劉藝帆，章建正，秦蓬波，吳松華

（北京航空材料研究院，北京 100095）

聚硫代醚密封劑壓縮性能的研究

劉藝帆，章建正，秦蓬波，吳松華

（北京航空材料研究院，北京 100095）

通過對(duì)密封劑壓縮永久變形、壓縮模量的測(cè)試，考查了不同填料和增粘劑對(duì)聚硫代醚密封劑壓縮性能的影響。結(jié)果表明，以高嶺土為填料的聚硫代醚密封劑的壓縮性能優(yōu)于以炭黑和活性碳酸鈣為填料的聚硫代醚密封劑，而增粘劑的加入會(huì)降低聚硫代醚密封劑的壓縮性能。

聚硫代醚；密封劑；壓縮性能

聚硫密封劑以液態(tài)聚硫橡膠為主要成分，在航空設(shè)備上主要應(yīng)用于飛機(jī)整體油箱、座艙和機(jī)身結(jié)構(gòu)密封等[1]。當(dāng)密封劑應(yīng)用于飛機(jī)口蓋密封時(shí)，需要經(jīng)歷長時(shí)間的壓縮以及拆卸重裝口蓋的過程。現(xiàn)有的聚硫密封劑在長時(shí)間的壓縮狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生較大的蠕變，重新裝配口蓋時(shí)受壓力過大則會(huì)使已經(jīng)硫化完全的密封劑發(fā)生變形，這2種情況均可能使密封劑從口蓋邊緣擠出，影響飛機(jī)表面外觀，造成飛機(jī)漏油，產(chǎn)生安全隱患等。因此用于飛機(jī)口蓋密封的密封劑需要具有良好的壓縮性能。

液態(tài)聚硫代醚生膠相比于液態(tài)聚硫橡膠，在Mr（相對(duì)分子質(zhì)量）相同時(shí)，其黏度顯著小于后者[2，3]，因此在以聚硫代醚為主要原料的密封劑體系中可以加入更多的抗壓縮填料，使其更適合作為飛機(jī)口蓋的密封材料。此外，聚硫代醚密封劑還具有良好的耐油性、耐溫性[4]，保障了其作為口蓋密封劑的可行性。本試驗(yàn)對(duì)比了不同填料和增粘劑對(duì)聚硫代醚密封劑壓縮性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

液態(tài)聚硫代醚，北京航空材料研究院；活性碳酸鈣，工業(yè)級(jí)，上海諾成藥業(yè)股份有限公司；高嶺土，中國高嶺土有限公司；炭黑（牌號(hào)為N774），上海卡博特化工有限公司；二氧化錳，鐵嶺市康寧民生制桶廠；鄰苯二甲酸二丁酯（DBP），工業(yè)級(jí)，蘇州圣晟化工有限公司；二硫化四甲基秋蘭姆（促進(jìn)劑TMTD），工業(yè)級(jí)，東北試劑總廠；硬脂酸，杭州油脂化工有限公司；1,2-雙（三乙氧基硅基）乙烷（BTSE），南京能德化工有限公司；1,3,5-三（三甲氧基硅丙基）異氰脲酸酯（ALINK-597），邁圖高新材料集團(tuán)公司；環(huán)氧樹脂（E-44），藍(lán)星新材料無錫樹脂廠。

S100型三輥研磨機(jī)，上海第一化工機(jī)械廠；GT-AT-3000型電子拉力機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司；厚度計(jì)，長沙儀表機(jī)床廠；圓柱模具（φ10 mm×10 mm和φ13 mm×6.3 mm）、永久壓縮變形夾具，自制。

1.2 試樣制備

（1）基膏的制備：按表1、表2配方分別制備相應(yīng)基膏，混合后過三輥研磨機(jī)研磨3遍。

表1 不同填料配方Tab.1 Formulations containing different fillers

表2 不同增粘劑配方（單位：g）Tab.2 Formulations containing different adhesion promoters

（3）試樣的制備：將現(xiàn)有牌號(hào)密封劑或上述配方的基膏與硫化劑按質(zhì)量比10∶1混合均勻，過三輥研磨機(jī)研磨3遍后填入模具，根據(jù)HB5246—1993標(biāo)準(zhǔn)制備2 mm厚度的拉伸試片、GB 1683—1981標(biāo)準(zhǔn)制備φ10 mm×10 mm永久壓縮變形試樣以及GB/T 9865.1—1996標(biāo)準(zhǔn)制備φ13 mm×6.3 mm的壓縮模量試樣。

