本發(fā)明屬于硅橡膠材料領域，具體涉及一種低密度易磨損硅橡膠材料及其制備方法。
背景技術：
航空工業(yè)的迅速發(fā)展對航空發(fā)動機提出了越來越高的要求, 大推力、高效率、低油耗已成為發(fā)動機設計和制造的總體目標, 減小壓氣機、渦輪機葉尖與機匣之間間隙的氣路封嚴技術就成為提高發(fā)動機性能的重要手段。因此, 航空發(fā)動機設計和制造時在葉尖與機匣之間要預留 2～3mm 的間隙。 過大的間隙必將使氣體大量泄漏, 導致發(fā)動機效率降低, 而封嚴材料將有助于將間隙減小到最低限度。
傳統(tǒng)的封嚴材料種類主要是金屬涂層材料，金屬涂層采用噴涂的方式與機匣粘接，工藝參數(shù)要求較高；金屬涂層在組織結構、孔隙率均勻性及結合力等方面在噴涂工藝過程中很難控制，在涂層使用中，經(jīng)常出現(xiàn)涂層剝落等問題，對發(fā)動機造成一定程度的損傷，特別是隨著大涵道比發(fā)動機的研制，在風扇/增壓級部分的封嚴涂層由于尺寸較大，對噴涂工藝提出更高的要求，因此金屬封嚴涂層不能完全滿足大涵道比發(fā)動機長壽命和高可靠性的要求。
硅橡膠封嚴材料的出現(xiàn)解決了這一難題。將硅橡膠封嚴材料設計成與發(fā)動機風扇機匣相配套的形狀與尺寸，通過粘合劑的物理化學作用，將硅橡膠封嚴材料與機匣牢固的粘接一起，使得發(fā)動機轉動部件與機匣之間形成一層易磨耗封嚴材料，形成一種可磨耗密封，當發(fā)動機轉動部件與低密度易磨損硅橡膠材料發(fā)生刮擦時，低密度易磨損硅橡膠材料首先被磨耗成細小膠沫，保護轉動部件不發(fā)生損傷，維持轉動部件與靜止部件間最小氣路間隙，提高發(fā)動機的整體效率。
技術實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有存在的技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種通過配方優(yōu)化，配合低密度填充材料及其他助劑而制備的具有低密度易磨損特性的硅橡膠材料，填補了國內空白。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是：
一種低密度易磨損硅橡膠材料， 其組分包括：甲基乙烯基硅橡膠材料、液體硅橡膠材料、低密度功能填料、著色劑和其他助劑；
其各組分的質量份范圍如下：
甲基乙烯基硅橡膠材料 19.7份～19.8份
液體硅橡膠材料 19.7份～19.8份
低密度功能填料 59.3份～59.4份
著色劑 0.9份～1份
其他助劑 0.4份～0.5份；
所述的低密度功能填料包括空心玻璃微珠；
所述的著色劑包括噴霧炭黑；
所述的其他助劑包括2，5-二甲基-2，5-雙（叔丁基過氧基）己烷。
一種低密度易磨損硅橡膠材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一：使用雙輥開煉機，將輥距調到3～5mm，在一定輥溫下加入甲基乙烯基硅橡膠材料；
步驟二：雙輥開煉機依次加入低密度功能填料、著色劑、其他助劑，混煉混勻，下片；
步驟三：使用硅橡膠材料捏合機，在一定料腔溫度下依次加入液體硅橡膠材料、低密度功能填料，混煉均勻，下料；
步驟四：使用雙輥開煉機，將輥距調到3～5mm，在一定輥溫下按比例依次加入步驟二、步驟三制成的預混膠，混煉均勻，薄通，下片；
步驟五：下片停放24小時后，用平板硫化機硫化制成低密度易磨損硅橡膠材料樣品。
所述步驟一中的甲基乙烯基硅橡膠材料，其質量為50克；
