聚硫代醚密封剂压缩性能的研究

刘艺帆，章建正，秦蓬波，吴松华

（北京航空材料研究院，北京 100095）

聚硫代醚密封剂压缩性能的研究

刘艺帆，章建正，秦蓬波，吴松华

（北京航空材料研究院，北京 100095）

通过对密封剂压缩永久变形、压缩模量的测试，考查了不同填料和增粘剂对聚硫代醚密封剂压缩性能的影响。结果表明，以高岭土为填料的聚硫代醚密封剂的压缩性能优于以炭黑和活性碳酸钙为填料的聚硫代醚密封剂，而增粘剂的加入会降低聚硫代醚密封剂的压缩性能。

聚硫代醚；密封剂；压缩性能

聚硫密封剂以液态聚硫橡胶为主要成分，在航空设备上主要应用于飞机整体油箱、座舱和机身结构密封等[1]。当密封剂应用于飞机口盖密封时，需要经历长时间的压缩以及拆卸重装口盖的过程。现有的聚硫密封剂在长时间的压缩状态下会产生较大的蠕变，重新装配口盖时受压力过大则会使已经硫化完全的密封剂发生变形，这2种情况均可能使密封剂从口盖边缘挤出，影响飞机表面外观，造成飞机漏油，产生安全隐患等。因此用于飞机口盖密封的密封剂需要具有良好的压缩性能。

液态聚硫代醚生胶相比于液态聚硫橡胶，在Mr（相对分子质量）相同时，其黏度显著小于后者[2，3]，因此在以聚硫代醚为主要原料的密封剂体系中可以加入更多的抗压缩填料，使其更适合作为飞机口盖的密封材料。此外，聚硫代醚密封剂还具有良好的耐油性、耐温性[4]，保障了其作为口盖密封剂的可行性。本试验对比了不同填料和增粘剂对聚硫代醚密封剂压缩性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

液态聚硫代醚，北京航空材料研究院；活性碳酸钙，工业级，上海诺成药业股份有限公司；高岭土，中国高岭土有限公司；炭黑（牌号为N774），上海卡博特化工有限公司；二氧化锰，铁岭市康宁民生制桶厂；邻苯二甲酸二丁酯（DBP），工业级，苏州圣晟化工有限公司；二硫化四甲基秋兰姆（促进剂TMTD），工业级，东北试剂总厂；硬脂酸，杭州油脂化工有限公司；1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷（BTSE），南京能德化工有限公司；1,3,5-三（三甲氧基硅丙基）异氰脲酸酯（ALINK-597），迈图高新材料集团公司；环氧树脂（E-44），蓝星新材料无锡树脂厂。

S100型三辊研磨机，上海第一化工机械厂；GT-AT-3000型电子拉力机，高铁检测仪器有限公司；厚度计，长沙仪表机床厂；圆柱模具（φ10 mm×10 mm和φ13 mm×6.3 mm）、永久压缩变形夹具，自制。

1.2 试样制备

（1）基膏的制备：按表1、表2配方分别制备相应基膏，混合后过三辊研磨机研磨3遍。

表1 不同填料配方Tab.1 Formulations containing different fillers

表2 不同增粘剂配方（单位：g）Tab.2 Formulations containing different adhesion promoters

（3）试样的制备：将现有牌号密封剂或上述配方的基膏与硫化剂按质量比10∶1混合均匀，过三辊研磨机研磨3遍后填入模具，根据HB5246—1993标准制备2 mm厚度的拉伸试片、GB 1683—1981标准制备φ10 mm×10 mm永久压缩变形试样以及GB/T 9865.1—1996标准制备φ13 mm×6.3 mm的压缩模量试样。

1.3 性能测试

（1）永久压缩变形：按照GB 1683—1981标准，采用自制永久压缩变形夹具[限制器高度（6±0.02）mm]和厚度计进行测定。

（2）压缩模量：根据GB/T 7757—2009标准，采用电子拉力机进行测定（试样采用φ13 mm×6.3 mm的圆柱形试样，将样品压缩至25%应变，然后回复至应力为0 Mpa，速率为10 mm/min，循环4次；以第4次20%应变时的应力值计算压缩模量）。

（3）拉伸性能：根据GB/T 528—2009标准，采用电子拉力机进行测定（拉伸速率为500 mm/min）。

2 结果与讨论

2.1 不同填料对聚硫代醚密封剂压缩性能的影响

2.1.1 永久压缩变形

取大小相近的样品，采用TA-XT2i物性测定仪测定。参数设置为：探头型号：剪切探头P2，测试模式：压缩，目标模式：应变，操作类型：Return to start，触发模式：应力，等待时间：0 s，测试前速度2 mm/s，测试速度1.00 mm/s：测试后速度：10.00 mm/s，测试距离：10 mm，触发应力：5 g，取点频率：200 pps。样品的硬度，由计算机直接输出，单位/N。每个样品重复测量5次，最后去掉最大值，去掉最小值，其他数据取平均值。

不同填料对聚硫代醚密封剂永久压缩变形率的影响如图1所示。

图1 不同填料聚硫代醚密封剂的永久压缩变形率Fig.1 Compression set of polythioether sealants containing different filler

由图1可知：当以炭黑作填料加入到聚硫代醚体系中时，其常温和70 ℃下的压缩永久变形率相对最小，分别为5.90%和26.75%；而采用相同用量的高岭土作填料时，其常温和70 ℃下的压缩永久变形率为6.32%和28.81%，仅略次于以炭黑为填料的聚硫代醚体系；而活性碳酸钙的压缩永久变形率相对最大，常温下为9.68%，70 ℃时为36.97%。压缩永久变形率越小，密封剂的恢复原始形状的能力越强。试验结果表明，当密封剂所受的压缩外力消除后，以高岭土和炭黑为填料的聚硫代醚密封剂的恢复能力较好，而以活性碳酸钙为填料的恢复能力相对较差。

