聚硫密封劑相容性研究

于美超，宋英紅，劉崢，吳松華

摘 要：考查了鋁合金與復(fù)合材料兩種基材不同表面狀態(tài)時(shí)，聚硫密封劑與基材表面的相容性;以鋁合金為被粘基材，進(jìn)一步研究了不同試驗(yàn)條件下聚硫密封劑間的相容性。試驗(yàn)結(jié)果表明：聚硫密封劑與鋁合金不同表面狀態(tài)及聚硫密封劑間均具有良好的相容性，與復(fù)合材料除未打磨時(shí)外，均具有良好的相容性;當(dāng)復(fù)合材料表面無(wú)法打磨時(shí)，可以選擇使用粘接底涂，改善界面的相容性。

關(guān)鍵詞：聚硫密封劑;鋁合金;復(fù)合材料

中圖分類號(hào)：TQ433 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1001-5922（2021）12-0022-04

Research on Compatibility of Polysulfide Sealant

Yu Meichao， Song Yinghong， Liu Zheng，Wu Songhua

（Beijing Institute of Aerial Materials， Beijing 100095， China）

Abstract：When the two substrates of aluminum alloy and composite material are in different surface states， the compatibility between polysulfide sealant and substrate surface is examined. And the compatibility between the polysulfide sealant under different test conditions is further studied with the aluminum alloy as the bonded substrate. Here， the polysulfide sealant and aluminum alloy both have good compatibility in different surface states， and the polysulfide sealant? also have good compatibility with the composite material except when it is not polished. When the surface of composite material cannot be polished， a bonding base coat can be selected to improve the interface compatibility.

Key words：Polysulfide sealant;Aluminum alloy;Composite material

0 引言

飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)已逐步呈現(xiàn)出一體化、整體化的發(fā)展趨勢(shì)[1];新一代飛機(jī)以減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量、提高結(jié)構(gòu)壽命、降低制造成本為目標(biāo)，采用高性能、長(zhǎng)壽命、低成本的機(jī)體材料和結(jié)構(gòu)[2]。復(fù)合材料因具有高比強(qiáng)度、高比模量、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)，其在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用已經(jīng)取得了飛速的發(fā)展，在航空工業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，被廣泛應(yīng)用于民用飛機(jī)的各類結(jié)構(gòu)[3-5]。而鋁合金作為當(dāng)前主要的航空工程材料，在目前正在使用的民用客機(jī)中，還在大量使用鋁合金[6-7]。

密封劑因其良好的粘接、耐燃油、耐溶劑和耐老化等特性，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的密封。隨著飛行時(shí)間的增加、環(huán)境和溫度變化、交變載荷和微生物作用的影響，結(jié)構(gòu)密封部位出現(xiàn)裂紋，在飛機(jī)日常維護(hù)或大修時(shí)，需使用密封劑進(jìn)行修補(bǔ)。本文依據(jù)聚硫密封劑與鋁合金、復(fù)合材料不同表面狀態(tài)接觸的可能性，設(shè)計(jì)了聚硫密封劑與基材相容性試驗(yàn)及以鋁合金為基材表面時(shí)，聚硫密封劑間相容性試驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

液體聚硫橡膠，黏度為6～45 Pa·s，錦西化工研究院有限公司;輕質(zhì)活性碳酸鈣，上海大宇生化有限公司;氣相法二氧化硅，德固賽;硅烷偶聯(lián)劑，福斯曼科技（北京）有限公司;增粘劑，南通星辰合成材料有限公司;二氧化錳（FA級(jí)），霍尼韋爾貿(mào)易（上海）有限公司;二苯胍（促進(jìn)劑D）（工業(yè)級(jí)），沈陽(yáng)東北助劑化工有限公司;硬脂酸（工業(yè)級(jí)），浙江杭州油脂化工有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

S100三輥研磨機(jī)，上海第一化工機(jī)械廠;GT-AI-3000單柱式伺服控制電腦系統(tǒng)拉力機(jī)，高鐵檢測(cè)設(shè)備有限公司;M115老化試驗(yàn)箱，德國(guó)賓得。

2 試樣制備

2.1 聚硫密封劑的制備

2.1.1 基膏制備

將100 g液體聚硫橡膠、10 g氣相法二氧化硅、2 g輕質(zhì)活性碳酸鈣、增粘劑2 g和5 g硅烷偶聯(lián)劑，混合均勻，然后將上述物料在S100三輥研磨機(jī)上研磨3遍，即得基膏。

2.1.2 硫化劑制備

將100 gMnO2、100 g鄰苯二甲酸二丁酯、5 g促進(jìn)劑D和1 g硬脂酸混合均勻，然后將上述物料在S100三輥研磨機(jī)上研磨3遍，即得硫化膏。

