聚硫醚密封劑中環(huán)氧樹脂的使用

孟凡娜

摘 要：在聚硫醚密封劑中采用液體聚硫醚橡膠進行硫化，通過使用聚硫醚作為密封劑生膠或者EP進行硫化，新型聚硫醚密封劑的綜合性能更加突出。通過全面的試驗分析可以看出，該新型材料的熱分解溫度同普通的聚硫橡膠相比更高，將聚硫醚密封劑進行熱循環(huán)處理后，其拉伸強度變化為31%、斷裂拉伸變化率為42%，而聚硫密封劑的拉伸強度變化為45%、斷裂伸長變化率為64%。由此可以看出聚硫醚密封劑的性能高于聚硫密封劑。從粘結(jié)性角度分析，聚硫醚密封劑的粘結(jié)性以及適用性更廣，可以針對多種基材進行粘結(jié)，并且在常溫環(huán)境下，其剝離強度高于7.5Kn/m，另外使用60℃的鹽水環(huán)境下或者航空煤油雙層液進行浸泡，七天后仍舊為內(nèi)聚破壞。同其他的密封劑相比，聚硫醚密封劑基本不會受到溫度、濕度的影響，并且該種密封劑硫化率相對較大、加工性能良好、硫化效果良好。

關(guān)鍵詞：聚硫醚；密封劑；環(huán)氧樹脂

前言

從耐油性、密封性以及耐溫性角度分析，液體聚硫橡膠具有相當?shù)膬?yōu)勢，在密封體系中嶄露頭角，受到了廣泛的關(guān)注，被應(yīng)用于建筑用密封劑以及飛機油箱的密封中。而該種密封劑的硫化劑大多會使用金屬氧化物例如氧化鋅或者PbO2，但是在整個反應(yīng)過程中，生成物中含有水，所以聚硫密封劑的硫化過程中很容易受到溫度、濕度以及水分含量等外在因素的影響，在所有的硫化劑體系影響中，MnO2硫化劑受到的影響最大，因此密封劑會出現(xiàn)不確定的活性期，且粘結(jié)性以及力學(xué)性能等都會產(chǎn)生不穩(wěn)定的狀況。而EP同巰基在反應(yīng)過程中會完成硫化過程，并且是用環(huán)氧樹脂不用擔(dān)心受到溫度或者濕度環(huán)境影響，因此人們在聚硫密封劑的研制中對EP硫化型材料較多，但是研發(fā)并不盡如人意。文章主要研究了以液體聚硫醚橡膠作為密封劑生膠，其官能度為2.3，在25℃環(huán)境下粘度可以達到28Pa·s。通過實驗分別對聚硫醚密封劑的耐油性、耐溫性以及密封性等基本性能進行了實驗、考察。從而制備出具有良好發(fā)展和推廣前景的高性能EP硫化聚硫醚密封劑。

1 試驗分析

1.1 原料介紹

實驗中所應(yīng)用到的實驗原料包括液體聚硫醚橡膠、聚硫密封劑、活性碳酸鈣、二氧化硅、EP、1，8-二氮雜環(huán)[5，4，0]十一烯-7（DBU）。其中液體聚硫醚橡膠的官能度為2.3，Mn含量為4000；液體聚硫醚橡膠為日本東麗公司出品的工業(yè)級聚硫醚橡膠；活性碳酸鈣為上海大宇生化有限公司出品的工業(yè)級活性碳酸鈣；二氧化硅則是美國卡博特有限公司出品的工業(yè)級原料；工業(yè)級EP為美國陶氏化學(xué)公司出品，以上實驗材料均符合實驗原料質(zhì)量要求。

1.2 儀器分析

實驗所采用儀器均需要經(jīng)過預(yù)先的檢測、調(diào)試，實驗中所需要用到的設(shè)備、儀器包括：GT-AT-3000型電子拉力機、熱重分析儀以及差示少秒量熱議、邵氏橡膠硬度計以及三輥研磨機。熱重分析儀型號為2050型、三輥研磨機型號為S100型。

1.3 制備過程分析

1.3.1 基膏：將液體聚硫醚橡膠同碳酸鈣、二氧化硅進行均勻混合（質(zhì)量分數(shù)100%的聚硫醚橡膠、質(zhì)量分數(shù)40%的CaCO3、質(zhì)量分數(shù)為30%的SiO2），混合攪拌采用三輥研磨機進行。

1.3.2 硫化密封劑。將EP同上述步驟制備的基膏、DBU進行混合（質(zhì)量分數(shù)100%的基膏、質(zhì)量分數(shù)為5%的EP以及質(zhì)量分數(shù)為0.5%的DBU），通過三輥研磨劑進行均勻混合。

1.4 測試表征

（1）拉伸性能：按照相關(guān)標準，采用電子拉力機進行測定（加載速率為500mm/min）。

（2）剝離強度：按照相關(guān)標準，采用電子拉力機進行測定（加載速率為（50mm/min）。

（3）熱性能：采用熱失重分析（TGA）法進行表征（N2氣氛，升溫速率為10K/min）。

（4）玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）：通過DSC法針對熱量變化進行表征，即差示掃描量熱，其升溫速率為10K/min。