1.3 性能測(cè)試

（1）永久壓縮變形：按照GB 1683—1981標(biāo)準(zhǔn)，采用自制永久壓縮變形夾具[限制器高度（6±0.02）mm]和厚度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

（2）壓縮模量：根據(jù)GB/T 7757—2009標(biāo)準(zhǔn)，采用電子拉力機(jī)進(jìn)行測(cè)定（試樣采用φ13 mm×6.3 mm的圓柱形試樣，將樣品壓縮至25%應(yīng)變，然后回復(fù)至應(yīng)力為0 Mpa，速率為10 mm/min，循環(huán)4次；以第4次20%應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力值計(jì)算壓縮模量）。

（3）拉伸性能：根據(jù)GB/T 528—2009標(biāo)準(zhǔn)，采用電子拉力機(jī)進(jìn)行測(cè)定（拉伸速率為500 mm/min）。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同填料對(duì)聚硫代醚密封劑壓縮性能的影響

2.1.1 永久壓縮變形

取大小相近的樣品，采用TA-XT2i物性測(cè)定儀測(cè)定。參數(shù)設(shè)置為：探頭型號(hào)：剪切探頭P2，測(cè)試模式：壓縮，目標(biāo)模式：應(yīng)變，操作類型：Return to start，觸發(fā)模式：應(yīng)力，等待時(shí)間：0 s，測(cè)試前速度2 mm/s，測(cè)試速度1.00 mm/s：測(cè)試后速度：10.00 mm/s，測(cè)試距離：10 mm，觸發(fā)應(yīng)力：5 g，取點(diǎn)頻率：200 pps。樣品的硬度，由計(jì)算機(jī)直接輸出，單位/N。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量5次，最后去掉最大值，去掉最小值，其他數(shù)據(jù)取平均值。

不同填料對(duì)聚硫代醚密封劑永久壓縮變形率的影響如圖1所示。

圖1 不同填料聚硫代醚密封劑的永久壓縮變形率Fig.1 Compression set of polythioether sealants containing different filler

由圖1可知：當(dāng)以炭黑作填料加入到聚硫代醚體系中時(shí)，其常溫和70 ℃下的壓縮永久變形率相對(duì)最小，分別為5.90%和26.75%；而采用相同用量的高嶺土作填料時(shí)，其常溫和70 ℃下的壓縮永久變形率為6.32%和28.81%，僅略次于以炭黑為填料的聚硫代醚體系；而活性碳酸鈣的壓縮永久變形率相對(duì)最大，常溫下為9.68%，70 ℃時(shí)為36.97%。壓縮永久變形率越小，密封劑的恢復(fù)原始形狀的能力越強(qiáng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)密封劑所受的壓縮外力消除后，以高嶺土和炭黑為填料的聚硫代醚密封劑的恢復(fù)能力較好，而以活性碳酸鈣為填料的恢復(fù)能力相對(duì)較差。

2.1.2 壓縮模量和拉伸性能

不同填料對(duì)聚硫代醚密封劑的壓縮和拉伸性能的影響如表3所示。

表3 不同填料聚硫代醚密封劑的壓縮和拉伸性能Tab.3 Compressive and tensile properties of polythioether sealants containing different fillers

由表3可知：加入活性碳酸鈣的聚硫代醚密封劑雖然拉斷伸長率高達(dá)690%，但其壓縮模量和拉伸強(qiáng)度均相對(duì)最低。炭黑具有相對(duì)最高的拉伸強(qiáng)度5.2 MPa，但其壓縮模量卻不高，為3.4 MPa。高嶺土的壓縮模量值相對(duì)最高，為5.1 MPa，而其拉伸強(qiáng)度也較為優(yōu)異，為3.7 MPa，但拉斷伸長率相對(duì)最低，為280%。壓縮模量值越大，材料抵抗壓縮的能力也越強(qiáng)。以高嶺土為填料的聚硫代醚密封劑之壓縮模量值相對(duì)最大，說明其抵抗壓縮的能力相對(duì)最強(qiáng)。

在壓縮性能方面，以高嶺土的表現(xiàn)相對(duì)最為出色，但拉伸性能作為傳統(tǒng)力學(xué)性能的測(cè)試方法，測(cè)出結(jié)果卻表明炭黑的力學(xué)性能相對(duì)最好。這一現(xiàn)象說明壓縮和拉伸時(shí)密封劑的力學(xué)性能并不一致，不能單純以傳統(tǒng)的力學(xué)性能測(cè)試方法來判斷密封劑的壓縮力學(xué)性能。

由于以炭黑N774為填料的基膏，放置21 d后即發(fā)生結(jié)皮，其貯存性能存在問題。綜合考慮，在聚硫代醚體系中，高嶺土更適合作為耐壓縮密封劑的主要填料。

