某有机硅密封剂应用性能研究

朱 杉， 陈 斌， 戴剑雄， 刘 凯

（1.空军驻山东地区军事代表室，山东 济南 250023；2.驻航天二院二○六所军事代表室，北京 100854）

0 引 言

近年来，有机硅密封剂广泛应用在航空航天、电子电器、建筑及汽车等行业[1]，其主要功能是防止外部气体或介质浸入内部，起着隔离、封严和保护作用。有机硅又称聚硅氧烷，是主链由硅、氧交替组成的高分子，Si-O键键能达到452 kJ/mol，远比C－C键或C-S键的键能高，具有较好的耐热性、耐寒性和耐候性等性能[2]。本文研究的有机硅密封剂主要由基膏、硫化剂和催化剂3种组分组成，通过室温或高温固化后成为弹性体，起到粘接、密封作用，也是很好的阻尼减振材料[3]。该密封剂3种组分质量配比范围见表1，高温固化温度范围为65～75℃，固化时间16～24h。

本文通过试验，测试和分析了硫化剂、催化剂用量对密封剂活性期、剪切强度、热分解温度的影响，确定了最佳配比，以满足活性期2.5～5 h，固化后剪切强度大于3MPa，热分解温度onset值大于480℃的使用要求。

1 实验部分

1.1 原材料

密封剂（3种组分）：济南特种材料研究所；

底涂：济南特种材料研究所；

丙酮：分析纯·AR，烟台市双双化工有限公司。

1.2 主要仪器设备

热重分析仪：TGA-7型，美国PE公司；

表1 密封剂组分质量配比

材料拉力机：WDW5C型，上海华龙测试设备有限公司；

高温试验箱：WG4501型，重庆银河试验仪器有限公司。

1.3 试样制备

试验中将按照不同组分配比方案制作试样，见表2。

表2 组分配比方案

剪切强度试样制备：准备5组（每组2片）铝合金试片（长60mm，宽20mm，厚2mm），用于搭接长度为15mm、夹距45mm样品。将试片表面用丙酮擦拭干净并晾干，在试片搭接面均匀涂覆一薄层底涂，室温下晾置30min；同时配制密封剂，为保证各组分混合均匀，每次配制的重量约100 g。首先称量100 g基膏置于烧杯中碾碎并搅拌均匀，然后按方案1配比，用胶头滴管滴入相应重量的硫化剂和催化剂，迅速搅拌均匀。取部分刚调制的密封剂均匀涂覆在试片搭接表面，厚度1～2mm，用工装将试片搭接好并压紧（压力0.55MPa），挤出多余密封剂，保证试片搭接后总长度为（105±0.5）mm。将试样连同工装于室温下固化24 h，75℃条件下固化24 h，再降至室温。

活性期试样制备：取5～10g刚调制均匀的密封剂置于洁净平板，用于活性期测试。

热分解试样制备：在进行剪切强度试样常温及高温固化时，取5～10g刚调制均匀的密封剂一同固化后用于热分解测试。

1.4 性能测试

活性期测试：将刚调制均匀的5～10 g密封剂置于一洁净平板表面，每5～10min用洁净的细金属条以10～20 cm/s的速度挑起密封剂，当密封剂产生回弹现象时为活性期终点，测试温度25℃。

剪切强度按HB 5164－1981测试，加载速度15mm/min，测试温度25℃。

热分解测试：将试样升温至120℃后降至室温，以除去水份等，然后按20℃/min的升温速率升温至550℃，升温过程中加N2保护，由TGA分析仪自动生成测试试样的重量百分比-温度曲线，根据曲线确定试样的热分解开始温度。

2 结果与讨论

具体测试结果见表3。

表3 不同配比方案的测试结果

2.1 催化剂和硫化剂对活性期的影响

催化剂和硫化剂用量对密封剂活性期的影响如图1所示，可以看出，在硫化剂用量一定的情况下，随着催化剂用量加大，硫化速度明显加快，密封剂的活性期迅速变短。在催化剂用量一定的情况下，硫化剂用量对密封剂的活性期影响则较小，从总体而言，随着硫化剂用量的增加，密封剂的活性期有缩短的趋势。

图1 催化剂和硫化剂用量对活性期的影响

2.2 催化剂和硫化剂对剪切强度的影响

催化剂和硫化剂用量对密封剂剪切强度的影响如图2所示，可以看出，在硫化剂用量一定的情况下，随着催化剂用量的增大，密封剂的剪切强度先增大再减小，说明催化剂用量在下限时密封剂硫化程度有所欠缺；而催化剂用量在上限时，硫化过快，导致硫化物结构不够均匀，均对剪切强度产生一定影响。在催化剂用量一定的情况下，随着硫化剂用量的增大，密封剂的剪切强度变化没有规律。可以进一步了解剪切强度和硫化剂、催化剂的绝对质量比率之间的关系如图3所示。可以看出，随着硫化剂和催化剂质量比率的增加，密封剂剪切强度呈先增加后降低的趋势，在允许的质量配比范围内，以硫化剂和催化剂质量比率为0.45时剪切强度最高。

图2 催化剂和硫化剂用量对剪切强度的影响

图3 硫化剂和催化剂质量比率对剪切强度的影响

2.3 催化剂和硫化剂对热分解温度的影响

2.3.1 对5%热失重温度的影响

催化剂和硫化剂用量对密封剂5%热失重温度的影响见图4。可以看出，在硫化剂用量一定的情况下，随着催化剂用量的增大，密封剂硫化产物的5%热失重温度有下降的趋势；在催化剂用量一定的情况下，硫化剂的用量越大，密封剂硫化产物的5%热失重温度越低。

2.3.2 对热分解onset值的影响

热分解onset值是从硫化产物热失重曲线上得到的理论分解温度，催化剂和硫化剂用量对密封剂热分解onset值的影响见图5。可以看出，在硫化剂用量一定的情况下，随着催化剂用量的增大，密封剂硫化产物的热分解onset值先增大后减小；在催化剂用量一定的情况下，硫化剂的用量越大，密封剂硫化产物的热分解onset值越低。

图4 催化剂和硫化剂用量对5%热失重温度的影响

图5 催化剂和硫化剂用量对热分解onset值的影响

3 结束语

（1）催化剂用量对密封剂活性期影响较硫化剂大，硫化剂用量对密封剂热分解温度影响较催化剂大，两种组分相对用量越大，活性期越短，5%热失重温度越低。

（2）硫化剂用量一定时，密封剂的剪切强度、热分解onset值随着催化剂用量的加大先增大再减小。

（3）催化剂用量一定时，随着硫化剂用量的加大，剪切强度呈不规则变化规律，热分解onset值降低。

（4）通过综合比较，基膏、硫化剂和催化剂采用100∶0.45∶1质量配比的密封剂性能最佳，满足使用要求。

[1]范召东，张鹏，王恒芝，等.有机硅密封剂耐热性能研究[J].航空材料学报，2006，26（3）：203-206.

[2]张银钟，胡孝勇，袁晓玲，等.无溶剂型双组分有机硅改性PU胶粘剂的制备与性能研究[J].中国胶粘剂，2012，21（2）：13-16.

[3]李卫中，王庆明，刘晓静，等.复合材料发动机部件密封与减振设计[J].玻璃钢/复合材料，2011，6（11）：60-63.