈现出爆炸时毁灭的恐怖场景。

    场景三：1986年2月的一天，在一个现场直播的记者招待会上，“挑战者”号事故调查委员会成员、诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼从密封圈连接件模型中卸下O形环，用一个C形钳夹紧，然后放进了一杯冰水里。过了一会，费曼在众人注视下把C形钳拿出来，高高举起，一边松开一边解释道：“我发现松开钳子后，橡胶圈并没有恢复原状。也就是说，低温时这种材料有好几秒钟会失去弹性。我相信这与我们正在研究的问题有很大的关系。”

    一个不起眼的橡胶部件，即一个有缺陷的O形密封环设计，正是酿成这场太空史上最大惨案的起因。调查表明，低温会导致O形环丧失弹性，起不到密封作用，进而造成高温气体泄漏，点燃存储仓内的燃料，引发致命的爆炸。这个“小”问题，实际上在事故发生之前半年就已经引起了工程师们的注意。博伊斯乔利在致伦德的备忘录中写道：“我真诚地并且心怀恐惧地认为，如果我们不立即采取行动解决这一问题，将安装接头放在优先解决的位置，我们将面临飞行失败并造成重大损失的危险。”

    延伸阅读

   一、 揭秘神九天宫对接密封圈

    在天宫一号与神舟九号首次载人交会对接任务中，景海鹏、刘旺、刘洋3名航天员奔赴“太空之旅”。从中国航天科技集团公司获悉，神舟九号飞船舱体密封件负责保障航天员的生命安全。由于外太空环境复杂，要求密封件在高真空，高低温交变，紫外辐照、带电粒子辐照和原子氧等特殊的使用环境下，不产生降解、老化和龟裂，始终保持可靠的密封性能。由于飞船舱内环境的特殊要求，密封材料还必须具有极低的挥发性，且无毒、无污染。飞船密封件工艺方面必须具有高精度尺寸、高密封性能、高安全性能的“三高”品质。

神舟九号

    在密封件研制过程中，中国航天科技集团公司四院42所历时3年研制出特种硅橡胶密封材料，材料具有优异的力学性能、高低温性能、耐辐照性能、真空性能，符合欧空局及美国宇航局对空间材料的筛选标准，在成型工艺上解决了大直径的复杂截面及无接头大型密封件生产工艺难点，研究成果填补了国内空白，达到国外同类材料先进水平。

    自1999年中国神舟一号飞船成功发射以来，四院42所承担了飞船轨道舱和返回舱所有密封件的研制和生产任务，一次性检验合格率均为100%。在“神七”航天员出舱活动中，该所承担了舱外航天服上所有橡胶件的研制与生产，起到确保航天服气密性、保障航天员正常压力环境和生命安全的重要作用，还要具备防辐射、防紫外线、抗骤冷骤热等功能。

    从神舟九号防热材料体系来说，外表面主要是两大块，一个是返回舱侧壁，一个是防热大底。两大部件外表面热防护系统材料是我们所研制的。其中返回舱外表面防热材料有两类，一类是中密度玻璃钢，主要用在侧壁防热环，防热框和舱盖。还有低密度材料，一个是0.7g/cm3密度，一个是0.5g/cm3密度，0.7 g/cm3密度主要用在迎风面，0.5g/cm3用在背风面。侧壁后面是防热大底，热流是比较严重也是比较恶劣的是防热大底，用的拐角环是中密度玻璃钢，大面积也是低密度材料。低密度度材料是玻璃钢蜂窝控制在金属壳体上，对外面起到防护的作用。

    飞船主要侧重两个作用，一个是在太空运行过程中，要经历正负100℃高低温度交变。在返回的过程中，要扛气流冲刷，引起结果是外表面是1000多度，靠外表面防热材料，厚度大概25毫米左右，起到把外面近2000度的温度降到舱内30度左右的温度，主要是靠气流冲刷过程中外表面的烧蚀带走热量，没烧蚀原始层起到隔热的作用，阻止温度传到舱内，保证航天员在舱内的安全。中国航天科技集团公司四院42所研究的材料主要是几个部分，一个是整流罩，保护有效载核在上升过程中免收气流冲刷引起的损伤。第二个，大的密封件，比如燃料输送系统，管路的密封。储存燃料的储箱的密封。在研制过程中，对管路的密封包括箱体密封是最大的难点，保证良好的密封，密封材料就要跟燃料要有很好的相容性，否则燃料接触密封件会引起密封圈的腐蚀，密封性能会下降。中国航天科技集团公司四院42所里研制了两种新的材料，一个是用于四氧化二氮，一个是用于偏二甲肼。

