刷涂型改性聚硫密封劑的性能研究

楊亞飛，宋英紅，吳松華（北京航空材料研究院，北京 100095）

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刷涂型改性聚硫密封劑的性能研究

楊亞飛，宋英紅，吳松華
（北京航空材料研究院，北京 100095）

摘要：研究了不同生膠基體、不同填料，以及填料的表面處理對(duì)于刷涂型密封劑的黏度和強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，生膠基體和填料是決定密封劑黏度和強(qiáng)度的重要因素，填料經(jīng)表面處理后可一定程度降低密封劑的黏度，并提高密封劑的強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：刷涂型；密封劑；性能

聚硫密封劑是飛機(jī)整體油箱最主要的密封材料，是航空密封材料的重要組成部分。在飛機(jī)的整體油箱密封中有多種密封形式，包括填角密封、表面密封、貼合面密封、緊固件罩封、預(yù)填密封等，其中表面密封由于作用于密封表面直接決定密封工藝的外觀和密封質(zhì)量，對(duì)密封劑的施工性能要求很高［1］。黏度較高的密封劑需要溶劑稀釋才能使用，但溶劑揮發(fā)會(huì)造成大量氣泡殘留在密封表面，嚴(yán)重影響密封劑的外觀和密封效果。而刷涂型密封劑黏度在10～50 Pa·s，無(wú)需溶劑稀釋可直接進(jìn)行表面密封，具有良好的工藝性能，將成為表面密封的主要密封劑類型［2，3］。

黏度和強(qiáng)度是刷涂型密封劑的重要性能，黏度決定了密封劑的可刷涂性，強(qiáng)度決定了密封劑的密封性能。本文研究了不同生膠基體、不同填料，以及填料的表面處理對(duì)于刷涂型密封劑的黏度和強(qiáng)度的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

聚硫橡膠，G44，阿克蘇諾貝爾；液體改性聚硫橡膠，MPS101-3，北京航空材料研究院；重質(zhì)CaCO3，CarbitaI S，Imerys；沉淀SiO2，HL-20，贏創(chuàng)；煅燒高嶺土，Neogen 1000，Imerys；TiO2，R-902，杜邦公司；滑石粉，HTP2，IMIFABI；KH550、KH570、 KH590，合格品，遼寧蓋州市化學(xué)工業(yè)有限責(zé)任公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

黏度計(jì)，Brookfield HA系列，美國(guó)BROOKFIELD公司；雙行星式攪拌機(jī)，SXJ-2型，成都四維機(jī)械設(shè)備有限責(zé)任公司；電子拉力機(jī)，T2000E，北京友深試驗(yàn)設(shè)備廠。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

取一定質(zhì)量液體聚硫橡膠或改性聚硫橡膠，添加一定配比的填料及偶聯(lián)劑等，用雙行星式攪拌機(jī)混合均勻，制得基膏樣品。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，用黏度計(jì)測(cè)量基膏樣品的黏度，并將基膏樣品按比例與硫化劑混合，按照HB 5246—1993規(guī)定制備密封劑標(biāo)準(zhǔn)試片，按GB/T 528—2009測(cè)定密封劑的拉伸強(qiáng)度；按照HB 5249—1993規(guī)定制備密封劑標(biāo)準(zhǔn)剝離試片，并測(cè)定密封劑的180°剝離強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 生膠基體對(duì)密封劑黏度和強(qiáng)度的影響

刷涂型改性聚硫密封劑的生膠黏度需控制在5～15 Pa·s，因此，選擇黏度在10 Pa·s以內(nèi)的聚硫橡膠G44和改性聚硫橡膠MPS101-3作為密封劑的基體材料。分別在G44和MPS101-3改性聚硫橡膠中加入5 質(zhì)量份（100質(zhì)量份聚硫橡膠中加入量，下同）碳酸鈣和1質(zhì)量份偶聯(lián)劑，密封劑的黏度和剝離強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　生膠基體對(duì)密封劑黏度和強(qiáng)度的影響Tab.1 Effects of polysulfide matrix on viscosity and strength of brushable sealant

由表1可見(jiàn)，加入5質(zhì)量份碳酸鈣后，G44和MPS101-3均可獲得低黏度的密封劑，但以MPS101-3為基體的密封劑具有更高的剝離強(qiáng)度。這主要是由于密封劑的基體決定了密封劑的強(qiáng)度，現(xiàn)有的低黏度聚硫橡膠G44等交聯(lián)劑含量較高，硫化后密封劑伸長(zhǎng)率較低，嚴(yán)重影響密封劑的剝離強(qiáng)度；但經(jīng)改性后液體聚硫橡膠在降低了密封劑分子質(zhì)量的同時(shí)，可控制改性聚硫橡膠的交聯(lián)劑含量，因此，硫化后具有較高的拉斷伸長(zhǎng)率和剝離強(qiáng)度。MPS101-3液體改性聚硫橡膠是可刷涂型密封劑理想的基體材料。

2.2 不同填料對(duì)密封劑黏度和強(qiáng)度的影響

在100質(zhì)量份MPS101-3液體改性聚硫橡膠中添加不同質(zhì)量的填料，并考查不同種類填料含量對(duì)密封劑基膏黏度和強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1　填料對(duì)密封劑黏度的影響Fig.1 Effects of fillers on viscosity of brushable sealant

圖2　填料對(duì)密封劑拉伸強(qiáng)度的影響Fig.2 Effects of fillers on tensile strength of brushable sealant

