孟 婷,張燕青,張燕紅
(鄭州中原思藍(lán)德高科股份有限公司,鄭州 450001)
結(jié)構(gòu)密封膠是一種中性固化、專為結(jié)構(gòu)粘結(jié)性裝配而設(shè)計(jì)的。可在很寬的氣溫條件下輕易地?cái)D出使用,依靠空氣中的水分固化成優(yōu)異、耐用的高模量、高彈性的密封膠,且耐老化、耐疲勞、耐腐蝕,在使用壽命期內(nèi)性能穩(wěn)定,適用于承受結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的粘結(jié)。而環(huán)境老化過(guò)程中,結(jié)構(gòu)密封膠的拉伸強(qiáng)度變位能力等力學(xué)性能會(huì)不同程度的劣化、影響使用壽命。因此,對(duì)于結(jié)構(gòu)密封膠老化性能的研究是必要的。目前市場(chǎng)上用結(jié)構(gòu)密封膠主要有硅酮、聚氨酯和改性聚醚。由于試驗(yàn)周期長(zhǎng)、環(huán)境條件無(wú)法控制,且每個(gè)地區(qū)環(huán)境因素有所不同,各個(gè)影響因素?zé)o法分離研究,本文主要考察對(duì)不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)高低溫結(jié)構(gòu)密封膠性能的影響。
選取市售的硅酮、聚氨酯、改性聚醚3類國(guó)內(nèi)外典型的結(jié)構(gòu)密封膠共計(jì)6 種產(chǎn)品:硅酮(高模量)、硅酮(低模量)、聚氨酯(國(guó)外)、聚氨酯(國(guó)內(nèi))、改性聚醚(國(guó)外)、改性聚醚(國(guó)內(nèi))進(jìn)行性能研究。
電子萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)、烘箱、冰柜、高低溫交變箱。
按GB/T528 規(guī)定的1 型啞鈴形制樣,進(jìn)行性能測(cè)試,每組5個(gè)試樣,在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件[溫度(23±2)℃、相對(duì)濕度(50±5)%]下養(yǎng)護(hù)28d后,進(jìn)行不同高、低溫老化時(shí)間條件下的力學(xué)性能測(cè)試,拉伸速度:500mm/min,并記錄最大拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。
1.4.1 短期老化
短期老化分為高溫80℃、100℃、120℃、150℃、180℃、200℃老化和低溫-20℃、-30℃、-40℃、-45℃、-50℃分別放置1h,在相應(yīng)溫度下進(jìn)行力學(xué)性能的測(cè)試,進(jìn)行衰減性能對(duì)比。
1.4.2 長(zhǎng)期老化
低溫對(duì)密封膠本體性能影響較小,長(zhǎng)期老化不對(duì)其進(jìn)行研究,僅進(jìn)行高溫80℃、120℃、150℃、180℃長(zhǎng)期老化,在相應(yīng)溫度下分別放置720h、1500h、3000h 和6000h 后,在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下進(jìn)行力學(xué)性能的測(cè)試,查看衰減性能。
1.5.1 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下性能
在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)28d 后進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率取均值,結(jié)果如表1所示。
表1 強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率Tab.1 Strength and elongation
由表1可以看出:聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠具有較高的強(qiáng)度,改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠次之,硅酮結(jié)構(gòu)密封膠強(qiáng)度較低;聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠也具有較高的伸長(zhǎng)率。雖各類結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品可通過(guò)調(diào)整配方,適當(dāng)改變其力學(xué)性能,但產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)已決定其最基本的性能參數(shù)。
1.5.2 短期老化后性能
1) 6 種產(chǎn)品在80℃、100℃、120℃、150℃、180℃和200℃分別放置1h,然后在相應(yīng)溫度下觀察外觀變化并測(cè)試力學(xué)性能,短期高溫后性能結(jié)果如表2所示。
表2 6種產(chǎn)品短期高溫后表面狀態(tài)對(duì)比Tab.2 Comparison of surface status of six products after short-term high temperature
圖1 6種產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率對(duì)比Fig.1 Comparison of tensile strength and elongation of six products
從表2 和圖1 中可以看出,短期硅酮結(jié)構(gòu)密封膠耐高溫性能優(yōu)于聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠、改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠,可以耐溫到200℃,外觀無(wú)明顯變化。從性能變化看,硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在180℃高溫下拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率保持較好,在200℃還保持有一定性能;改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠的伸長(zhǎng)率衰減較多;聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠拉伸強(qiáng)度衰減較多、伸長(zhǎng)率衰減較多。
