真空包壓敏耐高溫（200 ℃）密封膠條研制

趙飛明，孫春燕，王 丹

（1.航天材料及工藝研究所，北京 100076；2.豐臺職工大學，北京 100071）

真空包壓敏耐高溫（200 ℃）密封膠條研制

趙飛明，孫春燕，王 丹

（1.航天材料及工藝研究所，北京 100076；2.豐臺職工大學，北京 100071）

使用丁基橡膠、酚醛硫化劑、氧化鈣、聚異丁烯和滑石粉為原料，制備真空包壓敏耐高溫（200 ℃）密封膠條，研究了各原料對密封膠條性能的影響。結(jié)果表明，制備的密封膠條有較好的力學性能、密封性能和耐高溫性能。室溫拉剪強度＞0.17 MPa，拉斷伸長率＞700%，200 ℃、6 h加熱后室溫拉剪強度為0.19～0.35 MPa，高溫使用后室溫剝離不留殘余。200 ℃真空包固化12 h內(nèi)不泄漏，抽真空壓強接近0.1 MPa。

密封膠條；真空包；耐高溫；壓敏性

真空包也叫真空袋，加壓固化可用于材料的制備，固化溫度為室溫至約200 ℃。給真空包抽真空，可提供接近0.1 MPa壓強。真空包加壓固化裝置最基本組成有4個部分，模具，真空包膜，密封膠條（也叫密封膠帶，放在模具和真空包膜之間，提供壓敏密封性），抽真空接頭（見圖1）。待固化物放在真空包內(nèi)，抽真空就可提供接近0.1 MPa壓強。真空包加壓固化裝置有很多變化，真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移模塑（VARTM）就是其中之一（見圖1），此裝置多了1個注膠接頭，既可注膠又可加壓固化。

在圖1基礎上，VARTM有許多改進，例如：（1）雙真空包；（2）熱壓罐/真空輔助樹脂滲透（VARI）[1，2]；（3）高滲透介質(zhì)型裝 置[3]（ HPL）；（4）溝 槽 型 裝 置[3]（CIC）；（5）真空輔助工藝（VAP）[4]；（6）受控氣壓樹脂滲透（CAPRI）[5，6]等。

密封膠條是真空包固化必不可少材料，對成型工藝具有重要的影響。真空包壓敏耐高溫密封膠條（以下簡稱密封膠條）有下列技術要求：（1）優(yōu)異的密封性。有較強的粘性，室溫具有壓敏性，指壓粘接在模具和密封薄膜之間，抽真空過程中對固化物施加近0.1 MPa的壓強，保證密封；（2）合適的耐溫性、強度和韌性。耐溫性：室溫～200℃；有很好的力學性能（強度和韌性），室溫不硫化，加熱逐步硫化，室溫、高溫都能較好保持密封膠條形狀；拉斷伸長率高，適應溫度變化、小分子逸出引起的變形；（3）良好的可操作性。室溫使用可重新定位。有好的剝離性能，高溫使用冷卻后能從模具的表面撕下，沒有殘余。

黑龍江石化院研制了J-83丁基密封膠條[7]，最高使用溫度為200 ℃；北京航空材料研究院研制的XM37氯化丁基密封膠條[8]，最高使用溫度為180 ℃。2種密封膠條在高溫使用后易于剝離（整體剝離或有少量殘余并用汽油清理），但沒有公布配方和制備方法。

國外密封膠條廠家主要有AORTECH和AEROVAC兩家公司，有多種牌號，產(chǎn)品已經(jīng)系列化。這些密封膠條可在室溫～230 ℃使用。本文通過配方和工藝試驗，制備出耐溫達200℃密封膠條，滿足航天工業(yè)國產(chǎn)化需求。

1 實驗部分

1.1 原料

丁基橡膠268，ExxonMobil公司；溴化對叔辛基酚醛樹脂（HY-2055），山西化工研究院；中分子質(zhì)量聚異丁烯（PIB，黏均分子質(zhì)量45 000），北京卓越科技密封有限公司；滑石粉（橡膠級） ，海城市海燕石粉廠。

1.2 儀器與設備

Bruker Vector33 型紅外光譜儀 ，德國布魯克（Bruker）公司；Pyris1型熱重分析儀，美國珀金埃爾默（P e r k i n Elmer）公司；