所述步驟二中的低密度功能填料為空心玻璃微珠，其質量為50克；著色劑為噴霧炭黑，其質量為2.5克；其他助劑為2，5-二甲基-2，5-雙（叔丁基過氧基）己烷，其質量為0.25克；
所述步驟三中的液體硅橡膠材料，其質量為50克；低密度功能填料為空心玻璃微珠，其質量為100克。
所述步驟一中的輥溫為0～50℃；
所述步驟二中的混煉時間為30分鐘；
所述步驟三中的料腔溫度為0～60℃；混煉時間為20分鐘；
所述步驟四中的輥溫為0～50℃；加料比例為步驟二所得混煉膠：步驟三所得混煉膠=1:1；混煉時間為20分鐘；薄通次數(shù)為3遍；
所述步驟五中平板硫化機的硫化為在10MPa、160℃條件下硫化20分鐘。
本發(fā)明的有益效果是：
從材料性能方面而言：
1.本發(fā)明的硅橡膠材料密度低。作為填充劑的空心玻璃微珠材料，是一種微小，中空的圓球狀粉末，主要成分為二氧化硅，內部充斥惰性氣體，具有密度小，分散性好等特點，硅橡膠材料通過大量填充空心玻璃微珠，能夠大大減輕材料重量，從而降低發(fā)動機總體質量，提高發(fā)動機的效率。
2. 本發(fā)明的硅橡膠材料易磨耗。硅橡膠的物理機械性能較普通橡膠差，配方中的硅橡膠基材本身不耐磨，再大量配合填充材料空心玻璃微珠，由于空心玻璃微珠材料的表面惰性，不能形成物理化學鍵對硅橡膠本身進行補強作用，反而增加了硅橡膠分子鏈間距，降低分子間作用力，進一步降低硅橡膠材料的力學性能，使得材料的可磨耗程度更高，這一設計意味著對發(fā)動機轉動部位的保護更為可靠，保護轉動部位免于磨損，延長發(fā)動機使用壽命。
3. 本發(fā)明的硅橡膠材料對金屬機匣無腐蝕。經(jīng)試驗驗證，100℃×72h，對0CR17NI4CU4NB和 TC4金屬無腐蝕。
4本發(fā)明的硅橡膠材料使用壽命長。本發(fā)明的易磨損硅橡膠材料的化學結構穩(wěn)定，通過加速老化試驗驗證，材料使用壽命長達2800小時。
從制備工藝特點而言：
5. 本發(fā)明的加工效率高。由于空心玻璃微珠填充量大，加上微珠本身質輕，采用傳統(tǒng)的橡膠混煉方式開煉加工時，當加料到一定程度時，空心玻璃微珠與橡膠浸潤困難，操作時間較長，玻璃微珠飛揚嚴重，極大的危害了操作人員的身心健康，對環(huán)境造成了污染；通過先用開煉機將甲基乙烯基硅橡膠與部分玻璃微珠混合，再使用捏合機，將大部分空心玻璃微珠與液體硅橡膠基材混合，然后兩者共混的混煉方式，縮短了混煉時間，提高了材料的分散程度，提高了勞動效率。
6. 本發(fā)明材料的成型加工性能優(yōu)越。為滿足材料性能的設計要求，需大量填充空心玻璃微珠材料，而隨著空心玻璃微珠的填充量加大，混煉膠的加工流動性降低，而液體硅橡膠的加入，使得混煉膠有較好的流動性能，容易加工制作半成品，而且半成品密實，極大的減少了制品的氣泡分層現(xiàn)象，提高制品的合格率。
從成型工藝特點而言：
7.本發(fā)明制造的硅橡膠封嚴材料能夠通過硫化反應制成具有可設計的形狀尺寸及一定的彈性的橡膠制品。易磨環(huán)是圓錐環(huán)形制品，產品規(guī)格較大，將易磨環(huán)制品設計成分段結構，采用模壓硫化工藝，制成易磨環(huán)節(jié)段，最終在機匣上將易磨環(huán)節(jié)段整合粘接成型。這種成型方式保證了產品的圓周長度和產品截面與軸向夾角，將易磨環(huán)材料與不同尺寸的飛機機匣完美的結合一起，與傳統(tǒng)的噴涂成型工藝相比，分段硫化再整合成型的工藝具有成本低，操作簡單，可靠性高等特點。
