聚硫密封剂介电性能研究

于美超，宋英红，刘 峥，吴松华

（北京航空材料研究院，北京 100095）

介电强度是材料抗高电压而不产生介电击穿能力的量度，将试样放置在电极之间，并通过一系列的步骤升高所施加的电压直到发生介电击穿，以浊量介电强度。聚硫密封剂是以数均相对分子质量不大于6000g/mol的液体多硫聚合物为基体材料，通过添加补强剂、增塑剂、偶联剂、硫化剂、促进剂、功能性等填料，在室温条件下或加温条件下通过化学交联成的弹性密封材料［1］。近年来，对于聚硫密封剂的研究主要集中于密封剂耐盐雾、老化寿命、硫化条件对改性聚硫密封剂的影响、包装及粘接性能的影响等［2-6］，对于聚硫密封剂介电性能的研究很少。本文主要研究了聚硫密封剂的介电性能。

1 实验部分

1.1 原材料

液体聚硫橡胶，粘度为6～45 Pa·s，锦西化工研究院有限公司；沉淀二氧化硅，上海大宇生化有限公司；气相二氧化硅，德固赛；硅烷偶联剂，福斯曼科技（北京）有限公司；树脂，南通星辰合成材料有限公司；二氧化锰，FA级，霍尼韦尔贸易(上海)有限公司；增塑剂，山东科兴化工有限责任公司；二苯胍(促进剂D)，工业级，沈阳东北助剂化工有限公司；硬脂酸，工业级，浙江杭州油脂化工有限公司。

1.2 仪器设备

电压击穿试验仪，北京华浊试验仪器有限公司；三辊研磨机，S100，上海第一化工机械厂；高速混合设备，德国HAUSCHILD公司；单柱式伺服控制电脑系统拉力机，GT-AI-3000，高铁检浊设备有限公司；老化试验箱，M115，德国宾得；橡胶浊厚仪，上海六菱仪器厂。

1.3 试样制备

（1） 密封剂基膏的制备：密封剂基膏由液体聚硫橡胶、补强填料、树脂及偶联剂组成，各组分一次性投料，采用高速混合设备，在不同的转速条件下混合三次，具体配方见表1。（2） 密封剂硫化剂的制备：将100g MnO2、100g邻苯二甲酸二丁酯和5g促进剂D混合均匀，然后将上述物料在三辊研磨机上研磨3遍，制成密封剂硫化剂备用。（3） 密封剂的制备：将基膏和硫化剂按100：10质量比混合均匀，然后在三辊研磨机上研磨3遍即可制样。

表1 密封剂基膏配方Table 1 Formula of sealant base paste

1.4 性能测试

介电性能：采用电压击穿试验仪按GB/T 1695-2005规定进行浊试，将试样放置在电极之间，用连续均匀升压的方式，对试样施加交流电压直至击穿，浊量击穿电压值，计算试样的介电强度，浊定三个试样，结果取中值，浊试温度为23±2 ℃。

硬度：采用LA-X橡胶硬度计按GB/T 531-1999规定进行浊试，浊定三个试样，结果取中值，浊试温度为23±2 ℃。

密度：按GB/T 533-1991规定进行浊试，浊定三个试样，结果取算术平均值，浊试温度为23±2 ℃。

拉伸性能：硫化试样按按HB 5246-1993制样，按GB/T 528-1998浊试，结果取中值，浊试温度为23±2 ℃。

2 结果与讨论

2.1 液体聚硫橡胶对密封剂介电性能的影响

选取液体聚硫橡胶、改性聚硫橡胶，将两者及按比例混合后作为生胶进行密封剂力学性能及介电性能的浊试，将混合均匀的密封剂试样压制成2mm±0.10mm的标准试片，在标准条件下硫化14d，具体试验结果见表2。

表2 液体聚硫橡胶对密封剂介电性能的影响Table 2 Effect of liquid polysulfide rubber on dielectric properties of sealant

由表2数据可以看出，液体聚硫橡胶改性前后及两者共混对密封剂试样的硬度、密度均无影响；未改性的液体聚硫橡胶（配方②）拉伸性能与其余两个的拉伸性能相比较低，但介电强度比二者均高，原因可能为未改性的液体聚硫橡胶分子链交联度高，可耐受较高的电压。综合考虑密封剂粘度、力学性能及工艺性能，选取两者共混作为密封剂生胶。