捏合機，ZH-2型，如皋新聯(lián)塑料化工機械廠；開煉機，X（S）K-160型，上海橡膠機械一廠；模壓機，Carver Mini C手動型，鞏義市英峪予華儀器廠；真空泵，2XZ-4型，上海真空泵廠；真空壓力表，Z100，北京普特儀表成套廠；鋁板，LY12型，上海潘竹金屬制品有限公司；聚酰亞胺薄膜，厚度0.05～0.076 mm，蘇州市奧爾泰復合材料有限公司。

1.3 密封膠條制備

（1）把丁基橡膠放在兩輥煉膠機中，輥距調(diào)至1 mm左右，素煉5～15 min，加入總量一半的填料，混煉均勻；

（2）將上述混煉料加入溫度為90～100℃的捏合機中，加入預混合好的硫化體系及另外一半填料，捏合均勻，再加入聚異丁烯，捏合均勻，出料；

（3）晾置15～30 h ；

（4）擠出機加熱到60～80 ℃，擠出密封膠條產(chǎn)品。

少量密封膠條制備可使用壓機壓制，裁剪成所需形狀。

1.4 性能測試

拉剪強度：按HB 5481—91《復合材料成型用密封膠條附錄A》測試。

拉斷伸長率：按GB/T528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》測試。

硬度：按照GB/T 531—1999 《橡膠袖珍硬度計壓入硬度試驗方法》測試。

紅外光譜：采用Bruker Vector33型紅外光譜儀測試。

熱重分析：采用美Pyris 1型熱重分析儀（精確度為0.1 μg）測試，空氣，升溫速率為10 ℃/min。

密封性能：采用圖1密封裝置進行測試。圖1中，1為鋁板400 mm×400 mm×3 mm，7為聚酰亞胺薄膜，四周用密封膠條9指壓粘在鋁板上。密封膠條厚2 mm，寬15 mm。注膠接頭8關閉。4、5合并為透氣氈。

圖1 VARTM示意圖Fig.1 Schematic of VARTM

圖1中，4是脫模介質(zhì)（distribution media），用于隔離和排氣，由隔離膜（release films）、脫?？棽迹ㄒ步袆冸x布，peel plies）等組成，分為無孔和有孔2種，為聚丙烯、聚四氟乙烯、四氟乙烯六氟丙烯共聚物等材質(zhì)。隔離膜在固化件上留下光滑表面，脫?？棽荚诠袒狭粝驴椉y，便于后續(xù)的油漆或粘接。5是導流介質(zhì)，由透氣氈（breathers）等組成，透氣氈用于注膠、排氣和吸膠，為聚酯或尼龍等材質(zhì)。4和5可以單獨或組合使用。

2 結(jié)果與討論

2.1 密封膠條制備工藝

混煉工藝決定了密封膠條的各組分分散均勻程度，很大程度上影響密封膠條性能。各組分添加順序是影響密封膠條質(zhì)量的重要因素，順序不當會造成組分分散不均勻，導致焦燒，膠條質(zhì)量下降，影響密封性和耐溫性。密封膠條制備工藝見圖2。

圖2 密封膠條制備工藝流程Fig.2 Technical process of preparing sealant tape

填料及硫化體系必須在增粘劑之前加入。因為先投入增粘劑，會降低膠料黏度，減小混煉剪切力，增粘劑附著在丁基橡膠表面，后續(xù)加入填料等時，填料成塊團聚在一起，受到較大的機械力仍然難以分散開，使得密封膠條表面存在較多大小不均的細小顆粒，缺乏粘性，性能低劣。最后加入增粘劑有利于各組分混合均勻。

硫化劑及促進劑若先投入，混煉時間長，混煉過程不斷產(chǎn)生熱量，容易使膠料過早硫化。所以，盡量減少硫化劑及促進劑的混煉時間。硫化劑及促進劑在加入聚異丁烯之前加入。采用填料分2次加入的二段混煉工藝，密封膠條容易混煉均勻，顏色均一。

密封膠條使用前處于未硫化狀態(tài)，具有自粘性及塑性，室溫不會硫化；150～200 ℃使用時發(fā)生硫化，強度增加，這是密封膠條能耐高溫的原因之一。用完后密封膠條變硬及表面粘性下降，不能再次使用。

