刷涂型改性聚硫密封剂的性能研究

杨亚飞，宋英红，吴松华（北京航空材料研究院，北京 100095）



刷涂型改性聚硫密封剂的性能研究

杨亚飞，宋英红，吴松华
（北京航空材料研究院，北京 100095）

摘要：研究了不同生胶基体、不同填料，以及填料的表面处理对于刷涂型密封剂的黏度和强度的影响。结果表明，生胶基体和填料是决定密封剂黏度和强度的重要因素，填料经表面处理后可一定程度降低密封剂的黏度，并提高密封剂的强度。

关键词：刷涂型；密封剂；性能

聚硫密封剂是飞机整体油箱最主要的密封材料，是航空密封材料的重要组成部分。在飞机的整体油箱密封中有多种密封形式，包括填角密封、表面密封、贴合面密封、紧固件罩封、预填密封等，其中表面密封由于作用于密封表面直接决定密封工艺的外观和密封质量，对密封剂的施工性能要求很高［1］。黏度较高的密封剂需要溶剂稀释才能使用，但溶剂挥发会造成大量气泡残留在密封表面，严重影响密封剂的外观和密封效果。而刷涂型密封剂黏度在10～50 Pa·s，无需溶剂稀释可直接进行表面密封，具有良好的工艺性能，将成为表面密封的主要密封剂类型［2，3］。

黏度和强度是刷涂型密封剂的重要性能，黏度决定了密封剂的可刷涂性，强度决定了密封剂的密封性能。本文研究了不同生胶基体、不同填料，以及填料的表面处理对于刷涂型密封剂的黏度和强度的影响。

1 实验部分

1.1 原材料

聚硫橡胶，G44，阿克苏诺贝尔；液体改性聚硫橡胶，MPS101-3，北京航空材料研究院；重质CaCO3，CarbitaI S，Imerys；沉淀SiO2，HL-20，赢创；煅烧高岭土，Neogen 1000，Imerys；TiO2，R-902，杜邦公司；滑石粉，HTP2，IMIFABI；KH550、KH570、 KH590，合格品，辽宁盖州市化学工业有限责任公司。

1.2 试验仪器

黏度计，Brookfield HA系列，美国BROOKFIELD公司；双行星式搅拌机，SXJ-2型，成都四维机械设备有限责任公司；电子拉力机，T2000E，北京友深试验设备厂。

1.3 试验过程

取一定质量液体聚硫橡胶或改性聚硫橡胶，添加一定配比的填料及偶联剂等，用双行星式搅拌机混合均匀，制得基膏样品。在标准条件下，用黏度计测量基膏样品的黏度，并将基膏样品按比例与硫化剂混合，按照HB 5246—1993规定制备密封剂标准试片，按GB/T 528—2009测定密封剂的拉伸强度；按照HB 5249—1993规定制备密封剂标准剥离试片，并测定密封剂的180°剥离强度。

2 结果与讨论

2.1 生胶基体对密封剂黏度和强度的影响

刷涂型改性聚硫密封剂的生胶黏度需控制在5～15 Pa·s，因此，选择黏度在10 Pa·s以内的聚硫橡胶G44和改性聚硫橡胶MPS101-3作为密封剂的基体材料。分别在G44和MPS101-3改性聚硫橡胶中加入5 质量份（100质量份聚硫橡胶中加入量，下同）碳酸钙和1质量份偶联剂，密封剂的黏度和剥离强度结果见表1。

表1　生胶基体对密封剂黏度和强度的影响Tab.1 Effects of polysulfide matrix on viscosity and strength of brushable sealant

由表1可见，加入5质量份碳酸钙后，G44和MPS101-3均可获得低黏度的密封剂，但以MPS101-3为基体的密封剂具有更高的剥离强度。这主要是由于密封剂的基体决定了密封剂的强度，现有的低黏度聚硫橡胶G44等交联剂含量较高，硫化后密封剂伸长率较低，严重影响密封剂的剥离强度；但经改性后液体聚硫橡胶在降低了密封剂分子质量的同时，可控制改性聚硫橡胶的交联剂含量，因此，硫化后具有较高的拉断伸长率和剥离强度。MPS101-3液体改性聚硫橡胶是可刷涂型密封剂理想的基体材料。

