聚硫密封膠耐鹽霧腐蝕性能研究

關(guān)鍵詞：聚硫密封膠；剪切強(qiáng)度；剝離強(qiáng)度；耐鹽霧腐蝕；水沖擊；水密性

中圖分類號(hào)：TQ436+.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2024）12-0029-03

聚硫密封膠是以液態(tài)聚硫橡膠為主體的彈性密封材料，對(duì)不同表面處理方式的鋁合金、打磨后的復(fù)材、玻璃、鍍鋅鋼、混凝土等具有良好的粘接性能[1-2]。具有優(yōu)異的耐油、耐溶劑性能，又因其與聚氨酯膠、硅酮膠、MS膠相比具有較低的水蒸氣透過(guò)率和氣體透過(guò)性[3-5]，在不發(fā)生膠體斷裂或明顯變形時(shí)[6]，具有良好的密封性，是理想的粘接密封材料，主要應(yīng)用于建筑、水利、防腐、船舶和航空等領(lǐng)域[7]。聚硫密封膠在稀的無(wú)機(jī)酸、堿及各種鹽類環(huán)境中保持相對(duì)穩(wěn)定[8]。同時(shí)具備長(zhǎng)期耐水性能[9]和優(yōu)異的耐腐蝕性[10-11]。針對(duì)海上航行設(shè)備及沿海地區(qū)，環(huán)境中氯化鈉的氯離子極易穿透材料中的微孔進(jìn)入內(nèi)部引起材料腐蝕[12-14]，從而導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，存在失效風(fēng)險(xiǎn)[15]，采用合適的密封膠進(jìn)行密封可以有效延緩腐蝕發(fā)生。

本研究通過(guò)使用聚硫密封膠作為粘接密封材料，按照GJB150.11A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第11部分：鹽霧試驗(yàn)》進(jìn)行加速模擬，研究聚硫密封膠粘接鋁合金和碳纖維復(fù)材的耐鹽霧腐蝕能力以及其制作的箱體連接結(jié)構(gòu)的耐鹽霧腐蝕、水沖擊和水密性能。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)原料

聚硫密封膠、粘接底涂，鄭州思藍(lán)德新材料科技有限公司；鋁合金，厚2mm，購(gòu)自國(guó)內(nèi)某鋁業(yè)公司；碳纖維復(fù)材（以下簡(jiǎn)稱“碳纖維”），厚2mm，購(gòu)自國(guó)內(nèi)某復(fù)合材料公司；螺栓（HB1-103M5），市售；墊片（GB8485—1987），市售；M5螺母（GB1337），市售；鉚釘（M4），市售；不銹鋼珠（直徑1mm），市售。

1.2試驗(yàn)設(shè)備

W-CS120A鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱，東莞市偉煌試驗(yàn)設(shè)備有限公司；CMT4104電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司；水沖擊測(cè)試系統(tǒng)，自行設(shè)計(jì)制造。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為考察聚硫密封膠經(jīng)鹽霧腐蝕后的水沖擊和水密性能，分別制備剪切、剝離和水密試驗(yàn)件，其中水密試驗(yàn)件根據(jù)連接形式分為螺接水密試驗(yàn)件和鉚接水密試驗(yàn)件，具體見(jiàn)表1和表2。

1.4試件制備

1.4.1剪切試驗(yàn)件

參照HB5250—1993《室溫硫化密封劑剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行制備，試驗(yàn)件數(shù)量見(jiàn)表1，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件（（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±5）%）下養(yǎng)護(hù)7d完成固化。

1.4.2剝離試驗(yàn)

參照HB5249—1993《室溫硫化密封劑180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行制備，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件（（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±5）%）下養(yǎng)護(hù)7d完成固化。

1.4.3水密試驗(yàn)

試驗(yàn)件采用螺接/鉚接＋膠接濕法連接，按照表2制備試驗(yàn)件，修整后的試驗(yàn)件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件（（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±5）%）下養(yǎng)護(hù)7d完成固化。

1.5性能測(cè)試

（1）剪切強(qiáng)度，按HB5250—1993《室溫硫化密封劑剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，加載速度為50mm/min；

（2）剝離強(qiáng)度，按照HB5249—1993《室溫硫化密封劑180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，加載速度為50mm/min；

（3）鹽霧試驗(yàn)，按照GJB150.11A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第11部分：鹽霧試驗(yàn)》進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間為240、480、720、960h；

（4）水沖擊試驗(yàn)，僅水密試驗(yàn)件進(jìn)行測(cè)試。鹽霧試驗(yàn)240、480、720、960h后分別進(jìn)行7.5min水沖擊測(cè)試，其中水流方向與粘接面成30°，速度45m/s。每次測(cè)試完成記錄外觀及是否滲漏水；