2.2 性能評價

通過以上實驗，得到密封膠條配方范圍，選用接近中值作為密封膠條測試和制備配方，見表1。

表1 密封膠條的配方Tab.1 Formulation of sealant tape

2.2.1 紅外光譜

圖3為密封膠條紅外光譜（IR）。

圖3 密封膠條紅外表征譜圖Fig.3 IR spectrum of sealant tape

圖3 中，1 658.7 cm-1處小峰是水峰。其中2 948.7 cm-1處是甲基的C-H反對稱伸縮振動吸收峰，2 889.4 cm-1處為甲基C-H對稱伸縮振動吸收峰和亞甲基C-H反對稱的伸縮振動吸收峰的疊加，1 469.0 cm-1為甲基反對稱C-H變角振動和亞甲基C-H對稱變角振動吸收峰的疊加，1 386.6 cm-1為甲基C-H對稱變角振動吸收 峰[9]， 1 361.7 cm-1、 1 224.8 cm-1為 亞 甲基非平面搖擺振動吸收峰。3 000 cm-1以上沒有吸收峰說明密封膠條基材不含有羥基、氨基等。紅外圖主要是甲基、亞甲基峰表明密封膠條的基材為丁基橡膠和聚異丁烯。1 010.7 cm-1和 667.8 cm-1處 的 特 征 峰 為 密 封 膠條中無機填料的吸收峰。1 010.7 cm-1是滑石粉Si-O伸縮振動吸收峰[10，11]。

2.2.2 熱性能測試

密封膠條200 ℃條恒溫熱重（TG）曲線見圖4。200 ℃加熱180 min失重約2%，240 min失重約6%，雖有質(zhì)損，但因抽真空受壓，密封膠條有仍有很好的耐高溫密封性能。

圖4 密封膠條熱重分析（200 ℃加熱）Fig.4 TG curve of sealant tape at 200 ℃

2.3 密封性能和力學性能

密封性能和力學性能等測試結(jié)果見表2。密封膠條有合適的強度和韌性，200 ℃/12 h密封性不下降，冷后剝離無殘留，有良好的密封性能和使用性能。SM9151是進口密封膠條，測試結(jié)果作為對比。

3 結(jié)論

表2 密封膠條性能Tab.2 Performance of sealant tape

制備的密封膠條有較好的力學性能、密封性能和耐高溫性能。室溫拉剪強度＞0.17 MPa，拉斷伸長率＞700%，200 ℃/6 h使用后室溫拉剪強度為0.19～0.35 MPa，高溫使用后室溫剝離不留殘余。200 ℃真空包固化12 h內(nèi)不泄漏，抽真空壓強接近0.1 MPa。

可進一步進行不同廠家、不同不飽和度丁基橡膠，不同酚醛樹脂硫化體系，不同填料研究，優(yōu)化配方，制備可200～230 ℃使用的系列真空包壓敏耐高溫密封膠條。目前耐400 ℃密封膠條（主體材料不是丁基橡膠）尚需進口，是今后研制的方向。

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Study of pressure-sensitive high-temperature-resistant（200 ℃）sealant tape for vacuum bagging

ZHAO Fei-ming1, SUN Chun-yan1, WANG Dan2
(1.Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology, Beijing 100076, China; 2.Fengtai District Staff University, Beijing 100071, China）

The pressure-sensitive high-temperature-resistant(200 ℃) sealant tape for vacuum bagging was prepared successfully by using the butyl rubber, phenolic vulcanizing agent, CaO, polyisobutylene and talc as the raw materials，and the effect of raw materials on the properties of sealant tape was studied. The results showed that the sealant tape had good mechanical and sealing properties. The lap tensile shear strength at room temperature was over 0.17 MPa, the elongation at break at room temperature was over 700%, the tensile tear strength at room temperature was between 0.19～0.35 MPa after heating at 200 ℃ for 6 h, and when room temperature peeling there was no residue after high temperature use. The vacuum bagging had no leak at 200 ℃ for 12 h when the exhausted pressure remained about 0.1 MPa.

sealant tape; vacuum bagging; high temperature resistance; pressure sensitivity

TQ436+.6

A

1001-5922（2017）12-0025-04

2017-02-09

趙飛明（1955-），男，博士，研究員，長期從事膠粘劑研究。E-mail：zhaofm5555552@sina.com。