由圖1、圖2可見(jiàn)，氣相SiO2對(duì)密封劑的黏度和強(qiáng)度影響均較大，雖可較大幅提高密封劑的拉伸強(qiáng)度，但僅2質(zhì)量份的添加量即會(huì)使密封劑的黏度大增，不適用于刷涂型密封劑；相對(duì)于氣相SiO2，其他幾種填料，對(duì)密封劑的黏度和拉伸強(qiáng)度的影響相當(dāng)，可根據(jù)實(shí)際密封劑的密度等其他性能要求進(jìn)行選擇應(yīng)用。對(duì)比不同填料的基本性能（見(jiàn)表2）以及對(duì)密封劑黏度和拉伸強(qiáng)度的影響分析，主要是由于氣相SiO2比表面積較大，粒徑較小且表面富含羥基，易于產(chǎn)生氫鍵的緣故。在一定的體積濃度下，粒徑越小則粒子數(shù)越多，粒子間平均距離越小，粒子間相互作用力就會(huì)增加，位移自由度減小，黏度增大；同時(shí)填料的比表面積增大，填料與改性聚硫橡膠的相互作用的界面面積增大，相互作用增強(qiáng)，形成的結(jié)合點(diǎn)越多，從而對(duì)密封劑的補(bǔ)強(qiáng)效果越好，這也與橡膠材料的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理一致［4］。

表2　不同填料的基本性能Tab.2 Primary properties of different fillers

2.3 填料的表面處理對(duì)密封劑黏度和強(qiáng)度的影響

分別用3%KH-550、KH570和KH-550硅烷偶聯(lián)劑對(duì)重質(zhì)CaCO3進(jìn)行表面處理，在100質(zhì)量份MPS101-3液體改性聚硫橡膠中添加4質(zhì)量份填料，填料處理前后對(duì)密封劑性能的影響見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，經(jīng)偶聯(lián)劑處理后重質(zhì)CaCO3對(duì)密封劑的黏度影響較小，同時(shí)密封劑的拉伸強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度可以得到大幅提高。這主要是由于采用帶有雙親基團(tuán)的偶聯(lián)劑對(duì)填料進(jìn)行表面改性處理，偶聯(lián)劑一端的烷氧基可以與填料的表面基團(tuán)反應(yīng)，使偶聯(lián)劑通過(guò)鍵合力連接在填料表面，當(dāng)與改性聚硫密封劑混合時(shí)，偶聯(lián)劑另一端與改性聚硫密封劑有良好的相容性或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使填料和密封劑之間形成良好的結(jié)合力，改善兩者的相容性，降低密封劑基體黏度，提高密封劑強(qiáng)度。而3種硅烷偶聯(lián)劑中，KH590效果最好，則是由于其巰基基團(tuán)與改性聚硫橡膠基體具有更好的相容性。

3 結(jié)論

（1）生膠是決定刷涂型改性聚硫密封劑黏度和強(qiáng)度的最重要因素，與聚硫橡膠G44相比，液體改性聚硫橡膠MPS101-3更適合作為刷涂型改性聚硫密封劑的基體；

（2）不同填料對(duì)密封劑黏度的影響各不相同，二氧化硅可顯著提高密封劑的黏度，不適于用作刷涂型改性聚硫密封劑的填料；

（3）填料經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面處理后與密封劑基體相容性提高，可降低刷涂型改性聚硫密封劑的黏度約10%～35%，提高密封劑的拉伸強(qiáng)度20%～50%，剝離強(qiáng)度最高可提高約12.5%。

表3　填料處理對(duì)密封劑性能的影響Tab.3 Effect of fillers surface treatment on performance of brushable sealant

參考文獻(xiàn)

［1］宋英紅，楊亞飛，吳松華.航空聚硫密封劑的發(fā)展現(xiàn)狀分析［J］.中國(guó)膠粘劑，2013，22（2）：49-52.

［2］AMS 3276E，Sealing Compound，Integral Fuel Tanks and General Purpose，Intermittent Use to 360℉（182℃）［S］，2008.

［3］AMS 3281E Sealing Compound，Polysulfide （T） Synthetic Rubber for Integral Fuel Tank and Fuel Cell Cavities Low Density for Intermittent Use to 360℉（182℃）［S］，2010.

［4］宋義虎，杜淼，楊紅梅，等.橡膠材料的結(jié)構(gòu)和黏彈性［J］.高分子學(xué)報(bào)，2013，（9）：1115-1130.

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：中國(guó)分類號(hào)：TQ436+.6A

文章編號(hào)：1001-5922（2016）07-0064-03

收稿日期：2016-04-27

作者簡(jiǎn)介：楊亞飛（1982-），男，工程師。主要從事航空聚硫密封劑的研究工作。E-mail：39625869@qq.com。

On performance of brushable modified polysilfide sealant

YANG Ya-fei， SONG Ying-hong， WU Song-hua
（Beijing Institute of Aeronautical Materials， Beijing 100095， China）

Abstract：The effects of sealant polysilfide， fillers， and surface treatment of fillers on the viscosity and strength of the brushable sealant were studied. The experimental results show that the polysilfide matrix and the fillers have predominant effects on the viscosity and strength of the sealant. The surface treatment of fillers can reduce the sealant viscosity， and enhance the sealant strength to some extent.

Key words：brushable； sealant； performance