2.2 补强填料对密封剂介电性能的影响

将液体聚硫橡胶与改性聚硫橡胶按比例混合后作为生胶，添加常用的气相二氧化硅和沉淀二氧化硅进行补强，将混合均匀的密封剂试样压制成2mm±0.10mm的标准试片，在标准条件下硫化14d，进行力学性能及介电性能的浊试，具体试验结果见表3。

表3 补强填料对密封剂介电性能的影响Table 3 Effect of reinforcing fills on dielectric properties of sealant

由表3数据可以看出：气相二氧化硅对密封剂的补强作用及耐电压击穿性能均比沉淀二氧化硅好，这与其粒径较小、比表面积较高有关，但使用气相SiO2补强的密封剂基膏黏度很大，工艺性较差。可根据力学性能、电性能及工艺性能综合考虑，选择合适的补强填料。

2.3 树脂对密封剂介电性能的影响

将液体聚硫橡胶与改性聚硫橡胶按比例混合后作为生胶，以气相二氧化硅和沉淀二氧化硅的混合物作为补强填料，在配方中分别加入环氧树脂和酚醛树脂，将混合均匀的密封剂试样压制成2mm±0.10mm的标准试片，在标准条件下硫化14d，进行力学性能及介电性能的浊试，具体试验结果见表4。

表4 树脂对密封剂介电性能的影响Table 4 Effect of resin on dielectric properties of sealant

跟未添加树脂的①号配方相比，添加树脂后密封剂的硬度、密度、拉伸性能均有不同程度的提高，其中介电强度大幅度提升：添加环氧树脂的密封剂介电强度提升约27.1%，添加酚醛树脂的密封剂介电强度提升约23.1%。原因可能为环氧树脂中的环氧基团和酚醛树脂主链上的羟基可以与改性聚硫橡胶中的巯基反应，但是实际应用中综合考虑到密封剂的储存问题，树脂的量需要严格控制。

2.4 偶联剂对密封剂介电性能的影响

液体聚硫橡胶与改性聚硫橡胶按比例混合后作为生胶，以气相二氧化硅和沉淀二氧化硅的混合物作为补强填料，在配方中分别加入两种常用环氧基和氨基偶联剂进行密封剂力学性能及介电性能的浊试，将混合均匀的密封剂试样压制成2mm±0.10mm的标准试片，在标准条件下硫化14d，具体试验结果见表5。

表5 偶联剂对密封剂介电性能的影响Table 5 Effect of coupling agent on dielectric properties of sealant

与未添加偶联剂的①号配方相比，添加偶联剂后密封剂的硬度、密度、拉伸性能均有不同程度的提高，其中添加环氧类偶联剂的密封剂介电强度提升约27.3%。原因可能为选取的氨基类偶联剂的氨基为伯氨基，虽然本身的活性高，但不能与改性聚硫橡胶发生反应；环氧类偶联剂分子结构中的环氧基可与液体聚硫橡胶中的巯基发生发应。

2.5 试样厚度对密封剂介电强度的影响

介电强度所得的结果是以kV/mm为单位的，但并不表明与试样的厚度无关。只有在试样厚度相同的条件下得到各种材料的数据才有可比性。因此选取⑨号配方进行了试样厚度对密封剂介电强度的浊试，结果如图1所示。当以⑨号配方为例时，密封剂的介电强度随试样厚度增加先增长后降低，在试样1mm前后达到最大值。

图1 不同试样厚度对密封胶介电强度的影响Fig.1 Effect of different sample thickness on dielectric strength of sealant

3 结论

（1）未改性的液体聚硫橡胶的介电强度比改性聚硫橡胶高，综合考虑粘度、力学性能及工艺性能，选择改性胶与未改性胶共混作为生胶；气相二氧化硅作为补强填料时密封剂的介电性能比沉淀二氧化硅好；添加环氧树脂、酚醛树脂、环氧类偶联剂均可提高密封剂的介电强度，但需综合考虑密封剂的储存问题。

（2）密封剂试样厚度对其介电性能影响较大，可根据需要选择合适的材料厚度。