弹性结构密封胶短期/长期高低温下耐受能力

孟 婷，张燕青，张燕红

（郑州中原思蓝德高科股份有限公司，郑州 450001）

0 前言

结构密封胶是一种中性固化、专为结构粘结性装配而设计的。可在很宽的气温条件下轻易地挤出使用，依靠空气中的水分固化成优异、耐用的高模量、高弹性的密封胶，且耐老化、耐疲劳、耐腐蚀，在使用寿命期内性能稳定，适用于承受结构强度的粘结。而环境老化过程中，结构密封胶的拉伸强度变位能力等力学性能会不同程度的劣化、影响使用寿命。因此，对于结构密封胶老化性能的研究是必要的。目前市场上用结构密封胶主要有硅酮、聚氨酯和改性聚醚。由于试验周期长、环境条件无法控制，且每个地区环境因素有所不同，各个影响因素无法分离研究，本文主要考察对不同时间节点高低温结构密封胶性能的影响。

1 实验部分

1.1 试验样品

选取市售的硅酮、聚氨酯、改性聚醚3类国内外典型的结构密封胶共计6 种产品：硅酮（高模量）、硅酮（低模量）、聚氨酯（国外）、聚氨酯（国内）、改性聚醚（国外）、改性聚醚（国内）进行性能研究。

1.2 主要仪器设备

电子万能拉力试验机、烘箱、冰柜、高低温交变箱。

1.3 试样制备及测试

按GB/T528 规定的1 型哑铃形制样，进行性能测试，每组5个试样，在标准试验条件[温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%]下养护28d后，进行不同高、低温老化时间条件下的力学性能测试，拉伸速度：500mm/min，并记录最大拉伸强度和伸长率。

1.4 高、低温老化条件

1.4.1 短期老化

短期老化分为高温80℃、100℃、120℃、150℃、180℃、200℃老化和低温-20℃、-30℃、-40℃、-45℃、-50℃分别放置1h，在相应温度下进行力学性能的测试，进行衰减性能对比。

1.4.2 长期老化

低温对密封胶本体性能影响较小，长期老化不对其进行研究，仅进行高温80℃、120℃、150℃、180℃长期老化，在相应温度下分别放置720h、1500h、3000h 和6000h 后，在标准试验条件下进行力学性能的测试，查看衰减性能。

1.5 测试结果

1.5.1 标准试验条件下性能

在标准试验条件下养护28d 后进行力学性能测试，强度和伸长率取均值，结果如表1所示。

表1 强度和伸长率Tab.1 Strength and elongation

由表1可以看出：聚氨酯结构密封胶具有较高的强度，改性聚醚结构密封胶次之，硅酮结构密封胶强度较低；聚氨酯结构密封胶也具有较高的伸长率。虽各类结构密封胶产品可通过调整配方，适当改变其力学性能，但产品的主体结构已决定其最基本的性能参数。

1.5.2 短期老化后性能

1） 6 种产品在80℃、100℃、120℃、150℃、180℃和200℃分别放置1h，然后在相应温度下观察外观变化并测试力学性能，短期高温后性能结果如表2所示。

表2 6种产品短期高温后表面状态对比Tab.2 Comparison of surface status of six products after short-term high temperature

图1 6种产品拉伸强度和伸长率对比Fig.1 Comparison of tensile strength and elongation of six products

从表2 和图1 中可以看出，短期硅酮结构密封胶耐高温性能优于聚氨酯结构密封胶、改性聚醚结构密封胶，可以耐温到200℃，外观无明显变化。从性能变化看，硅酮结构密封胶在180℃高温下拉伸强度、伸长率保持较好，在200℃还保持有一定性能；改性聚醚结构密封胶的伸长率衰减较多；聚氨酯结构密封胶拉伸强度衰减较多、伸长率衰减较多。

2）6 种产品在-20℃、-30℃、-40℃、-45℃和-50℃分别放置1h，然后在相应温度下观察外观变化并测试力学性能，短期低温后性能结果如表3所示。

表3 6种产品短期低温后表面状态对比Tab.3 Comparison of surface status of six products after short-term low temperature

图2 3类结构密封胶拉伸强度和伸长率对比Fig.2 Comparison of tensile strength and elongation of three structural sealant

从表3 和图2 中可以看出短期耐低温性到-50℃，外观无明显变化，从性能变化看，3类结构密封胶低温下强度变大，伸长率先高再降低。

1.5.3 长期老化后性能

6 种产品分别在80℃、120℃、150℃、180℃高温箱放置720h、1500h、3000h和6000h，取出后在标准试验条件下放置24h，观察外观变化并测试力学性能，长期高温后性能结果如表4所示。

表4 6种产品长期高温后表面状态对比Tab.4 Comparison of surface state of six products after long term high temperature

（续上表）

图3 在80℃不同时间老化后对强度和伸长率的影响Fig.3 Effects of aging at 80℃at different times on strength and elongation

图4 在120℃不同时间老化后对强度和伸长率的影响Fig.4 Effect of aging at 120 ℃for different time on strength and elongation

图5 在150℃不同时间老化后对强度和伸长率的影响Fig.5 Effect of aging at 150 ℃for different time on strength and elongation

图6 在180℃不同时间老化后对强度和伸长率的影响Fig.6 Effect of aging at 180 ℃for different time on strength and elongation

从表4 中、图3、图4、图5、图6 中可以看出，硅酮结构密封胶长期耐高温性能优于聚氨酯结构密封胶、改性聚醚结构密封胶，可以耐温到180℃，外观无明显变化，从性能变化看，硅酮结构密封胶在150℃长期高温下拉伸强度、伸长率保持较好，在长期老化180℃还保持有一定性能；聚氨酯结构密封胶拉伸强度、伸长率衰减较多；改性聚醚结构密封胶的拉伸强度保持最差，伸长率衰减最多。

硅酮密封胶是以端羟基聚二甲基硅氧烷为基础配合物加入添加剂和助剂，水解固化交联制得的，主链是由Si-O 链节组成，以聚二甲基硅氧烷为基础配合物制的的硅酮密封胶具有优异的耐高低温性能、耐候性。聚氨酯是由异氰酸酯与多元醇化合物聚合而成，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团（NHCOO）的一类大分子的统称，如遇温度、湿度较高的情况时，异氰酸酯会与空气中的水发生化学反应，释放的二氧化碳气体使密封胶产生气泡甚至裂纹；胶体长期暴露在紫外光照射下，易产生裂纹。硅改性聚醚密封胶的主体结构是以端硅氧烷封端的聚醚聚合物，其主链为聚醚的柔性链段，相对分子质量与聚二甲基硅氧烷相比较小，支链为端硅烷基且为封端的官烷相比较小，支链为端硅烷基且为封端的官能团，交联密度相对较弱，抵抗不了热作用引起的分子加速运动，使得高温下的性能大大衰减。

2 结果与结论

通过本次高低温短期和长期高温老化实验数据分析得出：

1）耐高温性能：硅酮结构密封胶具有优异的耐高温性能，能在150℃环境下长期使用，长期高温耐温可达180℃；聚氨酯结构密封胶耐温性能优于改性聚醚结构密封胶。

2）耐低温性能：硅酮结构密封胶、聚氨酯结构密封胶、改性聚醚结构密封胶耐低温性能可耐低温到-50℃，外观无明显变化，性能保持较好。

3）实际工程可根据使用要求，参考本实验结论，选择不同类型的结构密封胶材料。