2.2 不同增粘劑對(duì)密封劑壓縮性能的影響

選用高嶺土作為聚硫代醚密封劑的主要填料，加入活性碳酸鈣以提高其拉斷伸長率，為了避免密封膠黏度過大影響其工藝性能，填料采用40份高嶺土和10份碳酸鈣。在上述密封劑體系中分別加入同等質(zhì)量不同種類的增粘劑，以測(cè)試增粘劑對(duì)聚硫代醚密封劑壓縮性能的影響。

2.2.1 永久壓縮變形

不同增粘劑聚硫代醚密封劑的永久壓縮變形性能如圖2所示。

由圖2可知：BTSE、ALINK-597組的永久壓縮變形率與空白組相比的差距較小，常溫和70 ℃時(shí)與空白組相差均不到1%，可以認(rèn)為這2種增粘劑的加入對(duì)聚硫代醚密封劑的壓縮永久變形率沒有明顯影響。而環(huán)氧E-44的加入則使聚硫代醚密封劑的壓縮永久變形率略有下降。

圖2 不同增粘劑聚硫代醚密封劑的永久壓縮變形率Fig.2 Compression set of polythioether sealants containing different adhesion promoters

2.2.2 壓縮模量和拉伸性能

不同增粘劑對(duì)聚硫代醚密封劑壓縮模量和拉伸性能的影響如表4所示。

表4 不同增粘劑聚硫代醚密封劑的壓縮和拉伸性能Tab.4 Compressive and tensile properties of polythioether sealants containing different adhesion promoters

由表4可知：空白組聚硫代醚密封劑的壓縮模量相對(duì)最大，之后依次是BTSE組、ALINK-597組和E-44組。試驗(yàn)結(jié)果表明，增粘劑的加入使密封劑抵抗壓縮的能力發(fā)生了明顯下降，也使拉伸性能相較空白組發(fā)生了下降。

分析原因可能是，環(huán)氧E-44中的環(huán)氧基能與聚硫代醚的巰基發(fā)生反應(yīng)，理論上E-44的官能度為2，但實(shí)際生產(chǎn)中，可能會(huì)有部分環(huán)氧被封端，實(shí)際官能度要小于2，因此，當(dāng)E-44加入到聚硫代醚中后，可能使得密封劑的交聯(lián)程度下降，影響了密封劑抵抗壓縮的能力，造成壓縮模量下降。而BTSE和ALINK-597為2種硅烷偶聯(lián)劑，它們的主要作用在于加強(qiáng)無機(jī)填料之間的聯(lián)系，覆蓋在填料表面后，可能遮蔽了填料表面的部分活性基團(tuán)，減小了分子鏈移動(dòng)的阻力，使得密封劑的壓縮模量也發(fā)生了下降。

3 結(jié)論

（1）不同填料對(duì)聚硫代醚的壓縮性能產(chǎn)生不同影響。高嶺土作為填料時(shí)，聚硫代醚密封劑在壓縮方面的綜合性能相對(duì)最佳，適宜作為耐壓聚硫代醚密封劑的主要填料。

（2）增粘劑的加入會(huì)降低聚硫代醚密封劑的壓縮性能。

[1]Usmani A E.Chemistry and technology of polysulfide sealant[J].Polymer-Plastics Technology and Engineering,1982,19(2)：165-199.

[2]赫平,張全成,馬忠.耐高溫聚硫代醚橡膠的合成研究[J].彈性體,2012,22(3)：65-67.

[3]劉嘉,蘇正濤,栗付平.航空橡膠與密封材料[M].北京：國防工業(yè)出版社,2011.

[4]劉剛,秦蓬波,吳松華.新型耐高溫耐油聚硫代醚密封劑的研究[J].中國膠粘劑,2009,18(8)：36-38．

Study of compression properties of polythioether sealant

LIU Yi-fan, ZHANG Jian-zheng, QIN Peng-bo, WU Song-hua
(Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100095, China)

The compressive properties of polythioether sealants containing different fillers and adhesion promoters were investigated through their compression set and compression modulus. The results showed that with regard to the compressive properties of polythioether sealant kaolin as the filler was better than carbon black or calcium carbonate as the filler. And the adhesion promoters decreasd its compressive properties.

polythioether; sealant; compressive properties

TQ 436+.6

A

1001-5922（2017）01-0055-04

2016-08-09

劉藝帆（1990-），女，碩士，助理工程師。主要研究方向：主要從事航空密封劑的研究工作。E-mail：847971002@qq.com。