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      不同含硫密封劑耐環(huán)境老化性能研究

      2023-10-24 07:15:30章諫正潘劍鋒索軍營(yíng)劉藝帆
      合成材料老化與應(yīng)用 2023年5期
      關(guān)鍵詞:密封劑變化率伸長(zhǎng)率

      章諫正,潘劍鋒,索軍營(yíng),劉藝帆

      (1 北京航空材料研究院股份有限公司,北京 100095;2 成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,四川 成都 610092)

      含硫橡膠由于分子中含有大量的S、O等元素,所以具有優(yōu)異的耐非極性介質(zhì)性能。第一種被開發(fā)的含硫橡膠為液體聚硫橡膠,通過二羥乙基縮甲醛與多硫化鈉反應(yīng)得到,具有優(yōu)良的耐油、耐腐蝕、耐老化、耐沖擊、耐低溫、低透氣率等特性,制備成聚硫密封劑已有數(shù)十年的應(yīng)用歷史,廣泛應(yīng)用于飛機(jī)整體油箱密封、機(jī)身防腐蝕密封、口蓋密封等[1-4]。

      由于聚硫橡膠分子中含有大量的雙硫鍵和多硫鍵,其耐熱性能受到一定的影響,為了提高密封劑的耐高溫性能,國(guó)內(nèi)外對(duì)與聚硫橡膠結(jié)構(gòu)相似但不含雙硫鍵的含硫化合物(如聚硫代醚)開展了合成和應(yīng)用研究,隨著30多年的發(fā)展,聚硫代醚密封劑開始逐漸取代聚硫密封劑。美國(guó)PPG公司通過巰基和硫醇加成反應(yīng)開發(fā)了一種聚硫代醚橡膠,以它為生膠制得的聚硫代醚密封劑,目前在國(guó)外已成功應(yīng)用[5]。國(guó)內(nèi)錦西院、航材院等單位亦開展了大量聚硫代醚的合成與研究工作,為聚硫代醚密封劑的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)[6-10]。本文以聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑為研究對(duì)象,對(duì)比了兩種密封劑在耐水、耐油、耐熱等性能的差異。

      1 試驗(yàn)部分

      1.1 試驗(yàn)材料

      液態(tài)聚硫代醚(Mn=4000,官能度1.5%),北京航空材料研究院;液體聚硫橡膠(G131),工業(yè)級(jí),德國(guó)阿克蘇諾貝爾公司;碳酸鈣,工業(yè)級(jí),唐山鈣邦新材料集團(tuán)有限公司;氣相二氧化硅,工業(yè)級(jí),贏創(chuàng)工業(yè)股份公司;二氧化錳(MnO2),工業(yè)級(jí),霍尼韋爾公司;鄰苯二甲酸二丁酯(DBP),工業(yè)級(jí),山東齊魯增塑劑股份有限公司;二硫化四甲基秋蘭姆(TMTD),工業(yè)級(jí),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;硬脂酸,工業(yè)級(jí),杭州油脂化工有限公司。

      1.2 試驗(yàn)儀器

      Speedmixer高速混合機(jī),德國(guó)Flack Tek公司;GTAT-3000型電子拉力機(jī),高鐵檢測(cè)儀器有限公司;厚度計(jì),長(zhǎng)沙儀表機(jī)床廠;高低溫試驗(yàn)箱,德國(guó)Binder有限責(zé)任公司;LX-A邵氏A型橡膠硬度計(jì),上海煜南儀器有限公司;電子天平,梅特勒-特里多國(guó)際有限公司。

      1.3 試驗(yàn)制備

      1.3.1 基膏的制備

      按表1配制聚硫代醚密封劑基膏和聚硫密封劑基膏,用高速混合機(jī)混合均勻。

      表1 基膏配方Table 1 Formula of base paste

      1.3.2 硫化劑的制備

      將100份二氧化錳,100份DBP和適量硬脂酸、TMTD用高速混合機(jī)混合均勻,活性期為2h。

      1.3.3 密封劑的制備

      將基膏和硫化劑按100:10的質(zhì)量份數(shù)混合均勻,過三輥研磨機(jī)研磨3遍后填入模具,參照HB5246-1993制備3.2mm厚試片。

      1.4 性能測(cè)試

      (1)拉伸性能:按照GB/T 528-2009進(jìn)行測(cè)定;(2)硬度:按照GB/T 531.1-2008進(jìn)行測(cè)定;(3)重量變化率:按AS5127/1-2020進(jìn)行測(cè)定;(4)體積變化率:按AS5127/1-2020進(jìn)行測(cè)定。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 不同含硫橡膠對(duì)密封劑長(zhǎng)期耐水性能的影響

      為了研究不同含硫橡膠對(duì)密封劑長(zhǎng)期耐水性的影響,將聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑試樣放入60℃水中,分別以30d為間隔取樣,測(cè)試密封劑的硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、重量變化率和體積變化率。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

      表2 不同密封劑耐60℃水性能數(shù)據(jù)Table 2 The data of different sealants after water treatment(60℃)

      由表2試驗(yàn)結(jié)果可以看出,聚硫代醚密封劑和聚硫密封劑在浸水過后密封劑的硬度和拉伸強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì),拉斷伸長(zhǎng)率均呈上升趨勢(shì),且在30d后基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這是因?yàn)槊芊鈩┙?,出現(xiàn)溶脹現(xiàn)象,水分子部分滲入到了密封劑中起到了增塑作用,同時(shí)造成分子間作用力下降,從而使硬度、拉伸強(qiáng)度下降而拉斷伸長(zhǎng)率上升。但在三個(gè)不同時(shí)間段測(cè)得的重量變化率及體積變化率在數(shù)值上區(qū)別不大,這說明聚硫代醚生膠的耐水性能與聚硫橡膠基本相當(dāng)。