2.1.3 密封劑的制備

將基膏和硫化劑按100：10質(zhì)量比混合均勻即可。

2.2 試片表面狀態(tài)的準(zhǔn)備

結(jié)合聚硫密封劑與不同基材表面接觸的可能性，進(jìn)行了聚硫密封劑與基材表面相容性試驗(yàn)，試驗(yàn)方案如表1所示。

2.3 試樣制備

2.3.1 聚硫密封劑與基材表面相容性試樣制備

準(zhǔn)備表1中6種不同表面處理方式的試片各8片，將其中每種表面處理后的試片各取4片;取24片基材進(jìn)行清潔處理;將剩余的24片基材放入盛有3號(hào)噴氣燃料的玻璃缸，待試片完成浸泡后，用相同的方法清潔試片表面，制樣。

將上述剝離試樣放置在標(biāo)準(zhǔn)溫、濕度條件下硫化14 d后，取12種不同基材表面狀態(tài)的相容性試樣2個(gè)，共計(jì)24個(gè)相容性試樣，進(jìn)行測(cè)試，剩余的24個(gè)相容性試樣進(jìn)行100℃×168 h耐3號(hào)噴氣燃料老化試驗(yàn)后再進(jìn)行測(cè)試。

2.3.2 聚硫密封劑相互間相容性試樣制備

準(zhǔn)備7075陽(yáng)極化鋁合金試片8片，用相同的方法進(jìn)行表面清潔后將試片放置在180°剝離標(biāo)準(zhǔn)試片成型模具的下模凹槽中，將聚硫密封劑涂覆至試片露出表面并刮平，使得被修補(bǔ)密封劑層的表面與凹槽頂部平齊，厚度約為3.20 mm;在標(biāo)準(zhǔn)溫、濕度條件下硫化14 d后，取其中4個(gè)試樣進(jìn)行100℃×168 h耐3號(hào)噴氣燃料老化試驗(yàn);將涂覆有聚硫密封劑的試片置于相容性試片成型模具下模的凹槽中，制得相容性試樣，試樣如圖1所示。

將上述相容性試樣放置在標(biāo)準(zhǔn)溫、濕度條件下硫化14 d后，取底層密封劑層未老化及老化處理的試樣各2個(gè)，進(jìn)行測(cè)試;剩余的4個(gè)相容性試樣進(jìn)行100℃×168 h耐3號(hào)噴氣燃料老化試驗(yàn)后再測(cè)試。

2.4 性能測(cè)試

剝離強(qiáng)度：硫化試樣按照HB/T 5249—1993標(biāo)準(zhǔn)，采用電子拉力機(jī)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試溫度為（23±2） ℃。

3 結(jié)果與討論

3.1 聚硫密封劑與基材表面不同狀態(tài)相容性試驗(yàn)結(jié)果

聚硫密封劑與不同基材的不同表面狀態(tài)相容性試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可看出，聚硫密封劑與鋁合金不同表面不同老化狀態(tài)時(shí)均具有良好的相容性，可達(dá)100%內(nèi)聚破壞;對(duì)于復(fù)合材料除未打磨時(shí)，聚硫密封劑與其表面亦具有良好的相容性。復(fù)合材料表面未打磨處理時(shí)，聚硫密封劑與該狀態(tài)的表面出現(xiàn)光板現(xiàn)象，如圖2（左）所示。其原因可能為復(fù)合材料表面一層脫模劑，影響了密封劑與復(fù)合材料表面的相容性。針對(duì)這一現(xiàn)象，采用在未打磨的復(fù)材表面涂覆一層底涂的方法，然后進(jìn)行相容性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果：在標(biāo)準(zhǔn)硫化條件時(shí)，出現(xiàn)100%內(nèi)聚破壞，剝離強(qiáng)度為6.40 kN/m，如圖2（右）所示。在其余試驗(yàn)條件下時(shí)，密封劑與復(fù)材表面未出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，內(nèi)聚破壞率均為100%，相容性好。

3.2 聚硫密封劑相互間相容性試驗(yàn)結(jié)果

以陽(yáng)極化鋁合金為基材，進(jìn)行不同狀態(tài)條件下聚硫密封劑相互間相容性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可看出，在100℃×168 h耐3號(hào)噴氣燃料老化前后聚硫密封劑相互間均具有良好的相容性，內(nèi)聚破壞率為100%。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）聚硫密封劑與鋁合金基材不同表面狀態(tài)具有良好的相容性;

（2）聚硫密封劑與復(fù)合材料除未打磨時(shí)，其余狀態(tài)下亦具有良好的相容性;當(dāng)復(fù)材表面無(wú)法進(jìn)行打磨處理時(shí)，可以采用在復(fù)材表面涂覆粘接底涂的方法，改善二者界面的相容性;

（3）聚硫密封劑相互間相容性良好，未出現(xiàn)分層或脫粘等現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

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