本发明属于硅橡胶材料领域，具体涉及一种低密度易磨损硅橡胶材料及其制备方法。
背景技术：
航空工业的迅速发展对航空发动机提出了越来越高的要求, 大推力、高效率、低油耗已成为发动机设计和制造的总体目标, 减小压气机、涡轮机叶尖与机匣之间间隙的气路封严技术就成为提高发动机性能的重要手段。因此, 航空发动机设计和制造时在叶尖与机匣之间要预留 2～3mm 的间隙。 过大的间隙必将使气体大量泄漏, 导致发动机效率降低, 而封严材料将有助于将间隙减小到最低限度。
传统的封严材料种类主要是金属涂层材料，金属涂层采用喷涂的方式与机匣粘接，工艺参数要求较高；金属涂层在组织结构、孔隙率均匀性及结合力等方面在喷涂工艺过程中很难控制，在涂层使用中，经常出现涂层剥落等问题，对发动机造成一定程度的损伤，特别是随着大涵道比发动机的研制，在风扇/增压级部分的封严涂层由于尺寸较大，对喷涂工艺提出更高的要求，因此金属封严涂层不能完全满足大涵道比发动机长寿命和高可靠性的要求。
硅橡胶封严材料的出现解决了这一难题。将硅橡胶封严材料设计成与发动机风扇机匣相配套的形状与尺寸，通过粘合剂的物理化学作用，将硅橡胶封严材料与机匣牢固的粘接一起，使得发动机转动部件与机匣之间形成一层易磨耗封严材料，形成一种可磨耗密封，当发动机转动部件与低密度易磨损硅橡胶材料发生刮擦时，低密度易磨损硅橡胶材料首先被磨耗成细小胶沫，保护转动部件不发生损伤，维持转动部件与静止部件间最小气路间隙，提高发动机的整体效率。
技术实现要素：
为解决现有存在的技术问题，本发明的目的是提供一种通过配方优化，配合低密度填充材料及其他助剂而制备的具有低密度易磨损特性的硅橡胶材料，填补了国内空白。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种低密度易磨损硅橡胶材料， 其组分包括：甲基乙烯基硅橡胶材料、液体硅橡胶材料、低密度功能填料、着色剂和其他助剂；
其各组分的质量份范围如下：
甲基乙烯基硅橡胶材料 19.7份～19.8份
液体硅橡胶材料 19.7份～19.8份
低密度功能填料 59.3份～59.4份
着色剂 0.9份～1份
其他助剂 0.4份～0.5份；
所述的低密度功能填料包括空心玻璃微珠；
所述的着色剂包括喷雾炭黑；
所述的其他助剂包括2，5-二甲基-2，5-双（叔丁基过氧基）己烷。
一种低密度易磨损硅橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：使用双辊开炼机，将辊距调到3～5mm，在一定辊温下加入甲基乙烯基硅橡胶材料；
步骤二：双辊开炼机依次加入低密度功能填料、着色剂、其他助剂，混炼混匀，下片；
步骤三：使用硅橡胶材料捏合机，在一定料腔温度下依次加入液体硅橡胶材料、低密度功能填料，混炼均匀，下料；
步骤四：使用双辊开炼机，将辊距调到3～5mm，在一定辊温下按比例依次加入步骤二、步骤三制成的预混胶，混炼均匀，薄通，下片；
步骤五：下片停放24小时后，用平板硫化机硫化制成低密度易磨损硅橡胶材料样品。
所述步骤一中的甲基乙烯基硅橡胶材料，其质量为50克；
所述步骤二中的低密度功能填料为空心玻璃微珠，其质量为50克；着色剂为喷雾炭黑，其质量为2.5克；其他助剂为2，5-二甲基-2，5-双（叔丁基过氧基）己烷，其质量为0.25克；
所述步骤三中的液体硅橡胶材料，其质量为50克；低密度功能填料为空心玻璃微珠，其质量为100克。
所述步骤一中的辊温为0～50℃；
所述步骤二中的混炼时间为30分钟；
所述步骤三中的料腔温度为0～60℃；混炼时间为20分钟；
所述步骤四中的辊温为0～50℃；加料比例为步骤二所得混炼胶：步骤三所得混炼胶=1:1；混炼时间为20分钟；薄通次数为3遍；
所述步骤五中平板硫化机的硫化为在10MPa、160℃条件下硫化20分钟。
本发明的有益效果是：
从材料性能方面而言：
1.本发明的硅橡胶材料密度低。作为填充剂的空心玻璃微珠材料，是一种微小，中空的圆球状粉末，主要成分为二氧化硅，内部充斥惰性气体，具有密度小，分散性好等特点，硅橡胶材料通过大量填充空心玻璃微珠，能够大大减轻材料重量，从而降低发动机总体质量，提高发动机的效率。
2. 本发明的硅橡胶材料易磨耗。硅橡胶的物理机械性能较普通橡胶差，配方中的硅橡胶基材本身不耐磨，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，不能形成物理化学键对硅橡胶本身进行补强作用，反而增加了硅橡胶分子链间距，降低分子间作用力，进一步降低硅橡胶材料的力学性能，使得材料的可磨耗程度更高，这一设计意味着对发动机转动部位的保护更为可靠，保护转动部位免于磨损，延长发动机使用寿命。
3. 本发明的硅橡胶材料对金属机匣无腐蚀。经试验验证，100℃×72h，对0CR17NI4CU4NB和 TC4金属无腐蚀。
4本发明的硅橡胶材料使用寿命长。本发明的易磨损硅橡胶材料的化学结构稳定，通过加速老化试验验证，材料使用寿命长达2800小时。