      為了研究不同密封劑的耐高壓水蒸氣性能,將聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑試樣放入HAST試驗(yàn)箱,溫度120℃,壓力0.1MPa,分別測(cè)試2d和4d后密封劑的性能。試驗(yàn)結(jié)果見表3。由試驗(yàn)結(jié)果可知,這兩種密封劑在耐高壓水蒸氣后其硬度、拉伸強(qiáng)度均明顯下降,而拉斷伸長(zhǎng)率明顯上升,變化趨勢(shì)與60℃耐水試驗(yàn)結(jié)果類似,且三者隨時(shí)間的變化幅度也差別不大。這說明聚硫代醚密封劑與聚硫密封劑在耐高壓水蒸氣上區(qū)別不大。

      表3 不同密封劑耐高壓水蒸氣性能數(shù)據(jù)Table 3 The data of different sealants after high pressure water vapor resistance treatment

      2.2 不同含硫橡膠對(duì)密封劑長(zhǎng)期耐噴氣燃料性能的影響

      為了研究不同含硫橡膠對(duì)密封劑長(zhǎng)期耐噴氣燃料老化性能的影響,將聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑試樣放入60℃ 3號(hào)噴氣燃料中,以30d為間隔取樣。分別測(cè)試密封劑的硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、重量變化率和體積變化率。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

      表4 不同密封劑耐60℃ 3號(hào)噴氣燃料性能數(shù)據(jù)Table 4 The data of different sealants after fuel treatment(60℃)

      由表4試驗(yàn)結(jié)果可以看出,聚硫代醚和聚硫密封劑在耐油后密封劑的硬度和拉伸強(qiáng)度均呈緩慢下降趨勢(shì),拉斷伸長(zhǎng)率均呈上升趨勢(shì)。這是因?yàn)槊芊鈩┰趪姎馊剂现校糠秩加蜐B入到密封劑中起到了增塑作用,從而硬度、拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)下降,而拉斷伸長(zhǎng)率上升。在重量變化及體積變化率上,聚硫代醚和聚硫密封劑的變化主要在30d之內(nèi),之后緩慢上升,這可能是由于密封劑溶脹速率初期較快,后期變緩造成的。

      2.3 不同含硫橡膠對(duì)密封劑耐熱性能的影響

      為了考查不同密封劑長(zhǎng)期耐熱老化性能,將聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑試樣放置在120℃的烘箱中,放置250、500、1000 h后測(cè)試密封劑的力學(xué)性能。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

      表5 不同密封劑耐120℃熱老化數(shù)據(jù)Table 5 The data of different sealants after heat resistance(120℃)

      由表5試驗(yàn)結(jié)果可以看出,聚硫代醚密封劑各項(xiàng)性能均呈下降趨勢(shì),而聚硫密封劑的硬度呈上升趨勢(shì),拉伸強(qiáng)度逐漸下降,拉斷伸長(zhǎng)率在500h后明顯下降。這可能是由于液體聚硫橡膠中含有大量的多硫鍵,而聚硫代醚橡膠中不含有多硫鍵。在受熱老化時(shí),聚硫代醚密封劑主要以分子主鏈降解的方式進(jìn)行,而聚硫密封劑同時(shí)發(fā)生了降解和重交聯(lián),使得耐熱老化的聚硫密封劑過度交聯(lián),彌補(bǔ)了部分降解造成的拉伸強(qiáng)度損失,硬度顯著提高,拉斷伸長(zhǎng)率急劇下降。二者在熱老化過程中進(jìn)行方式不同,二者各有利弊。

      為了考查不同密封劑短期耐高溫老化性能,將聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑試樣放置在180℃的烘箱中,測(cè)試其不同老化時(shí)間后的性能。試驗(yàn)結(jié)果見表6。

      表6 不同密封劑耐180℃老化數(shù)據(jù)Table 6 The data of different sealants after heat resistance(180℃)

      由表6可以看出,兩種密封劑在180℃老化10h后,仍具有一定的力學(xué)性能,其中聚硫代醚密封劑的硬度、拉伸強(qiáng)度及拉斷伸長(zhǎng)率的變化率分別為25.5%、26.9%和17.8%,聚硫密封劑的變化率分別為24.5%、25.9%和47.2%,兩種密封劑的硬度和拉伸強(qiáng)度變化幅度相差不大,但聚硫代醚密封劑的拉斷伸長(zhǎng)率的變化幅度顯著低于聚硫密封劑,所以在短時(shí)間的耐高溫上,聚硫代醚密封劑的性能相對(duì)較好。

      3 結(jié)論

      (1)聚硫代醚密封劑和聚硫密封劑均具有較好的長(zhǎng)期耐水和耐燃油性能。

      (2)在長(zhǎng)期耐熱老化方面,兩種密封劑的熱老化表現(xiàn)形式不同,聚硫代醚密封劑主要表現(xiàn)為強(qiáng)度下降,而聚硫密封劑主要表現(xiàn)為拉斷伸長(zhǎng)率的下降。

      (3)在短期耐高熱方面,聚硫代醚密封劑比聚硫密封劑具有更好耐高熱性能。

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