不同含硫密封劑的耐SO2 鹽霧性能研究

劉藝帆，任 杰，章諫正，吳松華

（1 中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京100095；2 成都飛機(jī)設(shè)計研究所，四川成都610041)

液體含硫橡膠含有大量的C-O、C-S 等極性基團(tuán)，具有優(yōu)異的耐介質(zhì)、耐溫和耐老化等性能，適宜作為基礎(chǔ)聚合物，配制成適用于航空領(lǐng)域的彈性密封劑，并應(yīng)用于飛機(jī)整體油箱密封、機(jī)體結(jié)構(gòu)防腐蝕密封和座艙密封等部位［1-3］。由于密封劑會應(yīng)用于飛機(jī)的貼合面密封等不可拆卸的部位，長期使用要求與機(jī)同壽，因此密封劑的耐環(huán)境穩(wěn)定性對飛機(jī)的使用壽命有著重要的影響。隨著我國航空事業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)的服役范圍越來越廣闊，使用環(huán)境不局限于陸基，還面臨著海洋環(huán)境的考驗。海洋大氣環(huán)境具有高鹽高濕的特點，結(jié)合人類生活和設(shè)備排放的各種廢氣，易在飛機(jī)表面形成酸性鹽霧環(huán)境，因此需要對密封劑的耐酸性鹽霧性能進(jìn)行考察［4-5］。SO2鹽霧是一種較為苛刻的環(huán)境試驗條件，適宜用于模擬海洋環(huán)境，以考察飛機(jī)密封劑的耐環(huán)境穩(wěn)定性。

本文通過對聚硫密封劑、改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑等三種常見的含硫密封劑在耐SO2鹽霧試驗前后的力學(xué)性能、粘接性能和壓縮性能進(jìn)行測試和對比，來評價三種密封劑的耐SO2鹽霧能力。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

聚硫密封劑，北京航空材料研究院；改性聚硫密封劑，北京航空材料研究院；聚硫代醚密封劑，北京航空材料研究院。

1.2 試驗儀器

電子天平（精度0.001g），賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；KBF115 型恒溫烘箱，德國弗蘭茨賓德有限公司；T2000ET 型電子拉力機(jī)，北京友深電子儀器有限公司；三輥研磨機(jī)，廣州紅運機(jī)械設(shè)備有限公司；低溫耐寒系數(shù)測試儀，高鐵檢測儀器有限公司；鹽霧腐蝕試驗箱，無錫蘇南試驗設(shè)備公司。

1.3 密封劑的配制和硫化

密封劑的基膏和硫化劑按100∶10 的比例初步攪拌后，使用三輥研磨機(jī)混合均勻，并放入相應(yīng)的模具中制得試樣。試樣的硫化條件：在23℃條件下硫化1d 后，再在70℃條件下硫化1d。

1.4 試驗方法

（1）拉伸性能：根據(jù)GB/T 528-2009 進(jìn)行測定。

（2）180°剝離強(qiáng)度：按照HB 5249-1993 進(jìn)行測定。

（3）壓縮永久變形率：根據(jù)GB/T 1683-2018 進(jìn)行測定，試驗溫度為70℃，試驗時間24h。

（4）壓縮模量：根據(jù)GB/T 7757-2009 進(jìn)行測定，試樣尺寸為Φ29mm×12.5mm。

（5）壓縮耐寒系數(shù)：按照HG/T 3866-2008 進(jìn)行測定，試驗溫度為-55℃。

（6）SO2鹽霧試驗：根據(jù)ASTM G85 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐鹽霧2d、4d 和8d 的試驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 力學(xué)性能

按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐SO2鹽霧試驗，對比了聚硫密封劑、改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧試驗前后的力學(xué)性能變化，試驗結(jié)果見表1。

表1 三種密封劑在耐SO2 鹽霧試驗前后的力學(xué)性能Table 1 The mechanical properties of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

由表1 可知，在進(jìn)行耐SO2鹽霧試驗后，三種密封劑的力學(xué)性能均發(fā)生不同程度地下降。其中，聚硫密封劑的力學(xué)性能下降程度最大，耐SO2鹽霧8d 后，拉伸強(qiáng)度由4.23MPa 下降到3.35MPa，扯斷伸長率由405.2%下降到351.3%。改性聚硫密封劑在耐SO2鹽霧8d 后，拉伸強(qiáng)度由3.51MPa 下降到3.18MPa，相較于耐SO2鹽霧前的有所下降。而聚硫代醚密封劑的力學(xué)性能下降程度最小，耐SO2鹽霧8d 后，拉伸強(qiáng)度為3.42MPa，相較于耐SO2鹽霧前的（3.57MPa）只下降了4.2%。