从制备工艺特点而言：
5. 本发明的加工效率高。由于空心玻璃微珠填充量大，加上微珠本身质轻，采用传统的橡胶混炼方式开炼加工时，当加料到一定程度时，空心玻璃微珠与橡胶浸润困难，操作时间较长，玻璃微珠飞扬严重，极大的危害了操作人员的身心健康，对环境造成了污染；通过先用开炼机将甲基乙烯基硅橡胶与部分玻璃微珠混合，再使用捏合机，将大部分空心玻璃微珠与液体硅橡胶基材混合，然后两者共混的混炼方式，缩短了混炼时间，提高了材料的分散程度，提高了劳动效率。
6. 本发明材料的成型加工性能优越。为满足材料性能的设计要求，需大量填充空心玻璃微珠材料，而随着空心玻璃微珠的填充量加大，混炼胶的加工流动性降低，而液体硅橡胶的加入，使得混炼胶有较好的流动性能，容易加工制作半成品，而且半成品密实，极大的减少了制品的气泡分层现象，提高制品的合格率。
从成型工艺特点而言：
7.本发明制造的硅橡胶封严材料能够通过硫化反应制成具有可设计的形状尺寸及一定的弹性的橡胶制品。易磨环是圆锥环形制品，产品规格较大，将易磨环制品设计成分段结构，采用模压硫化工艺，制成易磨环节段，最终在机匣上将易磨环节段整合粘接成型。这种成型方式保证了产品的圆周长度和产品截面与轴向夹角，将易磨环材料与不同尺寸的飞机机匣完美的结合一起，与传统的喷涂成型工艺相比，分段硫化再整合成型的工艺具有成本低，操作简单，可靠性高等特点。
具体实施方式
一种低密度易磨损硅橡胶材料， 其组分包括：
甲基乙烯基硅橡胶材料、液体硅橡胶材料、低密度功能填料、着色剂和其他助剂；
其各组分的质量份范围如下：
甲基乙烯基硅橡胶材料 19.7份～19.8份
液体硅橡胶材料 19.7份～19.8份
低密度功能填料 59.3份～59.4份
着色剂 0.9份～1份
其他助剂 0.4份～0.5份；
所述的低密度功能填料包括空心玻璃微珠；
所述的着色剂包括喷雾炭黑；
所述的其他助剂包括2，5-二甲基-2，5-双（叔丁基过氧基）己烷。
一种低密度易磨损硅橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：使用双辊开炼机，将辊距调到3～5mm，在一定辊温下加入甲基乙烯基硅橡胶材料；
步骤二：双辊开炼机依次加入低密度功能填料、着色剂、其他助剂，混炼混匀，下片；
步骤三：使用硅橡胶材料捏合机，在一定料腔温度下依次加入液体硅橡胶材料、低密度功能填料，混炼均匀，下料；
步骤四：使用双辊开炼机，将辊距调到3～5mm，在一定辊温下按比例依次加入步骤二、步骤三制成的预混胶，混炼均匀，薄通，下片；
步骤五：下片停放24小时后，用平板硫化机硫化制成低密度易磨损硅橡胶材料样品。
所述步骤一中的甲基乙烯基硅橡胶材料，其质量为50克；
所述步骤二中的低密度功能填料为空心玻璃微珠，其质量为50克；着色剂为喷雾炭黑，其质量为2.5克；其他助剂为2，5-二甲基-2，5-双（叔丁基过氧基）己烷，其质量为0.25克；
所述步骤三中的液体硅橡胶材料，其质量为50克；低密度功能填料为空心玻璃微珠，其质量为100克。
所述步骤一中的辊温为0～50℃；
所述步骤二中的混炼时间为30分钟；
所述步骤三中的料腔温度为0～60℃；混炼时间为20分钟；
所述步骤四中的辊温为0～50℃；加料比例为步骤二所得混炼胶：步骤三所得混炼胶=1:1；混炼时间为20分钟；薄通次数为3遍；
所述步骤五中平板硫化机的硫化为在10MPa、160℃条件下硫化20分钟。
具体实施例：
1、使用双辊开炼机，将辊距调到3～5mm，辊温在0～50℃条件下加入甲基乙烯基硅橡胶50克、然后依次加入空心玻璃微珠50克、喷雾碳黑2.5克、2，5-二甲基-2，5-双（叔丁基过氧基）己烷0.25克，混炼50分钟后下片待用；
2、使用硅橡胶材料捏合机，料腔在0～60℃条件下依次加入液体硅橡胶50克、空心玻璃微珠100克，混炼均匀，下料待用；
3、使用双辊开炼机，将辊距调到3～5mm，辊温在0～50℃条件下加入步骤1制备的预混胶100克、步骤2制备的预混胶100克，混炼均匀，停放24小时后，用平板硫化机在10MPa，160℃条件下硫化20分钟制成测试样品。
经上述方法制得的低密度易磨损硅橡胶胶料性能测试实验如下：
参照表1，
表1
本发明拓展了硅橡胶材料的应用领域，使胶料在80±5度（邵A）硬度级别下，密度控制在0.95 g/cm3以下，强度范围2～5 Mpa，扯断伸长率范围70～140%，撕裂强度范围3～8KN/m，热导率大于0.24w/（m.k），辊筒磨耗范围0.4~1.0g/cm3 ，100℃×72h对金属0CR17NI4CU4NB和TC4无腐蚀。通过以上材料指标的控制，制得的硅橡胶制品具有一定的弹性、较低的密度和较好的易磨性，满足新型飞机发动机对长寿命和高可靠性的要求。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。