不同含硫密封剂的耐SO2 盐雾性能研究

2020-12-28刘艺帆章谏正吴松华

合成材料老化与应用 2020年6期

刘艺帆，任杰，章谏正，吴松华

（1 中国航发北京航空材料研究院，北京100095；2 成都飞机设计研究所，四川成都610041)

液体含硫橡胶含有大量的C-O、C-S 等极性基团，具有优异的耐介质、耐温和耐老化等性能，适宜作为基础聚合物，配制成适用于航空领域的弹性密封剂，并应用于飞机整体油箱密封、机体结构防腐蚀密封和座舱密封等部位［1-3］。由于密封剂会应用于飞机的贴合面密封等不可拆卸的部位，长期使用要求与机同寿，因此密封剂的耐环境稳定性对飞机的使用寿命有着重要的影响。随着我国航空事业的发展，飞机的服役范围越来越广阔，使用环境不局限于陆基，还面临着海洋环境的考验。海洋大气环境具有高盐高湿的特点，结合人类生活和设备排放的各种废气，易在飞机表面形成酸性盐雾环境，因此需要对密封剂的耐酸性盐雾性能进行考察［4-5］。SO2盐雾是一种较为苛刻的环境试验条件，适宜用于模拟海洋环境，以考察飞机密封剂的耐环境稳定性。

本文通过对聚硫密封剂、改性聚硫密封剂和聚硫代醚密封剂等三种常见的含硫密封剂在耐SO2盐雾试验前后的力学性能、粘接性能和压缩性能进行测试和对比，来评价三种密封剂的耐SO2盐雾能力。

1 试验部分

1.1 试验原料

聚硫密封剂，北京航空材料研究院；改性聚硫密封剂，北京航空材料研究院；聚硫代醚密封剂，北京航空材料研究院。

1.2 试验仪器

电子天平（精度0.001g），赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；KBF115 型恒温烘箱，德国弗兰茨宾德有限公司；T2000ET 型电子拉力机，北京友深电子仪器有限公司；三辊研磨机，广州红运机械设备有限公司；低温耐寒系数测试仪，高铁检测仪器有限公司；盐雾腐蚀试验箱，无锡苏南试验设备公司。

1.3 密封剂的配制和硫化

密封剂的基膏和硫化剂按100∶10 的比例初步搅拌后，使用三辊研磨机混合均匀，并放入相应的模具中制得试样。试样的硫化条件：在23℃条件下硫化1d 后，再在70℃条件下硫化1d。

1.4 试验方法

（1）拉伸性能：根据GB/T 528-2009 进行测定。

（2）180°剥离强度：按照HB 5249-1993 进行测定。

（3）压缩永久变形率：根据GB/T 1683-2018 进行测定，试验温度为70℃，试验时间24h。

（4）压缩模量：根据GB/T 7757-2009 进行测定，试样尺寸为Φ29mm×12.5mm。

（5）压缩耐寒系数：按照HG/T 3866-2008 进行测定，试验温度为-55℃。

（6）SO2盐雾试验：根据ASTM G85 标准进行耐盐雾2d、4d 和8d 的试验。

2 结果与讨论

2.1 力学性能

按照标准进行耐SO2盐雾试验，对比了聚硫密封剂、改性聚硫密封剂和聚硫代醚密封剂在耐SO2盐雾试验前后的力学性能变化，试验结果见表1。

表1 三种密封剂在耐SO2 盐雾试验前后的力学性能Table 1 The mechanical properties of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

由表1 可知，在进行耐SO2盐雾试验后，三种密封剂的力学性能均发生不同程度地下降。其中，聚硫密封剂的力学性能下降程度最大，耐SO2盐雾8d 后，拉伸强度由4.23MPa 下降到3.35MPa，扯断伸长率由405.2%下降到351.3%。改性聚硫密封剂在耐SO2盐雾8d 后，拉伸强度由3.51MPa 下降到3.18MPa，相较于耐SO2盐雾前的有所下降。而聚硫代醚密封剂的力学性能下降程度最小，耐SO2盐雾8d 后，拉伸强度为3.42MPa，相较于耐SO2盐雾前的（3.57MPa）只下降了4.2%。

