Page 125 - 《橡塑技术与装备》2025年4期

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火星车橡胶制品的研发进展浅析

章羽 编译
( 全国橡塑机械信息中心， 北京 100143）

摘要： 本文讨论了为火星应用开发高性能橡胶的必要性和挑战。火星极端的温度变化和辐射环境要求橡胶材料具备特殊的性能，
如低温弹性和抗辐射性。文章探讨了橡胶分子结晶对密封性能的影响，以及如何通过材料选择和改性来避免结晶和放气问题。此外，
还讨论了在橡胶配方中替代挥发油的潜在油替代品，包括树脂、液体橡胶和离子液体。
关键词 ： 高性能橡胶 ；火星 ；低温弹性 ；抗辐射
中图分类号 ： TQ330.381 文章编号 ： 1009-797X(2025)03-0073-06
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2025.04.016

想象一下，一辆卡车大小的火星车载着宇航员和 这项任务目前在红 4 号火星项目中实现。
大量货物。这种漫游车的重量将超过目前使用的漫游 尽管火星被认为是人类探索和潜在殖民化的最有
车。此外，漫游车的速度必须比目前的最大速度 0.18 希望的地方，但其表面的条件比地球上的条件要恶劣
km/h 快得多。因此，这种车辆需要高性能的弹性车轮 得 多。 它 的 日 温 度 振 幅 达 到 100 K， 最 小 约 为 -140
和阻尼系统，以确保安全并最大限度地减少振动。当 ℃，最大约为 30 ℃，例如，勇气号火星车在火星冬
应用需要弹性和阻尼性能时，橡胶是明显的选择材料。 季从 -110 ℃变化到 -5 ℃就证明了这一点。这是由
在未来的载人火星车任务中，使用高性能橡胶部件似 于距离太阳很远，大气层比地球薄得多（约占地球大
乎是不可避免的。除此之外，宇航服和栖息地密封还 气层的 0.5%），无法有效地保持热量。火星缺乏磁层
需要橡胶垫片。电缆 / 柔性电缆需要弹性盖来提供绝 和臭氧层，分别导致更高的太阳和银河辐射以及紫外
缘和保护。 线辐射。
然而，目前在火星上使用的设备并没有包含橡胶 总之，为了确保低温弹性，需要应用具有低玻璃
部件。这是因为与金属或陶瓷相比，人们对聚合物材 化转变温度（T g ）的弹性体。目前，有两种类型的弹
料及其在火星车任务中的可靠性仍然缺乏信任。与广 性体可以表现出足够低的 T g 值，以在大多数情况下在
泛使用的金属和陶瓷相比，聚合物由大分子组成，比 火星上保持其弹性性能 ：硅橡胶（MQ），包括其官能
金属或陶瓷的强结合原子更容易受到辐射和环境老化 化变体，如乙烯基甲基硅橡胶（VMQ）；以及丁二烯
的影响。聚合物大分子经历各种老化反应，这主要取 橡胶（BR）。 MQ 具有更好的低温弹性和抗紫外线性能，
决于它们的化学结构。聚合物表现出两种主要的老化 而 BR 具有更好的机械性能和耐磨性。因此，如果这
类型 ：交联和降解。 些弹性体以 BR 为连续相，MQ 为分散相混合，将实
一般来说，交联会导致大分子之间形成额外的化 现协同效应。需要克服的挑战是这两种弹性体的热力
学键，从而降低材料的弹性 ；而降解是基于聚合物链 学不混溶性，这可以通过对它们的分子链进行化学改
断裂，导致机械性能降低。然而，未来的载人火星任 性来解决，此外，它们的抗辐射性可以通过芳香基团
务将极大地受益于聚合物材料 ；例如，用于航天服制
造的合成纺织品。这是美国国家航空航天局所期望的， 作者简介 ：章羽（1991-），男，本科，主要从事橡塑技术
装备方面的研究，已发表论文多篇。
因此，毅力号火星车目前携带了一个装有聚合物的测
原 文：RUBBER WORLD No.9/2024,b y Rafal
试箱，预计将用于新的火星航天服设计。鉴于此，需 Anyszka,University of Twente and University of Akron;Anke Blume
要开发可用于航天服密封和其他关键应用的橡胶材料。 and Wisut Kaewsakul,University of Twente;LiJia,University of
Akron;and Magdalena Maciejewska,Lod zUniversity of Technology

年
2025 第 51 卷 ·73·