温湿度对GD414硅橡胶硫化速度的影响

蔡 律 杨怀宇

温湿度对GD414硅橡胶硫化速度的影响

蔡 律 杨怀宇

(西安航天发动机有限公司，西安 710061）

针对GD414硅橡胶在实际使用中硫化时间过长的问题，通过试验找到提高其硫化速度的方法，在不同温度、湿度条件下对GD414硅橡胶的表干时间、消粘时间及硫化深度进行测试分析，找出了使用过程中最佳温湿度，提出提高固化效率的措施，并就GD414实际使用提出建议。

GD414；温湿度；硫化条件；硅橡胶

1 引言

室温硫化硅橡胶（RTV）是上世纪60年代出现的一种有机硅弹性胶体，在室温下无需加压加热即可就地固化，使用起来十分方便[1]。按照硫化机理，可以分为缩合型和加成型，其中缩合型RTV适用条件广，使用简单，但是固化时间过长，深部硫化较为困难，在使用中一般需要放置较长时间待其完全固化。

GD414属于缩合脱醇型单组份室温硫化硅橡胶，具有高强度、高断裂伸长率等特点，可以在-60～200℃范围内长期使用，且具有良好的耐紫外光、耐气候老化性、绝缘性、化学惰性等优点[2]，产品硫化时对金属无腐蚀性，硫化过程不吸热、不放热[3]，操作简单，使用方便，在航天产品研制生产中，可以作为元器件、导线等的抗振加固材料，材料手册中对于它的使用，给出了室温硫化7天的要求，硫化时间过长[4]。

GD414硅橡胶使用时，在催化剂的作用下，借助空气中的水分发生缩合反应，交联形成弹性体[5，6]，水在硫化过程中起主要反应剂的作用[7]。反应过程中，增加湿度可以增加反应物水的浓度，提高温度可以增加水分子运动速度，均可以提高反应速率[4]。因此本文以温度和相对湿度为变量，对GD414硫化过程进行试验分析，探究其对硫化速度的影响。

2 试验

使用四川自贡中晨晨光化工研究院生产的GD414脱醇型单组份室温硫化硅橡胶，生产日期为20210614，执行标准为Q/45090448-850—2019。

设计温度对硫化过程影响的试验方案，湿度为(50±5)%RH，选取(20±2)℃、(30±2)℃、(40±2)℃、(50±2)℃、(60±2)℃、(70±2)℃、(80±2)℃共七个温度点，测定每个点的对应指标。

设计湿度对硫化过程影响的试验方案，温度为(25±2)℃，选取(30±5)%RH、(40±5)%RH、(50±5)%RH、(60±5)%RH、(70±5)%RH、(80±5)%RH共六个湿度点，测定每个点的对应指标。

以橡胶硫化过程中常见的三个指标考查硫化反应速度。

表干时间：以GB/T13477.5—2002《建筑密封材料试验方法中表干时间测试方法》中B法为参考，即用无水乙醇擦拭干净手指端部，每隔一段时间，轻触试件表面，直至无试样粘附在手指上所经历的时间。

消粘时间：将产品在洁净的聚四氟乙烯板上挤出约5mm的长条，每隔一段时间，用手指按压胶条表面，直至胶条表面完全硫化，干爽不粘手的时间[8]。

硫化深度：将产品涂抹在洁净的聚四氟乙烯板上，尺寸为30mm×30mm×6mm，放置在规定温湿度下硫化24h，沿垂直试样方向纵向切开一刀，将其从板上剥落，用刻度尺测量试样中部硫化的厚度。

3 结果与讨论

3.1 温度对GD414硫化过程的影响

3.1.1 温度对GD414表干时间及消粘时间的影响

相对湿度为(50±5)%RH时，七个温度点下测得的GD414硅橡胶的表干时间和消粘时间见表1，温度与时间的关系见图1。

表1 不同温度下GD414表干时间、消粘时间统计表

图1 温度与表干时间及消粘时间关系图

GD414硅橡胶表面固化的本质就是硫化反应，基体的端羟基与水发生缩合反应，形成弹性胶体，其硫化速度很大程度上取决于水在胶层中的扩散速度[9]。当温度低于50℃时，随着温度的增加，表干时间及消粘时间大幅缩短，50℃以后两者变化趋于平缓。这是因为温度较低时，环境中水分子的运动能较低，分子平均运动速度慢，与硅橡胶表面端羟基的接触概率低，固化反应慢，这时升高温度使水分子运动能增加，运动速度变快，加速了水分子的扩散过程，快速与硅橡胶表面待参与反应的端羟基发生缩合，硫化速度加快。当温度超过50℃后，虽然提升温度，水分子运动速度仍会加快，但是表面胶层能参与反应的端羟基数量有限，过多的水分子无法参与反应，因此升高温度硅橡胶表面固化反应的变化程度趋于缓和。