（5）水密試驗(yàn)，待鹽霧試驗(yàn)和水沖擊試驗(yàn)完成后，將試驗(yàn)件裝滿水，靜置3d，觀察試驗(yàn)件有無(wú)漏水。

2結(jié)果和討論

2.1剪切強(qiáng)度隨鹽霧老化時(shí)間變化

不同粘接基材剪切強(qiáng)度隨鹽霧老化時(shí)間變化如圖1所示。

由圖1可知，聚硫密封膠剪切強(qiáng)度隨著鹽霧老化時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，3種粘接形式均保持相同規(guī)律，鹽霧960h后，三者的剪切強(qiáng)度保持率分別為80%、83%和85%，這是由于聚硫密封膠屬于高分子材料，在長(zhǎng)期鹽霧試驗(yàn)中，鹽溶液中的氯離子會(huì)緩慢滲透到材料內(nèi)部導(dǎo)致一小部分高分子鏈的斷裂，導(dǎo)致強(qiáng)度略有下降。但經(jīng)960h鹽霧試驗(yàn)后，材料依然保持80%的粘接強(qiáng)度且3種粘接形式破壞方式均為內(nèi)聚破壞，粘接破壞面積為0，說(shuō)明聚硫密封膠在經(jīng)過(guò)960h鹽霧試驗(yàn)后對(duì)鋁合金和碳纖維依舊具有良好的粘接性。

2.2剝離強(qiáng)度隨鹽霧老化時(shí)間變化結(jié)果

不同粘接基材180°剝離強(qiáng)度隨鹽霧老化時(shí)間變化如圖2所示。

由圖2可知，聚硫密封膠剝離試驗(yàn)與剪切試驗(yàn)具有相同的規(guī)律，即隨著鹽霧老化時(shí)間的延長(zhǎng)，2種粘接形式的剝離強(qiáng)度逐漸降低，鹽霧960h后，二者的強(qiáng)度保持率分別為84%和87%，且2種粘接基材破壞形式均為內(nèi)聚破壞，粘接破壞面積為0，說(shuō)明聚硫密封膠在經(jīng)過(guò)960h鹽霧試驗(yàn)后對(duì)鋁合金和碳纖維依舊具有良好的粘接性。

2.3水密試驗(yàn)件耐鹽霧腐蝕及水沖擊后水密性能

水密試驗(yàn)件測(cè)試結(jié)果如表3所示。

由表3可知，使用聚硫密封膠與3種基材粘接形式制備的螺接/鉚接水密試驗(yàn)件，經(jīng)過(guò)鹽霧960h和4次水沖擊試驗(yàn)后，試驗(yàn)件均外觀完整，密封性良好，水密試驗(yàn)后不漏水，因此螺接試驗(yàn)件與鉚接試驗(yàn)件的耐鹽霧性能、耐水沖擊性和水密性能無(wú)差別。由剪切試驗(yàn)和剝離試驗(yàn)可知，聚硫密封膠在鹽霧960h后依然與鋁合金和碳纖維粘接良好，因而其密封性不受影響，而在水沖擊試驗(yàn)中，由于螺栓和鉚釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)支撐作用使其在受到較大水流沖擊時(shí)不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，因此貼合面內(nèi)部膠層不會(huì)受到強(qiáng)烈的沖擊力而破壞從而保證其可以發(fā)揮密封粘接的作用，因此由聚硫密封膠＋螺栓/鉚釘結(jié)構(gòu)制作的箱體具有良好的耐鹽霧腐蝕、耐水沖擊和水密性能。

在鹽霧960h試驗(yàn)過(guò)程中，碳纖維未發(fā)生可目測(cè)變化，而鋁合金未涂膠表面銹蝕嚴(yán)重，但聚硫密封膠覆蓋下的鋁合金和螺栓/鉚釘未產(chǎn)生銹蝕，說(shuō)明的耐鹽霧腐蝕性好，其良好的氣密性和耐鹽溶液性能可以有效減緩氯離子的進(jìn)攻速度，從而保護(hù)其覆蓋下的金屬不受鹽霧腐蝕。

3結(jié)語(yǔ)

（1）聚硫密封膠的剪切強(qiáng)度與剝離強(qiáng)度隨鹽霧老化時(shí)間的延長(zhǎng)性能保持率良好，經(jīng)長(zhǎng)期鹽霧試驗(yàn)960h后，強(qiáng)度保持率大于80%，對(duì)鋁合金及碳纖維復(fù)材的粘接保持良好。聚硫密封膠的長(zhǎng)期耐鹽霧腐蝕性良好；

（2）采用聚硫密封膠制備的螺接/鉚接+膠接的水密試驗(yàn)件經(jīng)鹽霧腐蝕和水沖擊后，仍具有良好的水密性能。螺接試驗(yàn)與鉚接試驗(yàn)結(jié)果一致；

（3）經(jīng)綜合評(píng)估，聚硫密封膠具有良好的耐鹽霧腐蝕和耐水密封性，可用于螺接/鉚接+膠接連接制作的箱體結(jié)構(gòu)的耐鹽霧耐水密封。