具體實施方式
一種低密度易磨損硅橡膠材料， 其組分包括：
甲基乙烯基硅橡膠材料、液體硅橡膠材料、低密度功能填料、著色劑和其他助劑；
其各組分的質量份范圍如下：
甲基乙烯基硅橡膠材料 19.7份～19.8份
液體硅橡膠材料 19.7份～19.8份
低密度功能填料 59.3份～59.4份
著色劑 0.9份～1份
其他助劑 0.4份～0.5份；
所述的低密度功能填料包括空心玻璃微珠；
所述的著色劑包括噴霧炭黑；
所述的其他助劑包括2，5-二甲基-2，5-雙（叔丁基過氧基）己烷。
一種低密度易磨損硅橡膠材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一：使用雙輥開煉機，將輥距調到3～5mm，在一定輥溫下加入甲基乙烯基硅橡膠材料；
步驟二：雙輥開煉機依次加入低密度功能填料、著色劑、其他助劑，混煉混勻，下片；
步驟三：使用硅橡膠材料捏合機，在一定料腔溫度下依次加入液體硅橡膠材料、低密度功能填料，混煉均勻，下料；
步驟四：使用雙輥開煉機，將輥距調到3～5mm，在一定輥溫下按比例依次加入步驟二、步驟三制成的預混膠，混煉均勻，薄通，下片；
步驟五：下片停放24小時后，用平板硫化機硫化制成低密度易磨損硅橡膠材料樣品。
所述步驟一中的甲基乙烯基硅橡膠材料，其質量為50克；
所述步驟二中的低密度功能填料為空心玻璃微珠，其質量為50克；著色劑為噴霧炭黑，其質量為2.5克；其他助劑為2，5-二甲基-2，5-雙（叔丁基過氧基）己烷，其質量為0.25克；
所述步驟三中的液體硅橡膠材料，其質量為50克；低密度功能填料為空心玻璃微珠，其質量為100克。
所述步驟一中的輥溫為0～50℃；
所述步驟二中的混煉時間為30分鐘；
所述步驟三中的料腔溫度為0～60℃；混煉時間為20分鐘；
所述步驟四中的輥溫為0～50℃；加料比例為步驟二所得混煉膠：步驟三所得混煉膠=1:1；混煉時間為20分鐘；薄通次數(shù)為3遍；
所述步驟五中平板硫化機的硫化為在10MPa、160℃條件下硫化20分鐘。
具體實施例：
1、使用雙輥開煉機，將輥距調到3～5mm，輥溫在0～50℃條件下加入甲基乙烯基硅橡膠50克、然后依次加入空心玻璃微珠50克、噴霧碳黑2.5克、2，5-二甲基-2，5-雙（叔丁基過氧基）己烷0.25克，混煉50分鐘后下片待用；
2、使用硅橡膠材料捏合機，料腔在0～60℃條件下依次加入液體硅橡膠50克、空心玻璃微珠100克，混煉均勻，下料待用；
3、使用雙輥開煉機，將輥距調到3～5mm，輥溫在0～50℃條件下加入步驟1制備的預混膠100克、步驟2制備的預混膠100克，混煉均勻，停放24小時后，用平板硫化機在10MPa，160℃條件下硫化20分鐘制成測試樣品。
經(jīng)上述方法制得的低密度易磨損硅橡膠膠料性能測試實驗如下：
參照表1，
表1
本發(fā)明拓展了硅橡膠材料的應用領域，使膠料在80±5度（邵A）硬度級別下，密度控制在0.95 g/cm3以下，強度范圍2～5 Mpa，扯斷伸長率范圍70～140%，撕裂強度范圍3～8KN/m，熱導率大于0.24w/（m.k），輥筒磨耗范圍0.4~1.0g/cm3 ，100℃×72h對金屬0CR17NI4CU4NB和TC4無腐蝕。通過以上材料指標的控制，制得的硅橡膠制品具有一定的彈性、較低的密度和較好的易磨性，滿足新型飛機發(fā)動機對長壽命和高可靠性的要求。
本發(fā)明的內容不限于實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權利要求所涵蓋。