（5）熱循環(huán)性能：熱循環(huán)條件是在一定的循環(huán)范圍中循環(huán)6次，即127℃/6h至160℃/40min至182℃/h，最終到38℃。

（6）硬度：其硬度需要依照相關(guān)標準進行測定。

2 結(jié)果分析

2.1 聚硫醚密封劑的制備

聚硫醚橡膠與聚硫橡膠具有類似的分子結(jié)構(gòu)和黏度等物理性質(zhì)，本研究采用與聚硫橡膠相同的制備方法制取聚硫醚密封劑的基膏（將聚硫醚橡膠與碳酸鈣，二氧化硅等填料混合均勻即可）。在當前的聚硫醚密封劑的制備中期硫化劑大多會使用MnO2，由于聚硫醚橡膠也屬于巰基封端型的，故二氧化錳也可作為聚硫醚密封劑的硫化劑；同時，本研究也考察了EP硫化聚硫醚密封劑體系的硫化特性。

2.1.1 密封劑種類對硫化速率的影響

若條件一定，對于密封劑硫化特性的研究主要通過體系硬度進行考察，在整個硫化過程中，若條件標準，即溫度為20℃、相對濕度為50%，硬度達30，反應(yīng)的時間最多的為聚硫密封劑，其次則是聚硫醚密封劑，而EP硫化聚硫密封劑的硫化時間最短。通過這種比較可以總結(jié)出，在硫化速率上聚硫醚密封劑的硫化速度相對較快，而硫化劑的使用中EP快于MnO2。從另一個角度進行分析，則可以看出一旦某些密封劑在活性期內(nèi)，其施工的各環(huán)節(jié)時間必然會有所減少，即施工的整體周期縮短。

2.1.2 溫濕度對硫化速率的影響

在其他條件保持不變的前提下，通過改變試驗溫度及濕度來考察聚硫醚密封劑硫化速率的變化情況。經(jīng)二氧化錳硫化后的聚硫醚密封劑，溫濕度的降低對其硫化速率影響較大，其硬度均小于標準條件下的硫化硬度（當硫化溫度降至10℃時，30h時硬度僅為22；當相對濕度降至30℃時，30h時硬度僅為25），說明溫濕度的降低均減慢了二氧化錳的硫化速率、經(jīng)EP硫化后的聚硫醚密封劑，溫濕度的降低對其硫化速率影響不大，與標準條件下的硫化速率無明顯區(qū)別。綜上所述，采用EP作為聚硫醚密封劑的硫化劑較適宜，外界環(huán)境變化對該密封劑的硫化效果影響不大。

2.2 耐熱性能比較

由于聚硫橡膠分子結(jié)構(gòu)中含有雙硫鍵，故其耐高溫性能受到一定影響，聚硫醚橡膠與聚硫橡膠一樣具有很低的Tg，說明兩者都具有較好的柔韌性及耐低溫性能；聚硫醚橡膠的起始分解溫度比聚硫橡膠高15℃左右、說明前者的耐高溫性能相對較好。經(jīng)熱循環(huán)處理前后、聚硫醚密封劑的拉伸強度變化率（31%）小于聚硫密封劑（45%），并且前者的斷裂伸長率變化率也相對最小。結(jié)合兩種液體橡膠的TGA表征結(jié)果，可以說明聚硫醚密封劑的耐高溫性能優(yōu)于聚硫密封劑，即前者可適用于耐熱性能要求更高的密封場所。

2.3 膠接件粘度分析

粘結(jié)穩(wěn)定性是衡量密封劑在各類基材中使用效果最基本的標準之一，若其他條件相同，針對EP硫化聚硫醚密封劑性能中粘度進行考察主要通過改變基材的方式。通過分析可以看出，膠接件若采用聚硫醚密封劑制備其常溫剝離強度極高，且均為內(nèi)聚破壞。以此可以看出聚硫醚密封劑的常溫粘接性能較高。另外若采用航空煤油雙層液或者60℃鹽水對該膠接件浸泡七天，其粘結(jié)性仍舊良好，因此總結(jié)出聚硫醚密封劑具有良好的耐水性、粘接性和耐油性。

3 結(jié)束語

通過上述研究可以看出，密封劑的制備中采用液體聚硫醚橡膠作為生膠可以制備出一種新型的聚硫醚密封劑，該種材料的耐高溫性較好。并且該種密封劑硫化劑為EP，因而在硫化過程中不會受到外界環(huán)境溫度、濕度的影響，因此其施工性較高。相比較于聚硫橡膠，該種新型材料的分子結(jié)構(gòu)中不存在多硫鍵，因此相較于聚硫密封劑，該種新型材料的耐高溫性較高。經(jīng)過綜合分析，該種新型的密封劑粘結(jié)性良好，適應(yīng)多種基材。

參考文獻

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[2]劉剛，秦蓬波，吳松華.新型耐高溫耐油聚硫代醚密封劑的研究[J].中國膠粘劑，2009，8.