2.2 不同填料对密封剂黏度和强度的影响

在100质量份MPS101-3液体改性聚硫橡胶中添加不同质量的填料，并考查不同种类填料含量对密封剂基膏黏度和强度的影响，结果如图1、图2所示。

图1　填料对密封剂黏度的影响Fig.1 Effects of fillers on viscosity of brushable sealant

图2　填料对密封剂拉伸强度的影响Fig.2 Effects of fillers on tensile strength of brushable sealant

由图1、图2可见，气相SiO2对密封剂的黏度和强度影响均较大，虽可较大幅提高密封剂的拉伸强度，但仅2质量份的添加量即会使密封剂的黏度大增，不适用于刷涂型密封剂；相对于气相SiO2，其他几种填料，对密封剂的黏度和拉伸强度的影响相当，可根据实际密封剂的密度等其他性能要求进行选择应用。对比不同填料的基本性能（见表2）以及对密封剂黏度和拉伸强度的影响分析，主要是由于气相SiO2比表面积较大，粒径较小且表面富含羟基，易于产生氢键的缘故。在一定的体积浓度下，粒径越小则粒子数越多，粒子间平均距离越小，粒子间相互作用力就会增加，位移自由度减小，黏度增大；同时填料的比表面积增大，填料与改性聚硫橡胶的相互作用的界面面积增大，相互作用增强，形成的结合点越多，从而对密封剂的补强效果越好，这也与橡胶材料的补强机理一致［4］。

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

2.3 填料的表面处理对密封剂黏度和强度的影响

分别用3%KH-550、KH570和KH-550硅烷偶联剂对重质CaCO3进行表面处理，在100质量份MPS101-3液体改性聚硫橡胶中添加4质量份填料，填料处理前后对密封剂性能的影响见表3。

由表3可见，经偶联剂处理后重质CaCO3对密封剂的黏度影响较小，同时密封剂的拉伸强度和剥离强度可以得到大幅提高。这主要是由于采用带有双亲基团的偶联剂对填料进行表面改性处理，偶联剂一端的烷氧基可以与填料的表面基团反应，使偶联剂通过键合力连接在填料表面，当与改性聚硫密封剂混合时，偶联剂另一端与改性聚硫密封剂有良好的相容性或发生化学反应，使填料和密封剂之间形成良好的结合力，改善两者的相容性，降低密封剂基体黏度，提高密封剂强度。而3种硅烷偶联剂中，KH590效果最好，则是由于其巯基基团与改性聚硫橡胶基体具有更好的相容性。

3 结论

（1）生胶是决定刷涂型改性聚硫密封剂黏度和强度的最重要因素，与聚硫橡胶G44相比，液体改性聚硫橡胶MPS101-3更适合作为刷涂型改性聚硫密封剂的基体；

（2）不同填料对密封剂黏度的影响各不相同，二氧化硅可显著提高密封剂的黏度，不适于用作刷涂型改性聚硫密封剂的填料；

（3）填料经硅烷偶联剂表面处理后与密封剂基体相容性提高，可降低刷涂型改性聚硫密封剂的黏度约10%～35%，提高密封剂的拉伸强度20%～50%，剥离强度最高可提高约12.5%。

表3　填料处理对密封剂性能的影响Tab.3 Effect of fillers surface treatment on performance of brushable sealant

参考文献

［1］宋英红，杨亚飞，吴松华.航空聚硫密封剂的发展现状分析［J］.中国胶粘剂，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］宋义虎，杜淼，杨红梅，等.橡胶材料的结构和黏弹性［J］.高分子学报，2013，（9）：1115-1130.

文献标识码：中国分类号：TQ436+.6A

文章编号：1001-5922（2016）07-0064-03

收稿日期：2016-04-27

作者简介：杨亚飞（1982-），男，工程师。主要从事航空聚硫密封剂的研究工作。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