這可能由于液體聚硫橡膠含有大量的多硫鍵（S-S），其鍵能低，在苛刻的環(huán)境條件下易發(fā)生斷裂，影響密封劑的性能。液體改性聚硫橡膠由于加入的單硫基團(tuán)低分子化合物發(fā)生了內(nèi)交換反應(yīng)，減少了S-S 鍵的百分含量，因此改性聚硫密封劑在耐SO2鹽霧試驗后的力學(xué)性能要優(yōu)于聚硫密封劑的。而液體聚硫代醚橡膠分子鏈中不存在多硫鍵，因此聚硫代醚密封劑的耐SO2鹽霧性能最佳。

2.2 粘接性能

按照標(biāo)準(zhǔn)對聚硫密封劑、改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧試驗前后的粘接性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表2。

表2 三種密封劑在耐SO2 鹽霧試驗前后的粘接性能Table 2 The adhesive properties of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

由表2 可知，聚硫密封劑、改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧試驗前后的粘接性能變化不大。這是由于試樣放置于SO2鹽霧環(huán)境時，SO2鹽霧只能侵蝕試樣的外側(cè)暴露部分，而無法透過密封劑侵蝕密封劑與金屬基材的粘接面，因此密封劑的粘接性能沒有明顯的變化，三種含硫密封劑在耐SO2鹽霧8d 后仍然能夠起到保護(hù)金屬基材的作用。

2.3 壓縮性能

按照標(biāo)準(zhǔn)對聚硫密封劑、改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧試驗前后的壓縮模量、壓縮永久變形率和壓縮耐寒系數(shù)進(jìn)行測試。試驗結(jié)果分別如圖1、圖2 和圖3 所示。

圖1 三種密封劑在SO2 耐鹽霧試驗前后的壓縮模量(MPa)Fig.1 The compression modulus of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

圖2 三種密封劑在耐SO2 鹽霧試驗前后的壓縮永久變形率(%)Fig.2 The compression permanent deformation of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

圖3 三種密封劑在耐SO2 鹽霧試驗前后的壓縮耐寒系數(shù)Fig.3 The coefficient of cold resistance under compression of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

由圖1 可知，SO2鹽霧試驗前，聚硫密封劑的壓縮模量最小，為3.85MPa；而改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑的壓縮模量相當(dāng)，為4.8MPa。進(jìn)行SO2鹽霧試驗后，聚硫密封劑在耐SO2鹽霧8d 后，壓縮模量下降到3.5MPa；改性聚硫密封劑的壓縮模量由4.8MPa 下降到4.45MPa，而聚硫代醚密封劑的壓縮模量并沒有明顯下降，耐SO2鹽霧8d 后，壓縮模量仍有4.7MPa。

由圖2 可知，耐SO2鹽霧試驗前，聚硫密封劑的壓縮永久變形率就顯著高于改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑的，為86.2%。這是由于液體聚硫橡膠中的多硫鍵含量高，在高溫壓縮狀態(tài)下易發(fā)生內(nèi)交換反應(yīng)，形成新的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，引發(fā)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變所致。其在耐SO2鹽霧試驗后的壓縮永久變形率更是高達(dá)100%，幾乎不發(fā)生回彈。改性聚硫密封劑在耐SO2鹽霧試驗前的壓縮永久變形率為57.15%。隨著SO2鹽霧試驗時間的增加，其壓縮永久變形率逐步上升，在耐SO2鹽霧8d 后，壓縮永久變形率為85.76%。聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧試驗前的壓縮永久變形率最低，為43.81%。其壓縮永久變形率隨耐SO2鹽霧試驗時間增加的上升幅度也最小，在耐SO2鹽霧8d 后的壓縮永久變形率為50.52%。

由圖3 可知，耐SO2鹽霧試驗前，聚硫代醚密封劑的壓縮耐寒系數(shù)為0.270，顯著高于聚硫密封劑的（0.106）和改性聚硫密封劑的（0.199）。隨著耐SO2鹽霧試驗時間的增加，三種密封劑的壓縮耐寒系數(shù)均發(fā)生不同程度地下降。其中，聚硫密封劑的下降程度最大，在耐SO2鹽霧8d 后，壓縮耐寒系數(shù)僅為0.012。換句話說，在-55 ℃下壓縮后幾乎不再發(fā)生回彈。改性聚硫密封劑在耐SO2鹽霧2d 時下降并不明顯，但之后下降顯著，8d 后下降到0.145。聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧8d 后的壓縮耐寒系數(shù)為0.254，相較于耐SO2鹽霧試驗前的僅下降了6%。

綜上所述，在耐SO2鹽霧試驗后，聚硫密封劑的各項壓縮性能下降最為顯著，改性聚硫密封劑次之，而聚硫代醚密封劑的下降程度較小。這一結(jié)果和三種密封劑在耐SO2鹽霧試驗后的力學(xué)性能變化是一致的。

3 結(jié)論

（1）耐SO2鹽霧試驗后，三種含硫密封劑的力學(xué)性能和壓縮性能會發(fā)生不同程度地下降，但粘接性能沒有受到明顯影響。

（2）在三種含硫密封劑中，聚硫代醚密封劑具有較好的耐SO2鹽霧能力，各項性能下降幅度均低于聚硫密封劑和改性聚硫密封劑的。