这可能由于液体聚硫橡胶含有大量的多硫键（S-S），其键能低，在苛刻的环境条件下易发生断裂，影响密封剂的性能。液体改性聚硫橡胶由于加入的单硫基团低分子化合物发生了内交换反应，减少了S-S 键的百分含量，因此改性聚硫密封剂在耐SO2盐雾试验后的力学性能要优于聚硫密封剂的。而液体聚硫代醚橡胶分子链中不存在多硫键，因此聚硫代醚密封剂的耐SO2盐雾性能最佳。

2.2 粘接性能

按照标准对聚硫密封剂、改性聚硫密封剂和聚硫代醚密封剂在耐SO2盐雾试验前后的粘接性能进行测试，测试结果见表2。

表2 三种密封剂在耐SO2 盐雾试验前后的粘接性能Table 2 The adhesive properties of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

由表2 可知，聚硫密封剂、改性聚硫密封剂和聚硫代醚密封剂在耐SO2盐雾试验前后的粘接性能变化不大。这是由于试样放置于SO2盐雾环境时，SO2盐雾只能侵蚀试样的外侧暴露部分，而无法透过密封剂侵蚀密封剂与金属基材的粘接面，因此密封剂的粘接性能没有明显的变化，三种含硫密封剂在耐SO2盐雾8d 后仍然能够起到保护金属基材的作用。

2.3 压缩性能

按照标准对聚硫密封剂、改性聚硫密封剂和聚硫代醚密封剂在耐SO2盐雾试验前后的压缩模量、压缩永久变形率和压缩耐寒系数进行测试。试验结果分别如图1、图2 和图3 所示。

图1 三种密封剂在SO2 耐盐雾试验前后的压缩模量(MPa)Fig.1 The compression modulus of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

图2 三种密封剂在耐SO2 盐雾试验前后的压缩永久变形率(%)Fig.2 The compression permanent deformation of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

图3 三种密封剂在耐SO2 盐雾试验前后的压缩耐寒系数Fig.3 The coefficient of cold resistance under compression of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

由图1 可知，SO2盐雾试验前，聚硫密封剂的压缩模量最小，为3.85MPa；而改性聚硫密封剂和聚硫代醚密封剂的压缩模量相当，为4.8MPa。进行SO2盐雾试验后，聚硫密封剂在耐SO2盐雾8d 后，压缩模量下降到3.5MPa；改性聚硫密封剂的压缩模量由4.8MPa 下降到4.45MPa，而聚硫代醚密封剂的压缩模量并没有明显下降，耐SO2盐雾8d 后，压缩模量仍有4.7MPa。

由图2 可知，耐SO2盐雾试验前，聚硫密封剂的压缩永久变形率就显著高于改性聚硫密封剂和聚硫代醚密封剂的，为86.2%。这是由于液体聚硫橡胶中的多硫键含量高，在高温压缩状态下易发生内交换反应，形成新的交联网络，引发内部结构的改变所致。其在耐SO2盐雾试验后的压缩永久变形率更是高达100%，几乎不发生回弹。改性聚硫密封剂在耐SO2盐雾试验前的压缩永久变形率为57.15%。随着SO2盐雾试验时间的增加，其压缩永久变形率逐步上升，在耐SO2盐雾8d 后，压缩永久变形率为85.76%。聚硫代醚密封剂在耐SO2盐雾试验前的压缩永久变形率最低，为43.81%。其压缩永久变形率随耐SO2盐雾试验时间增加的上升幅度也最小，在耐SO2盐雾8d 后的压缩永久变形率为50.52%。

由图3 可知，耐SO2盐雾试验前，聚硫代醚密封剂的压缩耐寒系数为0.270，显著高于聚硫密封剂的（0.106）和改性聚硫密封剂的（0.199）。随着耐SO2盐雾试验时间的增加，三种密封剂的压缩耐寒系数均发生不同程度地下降。其中，聚硫密封剂的下降程度最大，在耐SO2盐雾8d 后，压缩耐寒系数仅为0.012。换句话说，在-55 ℃下压缩后几乎不再发生回弹。改性聚硫密封剂在耐SO2盐雾2d 时下降并不明显，但之后下降显著，8d 后下降到0.145。聚硫代醚密封剂在耐SO2盐雾8d 后的压缩耐寒系数为0.254，相较于耐SO2盐雾试验前的仅下降了6%。

综上所述，在耐SO2盐雾试验后，聚硫密封剂的各项压缩性能下降最为显著，改性聚硫密封剂次之，而聚硫代醚密封剂的下降程度较小。这一结果和三种密封剂在耐SO2盐雾试验后的力学性能变化是一致的。