    飞船一方面要耐高温，一方面要耐低温，如何使材料又能耐低温又能耐高温？

    这是通过材料的改性，外表面要防热，同时里面又加了适应环境温度比较好的弹性材料，这样能够起到在高温下能够防热，低温下又不至于性能降低，性能降低引起功能的失效，从材料上进行一个改性。包括密封的一些大的密封件。刚才提到天宫一号跟飞船对接的部位有一个大的密封圈，这个也是我们所研制的，这个密封圈是非常关键的，既要保证分离能够分离开，同时保证非常良好的密封，可以想象这个密封圈不能密封住，航天员在太空情况下会发生什么严重的后果，所以密封圈研制也是项目关键的技术。

    密封圈一方面能够非常良好的密封性，另一方面又能够及时完好的分开，这两个特性是对它是矛盾的要求吗？

    应该说在某些方面是统一的关系，既要保证密封性能，又要保证不发生粘连，密封材料性能上要有它的特殊性，正因为有特殊性的要求，在材料体系上我们进行了优化改进。通过这一次交汇对接的情况来看效果还是非常好的。

   二、 橡胶密封在航空领域的运用

飞机

    航空用特种橡胶密封型材形状各异，根据其密封形式，可分为压缩式密封和充气式密封两种。压缩式橡胶密封带利用橡胶断面凸起点和橡胶压缩时回弹所产生的应力来实现密封，主要应用在大型客机等领域。

    优点：对橡胶材料的压缩回弹性提出很高要求。其密封的断面结构形式多样，只与所要求密封的门体有联系，而与飞机的其他机构关联度不大，相对独立性强。

    缺点：长期多次使用后会受到橡胶材料的老化而引起的应力松弛的影响，密封效果会逐渐变差，同时在低温时会因为橡胶的低温回弹性差出现密封泄露的问题。

    充气式橡胶密封带利用中空全封闭的腔体充满气体，通过气体产生的膨胀压力实现橡胶面与门体的接触密封，密封断面主要是中空全封闭的闭合结构，主要应用在战斗机等领域。

    大型密封舱门与舱口之间的间隙，由于受加工、装配精度的影响，或受环境温度变化而产生热胀冷缩变形，致使其需要密封的间隙也不一致，或者说是变化的，其变化范围一般在3mm以上，甚至达10mm以上，采用普通密封条难以达到理想的密封效果。在这种情形下，就需要一种能随密封间隙变化的密封制品。充气密封就是为了满足这种需要而研究成功的一种新技术。

    优点：相对压缩式橡胶密封带，对材料本身的压缩性能要求没那么高，主要利用充入的气体压力来调节密封效果，补充橡胶材料因长时间使用产生的应力松弛，实现始终如一的密封效果，也不会出现在低温时因为橡胶的低温回弹性差出现密封泄露的问题，相对可靠性密封效果高。

    缺点：由于其充气密封的工作特点，对于密封带整体的气密性有很高的要求，密封带任何细小部位的缺陷都会引起气体的泄露而导致整体密封效能的下降，严重的甚至引起密封失效的重大事故；与飞机的其他机构关联度很大，维修复杂。

    型材设计

    国航空用特种橡胶密封型材多数先进企业已成功推广应用了CAD/CATIA等设计软件。

    新设计的密封型材更注重功能性要求，由以前的海绵橡胶密封型材、实心橡胶密封型材向复合橡胶密封条转变，涉及多种橡胶复合密封型材、金属骨架与多种橡胶复合密封型材和橡胶与塑料复合密封型材等。在一些较新的型号设计中，甚至出现了变截面结构的复合橡胶密封型材、功能性复合橡胶密封型材新结构形式。

    通过PROE/CATIA等的引入，设计的产品参数可直接输入到数控加工中心，用于型材模具的设计和加工。

    型材成型加工

    航空用特种橡胶密封型材成型加工主要有使用材料广泛、结构复杂、成型困难等几大挑战。

    航空用特种橡胶密封型材使用的材料包括海绵材质、纯橡胶材质、复合橡胶材料、金属橡胶复合、多种材料复合等特点。不同材料的收缩特性差异，界面间的结合力、相容性等问题，使多材料的共成型十分困难。

    从航空用特种橡胶密封型材的使用环境看，往往设计出的型材断面和整体尺寸跨度很大。小到断面1mm的口盖密封型材，大的形如登机门货舱门密封型材往往能达到10多米；断面简单的如条形密封型材，复杂的如变截面密封型材。