2)6 種產(chǎn)品在-20℃、-30℃、-40℃、-45℃和-50℃分別放置1h,然后在相應(yīng)溫度下觀察外觀變化并測(cè)試力學(xué)性能,短期低溫后性能結(jié)果如表3所示。
表3 6種產(chǎn)品短期低溫后表面狀態(tài)對(duì)比Tab.3 Comparison of surface status of six products after short-term low temperature
圖2 3類結(jié)構(gòu)密封膠拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率對(duì)比Fig.2 Comparison of tensile strength and elongation of three structural sealant
從表3 和圖2 中可以看出短期耐低溫性到-50℃,外觀無(wú)明顯變化,從性能變化看,3類結(jié)構(gòu)密封膠低溫下強(qiáng)度變大,伸長(zhǎng)率先高再降低。
1.5.3 長(zhǎng)期老化后性能
6 種產(chǎn)品分別在80℃、120℃、150℃、180℃高溫箱放置720h、1500h、3000h和6000h,取出后在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下放置24h,觀察外觀變化并測(cè)試力學(xué)性能,長(zhǎng)期高溫后性能結(jié)果如表4所示。
表4 6種產(chǎn)品長(zhǎng)期高溫后表面狀態(tài)對(duì)比Tab.4 Comparison of surface state of six products after long term high temperature
(續(xù)上表)
圖3 在80℃不同時(shí)間老化后對(duì)強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響Fig.3 Effects of aging at 80℃at different times on strength and elongation
圖4 在120℃不同時(shí)間老化后對(duì)強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響Fig.4 Effect of aging at 120 ℃for different time on strength and elongation
圖5 在150℃不同時(shí)間老化后對(duì)強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響Fig.5 Effect of aging at 150 ℃for different time on strength and elongation
圖6 在180℃不同時(shí)間老化后對(duì)強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響Fig.6 Effect of aging at 180 ℃for different time on strength and elongation
從表4 中、圖3、圖4、圖5、圖6 中可以看出,硅酮結(jié)構(gòu)密封膠長(zhǎng)期耐高溫性能優(yōu)于聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠、改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠,可以耐溫到180℃,外觀無(wú)明顯變化,從性能變化看,硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在150℃長(zhǎng)期高溫下拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率保持較好,在長(zhǎng)期老化180℃還保持有一定性能;聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率衰減較多;改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠的拉伸強(qiáng)度保持最差,伸長(zhǎng)率衰減最多。
硅酮密封膠是以端羥基聚二甲基硅氧烷為基礎(chǔ)配合物加入添加劑和助劑,水解固化交聯(lián)制得的,主鏈?zhǔn)怯蒘i-O 鏈節(jié)組成,以聚二甲基硅氧烷為基礎(chǔ)配合物制的的硅酮密封膠具有優(yōu)異的耐高低溫性能、耐候性。聚氨酯是由異氰酸酯與多元醇化合物聚合而成,是主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團(tuán)(NHCOO)的一類大分子的統(tǒng)稱,如遇溫度、濕度較高的情況時(shí),異氰酸酯會(huì)與空氣中的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),釋放的二氧化碳?xì)怏w使密封膠產(chǎn)生氣泡甚至裂紋;膠體長(zhǎng)期暴露在紫外光照射下,易產(chǎn)生裂紋。硅改性聚醚密封膠的主體結(jié)構(gòu)是以端硅氧烷封端的聚醚聚合物,其主鏈為聚醚的柔性鏈段,相對(duì)分子質(zhì)量與聚二甲基硅氧烷相比較小,支鏈為端硅烷基且為封端的官烷相比較小,支鏈為端硅烷基且為封端的官能團(tuán),交聯(lián)密度相對(duì)較弱,抵抗不了熱作用引起的分子加速運(yùn)動(dòng),使得高溫下的性能大大衰減。
通過(guò)本次高低溫短期和長(zhǎng)期高溫老化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出:
1)耐高溫性能:硅酮結(jié)構(gòu)密封膠具有優(yōu)異的耐高溫性能,能在150℃環(huán)境下長(zhǎng)期使用,長(zhǎng)期高溫耐溫可達(dá)180℃;聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠耐溫性能優(yōu)于改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠。
2)耐低溫性能:硅酮結(jié)構(gòu)密封膠、聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠、改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠耐低溫性能可耐低溫到-50℃,外觀無(wú)明顯變化,性能保持較好。
3)實(shí)際工程可根據(jù)使用要求,參考本實(shí)驗(yàn)結(jié)論,選擇不同類型的結(jié)構(gòu)密封膠材料。