橡膠O型圈密封結構簡(jiǎn)單、密封可靠,因而被廣泛使用。在飛機和航天器中,也經(jīng)常采用這種密封結構,液壓O型圈的硅橡膠,由于硅橡膠是高分子聚合物,空間的各種環(huán)境條件特別是原子氧對其密封性能的影響不可忽視[ 3, 4]。低地球軌道( LEO)的空間環(huán)境主要由N2、 O2、 Ar、 He、 H 和原子氧AO(Atomic Oxygen) 組成,其中原子氧的含量最高約占 80%, 作為L(cháng)EO 環(huán)境中含量最多的粒子,原子氧是氧分子在波長(cháng)小于243 nm 的太陽(yáng)紫外線(xiàn)的光致分解作用下而形成的[ 5]。原子氧不僅具有很強的氧化性,而且當飛行器以軌道速度在LEO 中運行時(shí),原子氧以7~ 8km/ s 的相對速度撞擊材料表面,其撞擊材料的平均動(dòng)能可達 4~ 5eV,從而引起材料性能的變化造成密封效果發(fā)生變化,所以對于要求泄漏率很小的長(cháng)期密封,必須研究原子氧對其密封性能影響的規律。
橡膠O型圈在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的原子氧作用后其質(zhì)量減小,原子氧暴露時(shí)間越長(cháng)O 型圈的質(zhì)量變化越大,而且O 型圈的暴露面積越大,其質(zhì)量變化量越大.
橡膠O型圈的硅橡膠 863-3-1和硅橡膠863-3-3 材料, 在實(shí)驗中O 型圈的壓縮率為40%, 溫度為常溫狀態(tài).橡膠O型圈在經(jīng)過(guò)原子氧作用之后泄漏率比原子氧作用前明顯增大, 并且原子氧作用時(shí)間越長(cháng)泄漏率越大, 其增量約為 9. 4% ~44. 6% .由此可知,原子氧效應對橡膠O型圈的泄漏率影響比較大,而且原子氧和紫外線(xiàn)的綜合作用對泄漏率的影響比原子氧單獨作用的影響更大。
原子氧效應對橡膠O型圈性能的影響,原子氧作用之前的表面非常光滑, 幾乎沒(méi)有表面損傷;在小通量暴露實(shí)驗后表面有了一些變化, 有少量的地方出現一些點(diǎn)狀的凹坑,可能是原子氧對硅橡膠的作用結果。.在經(jīng)過(guò)較大通量的原子氧作用后,表面形貌變化較大,由光滑變得高低起伏呈溝壑狀, 說(shuō)明原子氧作用的時(shí)間對硅橡膠材料的O 型圈的表面形貌有較大的影響。尤其原子氧和紫外輻射綜合作用后,O 型圈表面不但呈溝壑狀, 而且有較多的部分表面出現微小的凹坑, 因此,紫外線(xiàn)輻射和原子氧的綜合作用對O 型圈的影響更加顯著(zhù)。
原子氧對O型圈表面有很大的剝蝕效應; O 型圈經(jīng)過(guò)原子氧暴露后, 質(zhì)量減少、 泄漏率明顯增大;暴露時(shí)間越長(cháng),表面形貌受到的損壞越嚴重、質(zhì)量減少量越多,泄漏率也就越大。 原子氧和紫外線(xiàn)的綜合作用對O 型圈泄漏率影響更加明顯。