3.1.2 温度对GD414硫化深度的影响

相对湿度为(50±5)%RH时，七个温度点下测得的GD414硅橡胶24h的硫化深度见表2，温度与硫化深度的关系见图2。

表2 不同温度下GD414的24h硫化深度统计表

图2 温度与24h硫化深度关系图

随着温度升高，GD414硫化深度逐渐加深，但是当温度超过60℃时，硫化过程中硅橡胶内部开始产生气泡，当温度继续升高，内部气泡的数量变多、体积增大，导致硅橡胶固化的厚度增加，当温度达到80℃时，最终形成泡沫状胶体结构，影响使用效果。

3.2 相对湿度对GD414硫化过程的影响

3.2.1 相对湿度对GD414表干时间及消粘时间的影响

温度为(25±2)℃，六个湿度点下测得的GD414硅橡胶的表干时间及消粘时间见表3，湿度与时间的关系见图3。

表3 不同湿度下GD414表干时间及消粘时间统计表

图3 湿度与表干时间及消粘时间关系图

当湿度小于60%RH时，随着湿度增加，GD414硅橡胶的表干时间和消粘时间都随之缩短，呈明显的负相关关系，主要是由于增加湿度，相当于增加水分子的浓度，即增加反应物的浓度，促进硫化反应向右进行，有利于提高硫化速度；当湿度大于60%RH时，即使增加湿度，硅橡胶表面参与缩合反应的端羟基数量有限，同时过多的水分子附着在硅橡胶表面，反而使GD414基体发生溶胀，表面发粘，表干时间和消粘时间反而增加，考虑过长的消粘时间下胶体表面易受污染、硫化过慢易产生气泡等原因，不推荐该条件下使用。

3.2.2 相对湿度对GD414硫化深度的影响

温度为(25±2)℃，六个湿度点下测得的GD414硅橡胶的硫化深度见表4，湿度与硫化深度的关系见图4。

随着相对湿度的增加，GD414的24h硫化深度增加，从湿度30%RH增加到40%RH时，硫化深度增加明显，后续随着湿度上升，硫化深度变化趋于平缓。分析认为，相对湿度达到40%RH时，随着表面的硫化，水分子进入胶体的难度加大，反应物的溢出变得困难，即使增加湿度，能进入胶体内部的参与反应的水分子数量增加有限，因此硫化深度的增加趋于平缓。

表4 不同湿度下GD414的24h硫化深度统计表

图4 湿度与24h硫化深度关系图

4 结束语

a. GD414硅橡胶随着温度的升高，硫化速度加快，考虑硫化效果及产品元器件使用时温度限制，推荐在温度为50～60℃范围内进行硫化。

b. GD414硅橡胶随着湿度的增加，表面固化时间呈现先降后升的趋势，推荐在相对湿度为40%～60%RH的范围内进行硫化，可以提高硫化速度。

c. GD414硅橡胶的固化由外向内进行，单次涂覆过厚，表面硫化形成的硫化橡胶层阻止水分子进入胶体内部参与反应，会导致内部未参与硫化或硫化不完全，最终形成缺陷，影响使用。因此建议涂覆过程中选择分次涂覆，每次厚度为2～3mm，待完全固化后再涂覆下一层。

1 林修勇. 硅橡胶在电气绝缘方面的应用进展[J]. 特种橡胶制品，2003(10)：9～10

2 冯圣玉，张洁，李美江，等. 有机硅高分子及其应用[M]. 北京：化学工业出版社，2004：89～132

3 沙爱学，王庆如，李兴无. 航空用高强度结构钛合金的研究及应用[J]. 稀有金属，2004，28(1)：239～242

4 成钢，李尧. 航天用RTV GD414硫化性能研究[J]. 真空与低温，2013，19(1)：50～55

5 周宁琳. 有机硅聚合物导论[M]．北京：科学出版社，2000：112～145

6 幸松民，王一璐. 有机硅合成工艺及产品应用[M]. 北京：化学工业出版社，2000：614～616

7 江畹兰. 水在液体硅橡胶室温硫化中的作用[J]. 世界橡胶工业，2001(1)：9～11

8 王奉平，周福维. 钛酸酯对脱醇型透明单组分硅橡胶性能的影响[C]. 2005年液体硅橡胶信息交流会论文集，三亚，2005：5

9 王其召. 空间级室温硫化硅橡胶的合成与性能表征[D]. 兰州：兰州大学，2004：14～22

Study on Curing Conditions of GD414 Silicone Rubber

Cai Lv Yang Huaiyu

(Xi’an Space Engine Co., Ltd., Xi’an 710061)

Since the curing time of GD414 silicone rubber is too long in practical use, the method of increasing the curing speed was found by experiment. The surface drying time, unsticking time and curing depth of GD414 silicone rubber under different temperature and humidity conditions were tested and analyzed, found out the optimum temperature and humidity in use process, put forward to reduce the curing time, and raise some effective measures to improve the curing efficiency, to provide the reference for actual work.

GD414；temperature and humidity；curing conditions；silicone rubber

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A

蔡律（1993），工程师，高分子材料与工程专业；研究方向：有机材料及化学分析。

2022-09-07