    为了生产变截面结构的橡胶密封型材，有企业引进欧洲的专利成型技术和设备。其原理主要是送料端和截切端，通过金属骨架共同向微机输入信号，由微机输出信号控制口模处的气缸动作，由其运动多瓣口模走向进行变截面的密封条挤出生产。简单的变截面也可采用机械方法或用其他自动化控制方法控制多瓣模或切割刀具的动作完成变截面型材的挤出成型。

    从航空用特种橡胶密封型材设计的结构上看，很多型材都是中空全闭合结构，并且复合有织物材料或者金属骨架材料，成型十分困难。有企业通过采用专利成型技术，在中空全闭合结构的外层织物实现了整体包裹织物，织物没有接头和搭接处，密封型材表面光滑、尺寸一致性好。

    型材材质

    中国航空用特种橡胶密封型材所使用的橡胶材料已由以前广泛使用的丁腈橡胶向硅橡胶、氟硅橡胶、功能性橡胶材料方向转变。

    目前中国航空用特种橡胶密封型材使用的各类密封型材中以丁腈橡胶与氯丁橡胶并用应用最为广泛。并用橡胶虽然具有良好的强度和优秀的耐油性能，但是其不耐阳光照射，加工出的橡胶型材在飞行环境下使用一段时间后往往出现龟裂现象，型材的使用寿命和使用安全性都大打折扣。

    欧美等国家新设计的各类飞行器多使用硅橡胶作为其航空用特种橡胶密封型材的主体材料。硅橡胶耐温域性能优良、同时耐天候老化性能也优于丁腈橡胶等材料，但是其强度较低，同时不具备阻燃等要求。为了改善硅橡胶密封型材的强度和耐磨性，其使用时多和织物材料复合使用。

    航空器上的大多部件都有耐燃烧的要求，硅橡胶需要在材料配合时加入各类阻燃剂以使加工的密封型材达到耐燃烧的要求。过去广泛使用的阻燃剂有氢氧化铝，十溴联苯醚等，氢氧化铝作为后效型阻燃剂，需要很大的填充量才能达到较好的阻燃效果，会严重破坏填充材料的机械性能。十溴联苯醚作为含卤阻燃剂效果优良，但是其燃烧时释放有毒气体难以满足现在的航空业环保要求。

    为了满足各项要求，国内企业使用复合材料来改善硅橡胶型材的阻燃性能，通过使用新型高效的铂系阻燃剂来达到高效阻燃和环保的双重要求。据文献介绍，国外已经开发研制出新型的反应型阻燃剂，只需很少的用量就能通过燃烧时的化学反应达到阻燃的效果。

    针对航空发展的需要，新的航空用特种橡胶密封型材甚至要求具有电磁屏蔽、耐超高温、导热、抗烧蚀等特殊要求。

    适航要求

    航空用特种橡胶密封型材的使用环境决定了其与其他橡胶密封型材如汽车用密封型材、设备用密封型材、航天用密封型材的不同。其对于安全的高要求和反复使用的特性决定了航空用特种橡胶密封型材必须满足适航性的各类要求。

    以往的航空用特种橡胶密封型材从设计到生产和使用过程都没引入适航要求和适航理念。随着技术的不断进步和人们对自身认知的进步，人们对航空航行的安全性要求不断提高，适航要求和适航理念被严格要求贯彻于产品的设计和生产过程中。适航性简单通俗的说就是各类产品必须具备适于航空使用的各项性能要求。以航空用特种橡胶密封型材为例，首先是橡胶密封型材设计时对产品功能性设计要能满足实际的使用环境，其次是橡胶密封型材生产时各项工艺设计和控制必须有效合理，对于材料、生产工艺、产品检测过程必须符合各类控制文件的要求，最后生产出的产品进行各项试验必须满足飞行环境要求。考虑到飞行器的飞行环境复杂性，必须进行各项试验以确保产品能达到设计要求并满足飞行器实际使用要求。

    国外的适航要求和适航理念建立较早。欧美国家的各类飞行器使用的航空用特种橡胶密封型材都必须获得适航局的认可才能最后装机使用，国内的航空用特种橡胶密封型材产品若要出口，也必须经过适航局的各种审查。目前国内一些航空用特种橡胶密封型材生产企业已经开始引入适航理念，从密封型材的设计、生产，到试验过程严格按照适航局的要求开展，确保生产出的产品能满足适航要求。

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责任编辑：王元

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