2.1.2 压缩模量和拉伸性能

不同填料对聚硫代醚密封剂的压缩和拉伸性能的影响如表3所示。

表3 不同填料聚硫代醚密封剂的压缩和拉伸性能Tab.3 Compressive and tensile properties of polythioether sealants containing different fillers

由表3可知：加入活性碳酸钙的聚硫代醚密封剂虽然拉断伸长率高达690%，但其压缩模量和拉伸强度均相对最低。炭黑具有相对最高的拉伸强度5.2 MPa，但其压缩模量却不高，为3.4 MPa。高岭土的压缩模量值相对最高，为5.1 MPa，而其拉伸强度也较为优异，为3.7 MPa，但拉断伸长率相对最低，为280%。压缩模量值越大，材料抵抗压缩的能力也越强。以高岭土为填料的聚硫代醚密封剂之压缩模量值相对最大，说明其抵抗压缩的能力相对最强。

在压缩性能方面，以高岭土的表现相对最为出色，但拉伸性能作为传统力学性能的测试方法，测出结果却表明炭黑的力学性能相对最好。这一现象说明压缩和拉伸时密封剂的力学性能并不一致，不能单纯以传统的力学性能测试方法来判断密封剂的压缩力学性能。

由于以炭黑N774为填料的基膏，放置21 d后即发生结皮，其贮存性能存在问题。综合考虑，在聚硫代醚体系中，高岭土更适合作为耐压缩密封剂的主要填料。

2.2 不同增粘剂对密封剂压缩性能的影响

选用高岭土作为聚硫代醚密封剂的主要填料，加入活性碳酸钙以提高其拉断伸长率，为了避免密封胶黏度过大影响其工艺性能，填料采用40份高岭土和10份碳酸钙。在上述密封剂体系中分别加入同等质量不同种类的增粘剂，以测试增粘剂对聚硫代醚密封剂压缩性能的影响。

2.2.1 永久压缩变形

不同增粘剂聚硫代醚密封剂的永久压缩变形性能如图2所示。

由图2可知：BTSE、ALINK-597组的永久压缩变形率与空白组相比的差距较小，常温和70 ℃时与空白组相差均不到1%，可以认为这2种增粘剂的加入对聚硫代醚密封剂的压缩永久变形率没有明显影响。而环氧E-44的加入则使聚硫代醚密封剂的压缩永久变形率略有下降。

图2 不同增粘剂聚硫代醚密封剂的永久压缩变形率Fig.2 Compression set of polythioether sealants containing different adhesion promoters

2.2.2 压缩模量和拉伸性能

不同增粘剂对聚硫代醚密封剂压缩模量和拉伸性能的影响如表4所示。

表4 不同增粘剂聚硫代醚密封剂的压缩和拉伸性能Tab.4 Compressive and tensile properties of polythioether sealants containing different adhesion promoters

由表4可知：空白组聚硫代醚密封剂的压缩模量相对最大，之后依次是BTSE组、ALINK-597组和E-44组。试验结果表明，增粘剂的加入使密封剂抵抗压缩的能力发生了明显下降，也使拉伸性能相较空白组发生了下降。

分析原因可能是，环氧E-44中的环氧基能与聚硫代醚的巯基发生反应，理论上E-44的官能度为2，但实际生产中，可能会有部分环氧被封端，实际官能度要小于2，因此，当E-44加入到聚硫代醚中后，可能使得密封剂的交联程度下降，影响了密封剂抵抗压缩的能力，造成压缩模量下降。而BTSE和ALINK-597为2种硅烷偶联剂，它们的主要作用在于加强无机填料之间的联系，覆盖在填料表面后，可能遮蔽了填料表面的部分活性基团，减小了分子链移动的阻力，使得密封剂的压缩模量也发生了下降。

3 结论

（1）不同填料对聚硫代醚的压缩性能产生不同影响。高岭土作为填料时，聚硫代醚密封剂在压缩方面的综合性能相对最佳，适宜作为耐压聚硫代醚密封剂的主要填料。

（2）增粘剂的加入会降低聚硫代醚密封剂的压缩性能。

[1]Usmani A E.Chemistry and technology of polysulfide sealant[J].Polymer-Plastics Technology and Engineering,1982,19(2)：165-199.

[2]赫平,张全成,马忠.耐高温聚硫代醚橡胶的合成研究[J].弹性体,2012,22(3)：65-67.

[3]刘嘉,苏正涛,栗付平.航空橡胶与密封材料[M].北京：国防工业出版社,2011.

[4]刘刚,秦蓬波,吴松华.新型耐高温耐油聚硫代醚密封剂的研究[J].中国胶粘剂,2009,18(8)：36-38．

Study of compression properties of polythioether sealant

LIU Yi-fan, ZHANG Jian-zheng, QIN Peng-bo, WU Song-hua
(Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100095, China)

The compressive properties of polythioether sealants containing different fillers and adhesion promoters were investigated through their compression set and compression modulus. The results showed that with regard to the compressive properties of polythioether sealant kaolin as the filler was better than carbon black or calcium carbonate as the filler. And the adhesion promoters decreasd its compressive properties.

polythioether; sealant; compressive properties

TQ 436+.6

A

1001-5922（2017）01-0055-04

2016-08-09

刘艺帆（1990-），女，硕士，助理工程师。主要研究方向：主要从事航空密封剂的研究工作。E-mail：847971002@qq.com。