某有機硅密封劑應用性能研究

朱 杉， 陳 斌， 戴劍雄， 劉 凱

（1.空軍駐山東地區軍事代表室，山東 濟南 250023；2.駐航天二院二○六所軍事代表室，北京 100854）

0 引 言

近年來，有機硅密封劑廣泛應用在航空航天、電子電器、建筑及汽車等行業[1]，其主要功能是防止外部氣體或介質浸入內部，起著隔離、封嚴和保護作用。有機硅又稱聚硅氧烷，是主鏈由硅、氧交替組成的高分子，Si-O鍵鍵能達到452 kJ/mol，遠比C－C鍵或C-S鍵的鍵能高，具有較好的耐熱性、耐寒性和耐候性等性能[2]。本文研究的有機硅密封劑主要由基膏、硫化劑和催化劑3種組分組成，通過室溫或高溫固化后成為彈性體，起到粘接、密封作用，也是很好的阻尼減振材料[3]。該密封劑3種組分質量配比范圍見表1，高溫固化溫度范圍為65～75℃，固化時間16～24h。

本文通過試驗，測試和分析了硫化劑、催化劑用量對密封劑活性期、剪切強度、熱分解溫度的影響，確定了最佳配比，以滿足活性期2.5～5 h，固化后剪切強度大于3MPa，熱分解溫度onset值大于480℃的使用要求。

1 實驗部分

1.1 原材料

密封劑（3種組分）：濟南特種材料研究所；

底涂：濟南特種材料研究所；

丙酮：分析純·AR，煙臺市雙雙化工有限公司。

1.2 主要儀器設備

熱重分析儀：TGA-7型，美國PE公司；

表1 密封劑組分質量配比

材料拉力機：WDW5C型，上海華龍測試設備有限公司；

高溫試驗箱：WG4501型，重慶銀河試驗儀器有限公司。

1.3 試樣制備

試驗中將按照不同組分配比方案制作試樣，見表2。

表2 組分配比方案

剪切強度試樣制備：準備5組（每組2片）鋁合金試片（長60mm，寬20mm，厚2mm），用于搭接長度為15mm、夾距45mm樣品。將試片表面用丙酮擦拭干凈并晾干，在試片搭接面均勻涂覆一薄層底涂，室溫下晾置30min；同時配制密封劑，為保證各組分混合均勻，每次配制的重量約100 g。首先稱量100 g基膏置于燒杯中碾碎并攪拌均勻，然后按方案1配比，用膠頭滴管滴入相應重量的硫化劑和催化劑，迅速攪拌均勻。取部分剛調制的密封劑均勻涂覆在試片搭接表面，厚度1～2mm，用工裝將試片搭接好并壓緊（壓力0.55MPa），擠出多余密封劑，保證試片搭接后總長度為（105±0.5）mm。將試樣連同工裝于室溫下固化24 h，75℃條件下固化24 h，再降至室溫。

活性期試樣制備：取5～10g剛調制均勻的密封劑置于潔凈平板，用于活性期測試。

熱分解試樣制備：在進行剪切強度試樣常溫及高溫固化時，取5～10g剛調制均勻的密封劑一同固化后用于熱分解測試。

1.4 性能測試

活性期測試：將剛調制均勻的5～10 g密封劑置于一潔凈平板表面，每5～10min用潔凈的細金屬條以10～20 cm/s的速度挑起密封劑，當密封劑產生回彈現象時為活性期終點，測試溫度25℃。

剪切強度按HB 5164－1981測試，加載速度15mm/min，測試溫度25℃。

熱分解測試：將試樣升溫至120℃后降至室溫，以除去水份等，然后按20℃/min的升溫速率升溫至550℃，升溫過程中加N2保護，由TGA分析儀自動生成測試試樣的重量百分比-溫度曲線，根據曲線確定試樣的熱分解開始溫度。

2 結果與討論

具體測試結果見表3。

表3 不同配比方案的測試結果

2.1 催化劑和硫化劑對活性期的影響

催化劑和硫化劑用量對密封劑活性期的影響如圖1所示，可以看出，在硫化劑用量一定的情況下，隨著催化劑用量加大，硫化速度明顯加快，密封劑的活性期迅速變短。在催化劑用量一定的情況下，硫化劑用量對密封劑的活性期影響則較小，從總體而言，隨著硫化劑用量的增加，密封劑的活性期有縮短的趨勢。

圖1 催化劑和硫化劑用量對活性期的影響

2.2 催化劑和硫化劑對剪切強度的影響

催化劑和硫化劑用量對密封劑剪切強度的影響如圖2所示，可以看出，在硫化劑用量一定的情況下，隨著催化劑用量的增大，密封劑的剪切強度先增大再減小，說明催化劑用量在下限時密封劑硫化程度有所欠缺；而催化劑用量在上限時，硫化過快，導致硫化物結構不夠均勻，均對剪切強度產生一定影響。在催化劑用量一定的情況下，隨著硫化劑用量的增大，密封劑的剪切強度變化沒有規律。可以進一步了解剪切強度和硫化劑、催化劑的絕對質量比率之間的關系如圖3所示。可以看出，隨著硫化劑和催化劑質量比率的增加，密封劑剪切強度呈先增加后降低的趨勢，在允許的質量配比范圍內，以硫化劑和催化劑質量比率為0.45時剪切強度最高。

圖2 催化劑和硫化劑用量對剪切強度的影響

圖3 硫化劑和催化劑質量比率對剪切強度的影響

2.3 催化劑和硫化劑對熱分解溫度的影響

2.3.1 對5%熱失重溫度的影響

催化劑和硫化劑用量對密封劑5%熱失重溫度的影響見圖4。可以看出，在硫化劑用量一定的情況下，隨著催化劑用量的增大，密封劑硫化產物的5%熱失重溫度有下降的趨勢；在催化劑用量一定的情況下，硫化劑的用量越大，密封劑硫化產物的5%熱失重溫度越低。

2.3.2 對熱分解onset值的影響

熱分解onset值是從硫化產物熱失重曲線上得到的理論分解溫度，催化劑和硫化劑用量對密封劑熱分解onset值的影響見圖5。可以看出，在硫化劑用量一定的情況下，隨著催化劑用量的增大，密封劑硫化產物的熱分解onset值先增大后減小；在催化劑用量一定的情況下，硫化劑的用量越大，密封劑硫化產物的熱分解onset值越低。

圖4 催化劑和硫化劑用量對5%熱失重溫度的影響

圖5 催化劑和硫化劑用量對熱分解onset值的影響

3 結束語

（1）催化劑用量對密封劑活性期影響較硫化劑大，硫化劑用量對密封劑熱分解溫度影響較催化劑大，兩種組分相對用量越大，活性期越短，5%熱失重溫度越低。

（2）硫化劑用量一定時，密封劑的剪切強度、熱分解onset值隨著催化劑用量的加大先增大再減小。

（3）催化劑用量一定時，隨著硫化劑用量的加大，剪切強度呈不規則變化規律，熱分解onset值降低。

（4）通過綜合比較，基膏、硫化劑和催化劑采用100∶0.45∶1質量配比的密封劑性能最佳，滿足使用要求。

[1]范召東，張鵬，王恒芝，等.有機硅密封劑耐熱性能研究[J].航空材料學報，2006，26（3）：203-206.

[2]張銀鐘，胡孝勇，袁曉玲，等.無溶劑型雙組分有機硅改性PU膠粘劑的制備與性能研究[J].中國膠粘劑，2012，21（2）：13-16.

[3]李衛中，王慶明，劉曉靜，等.復合材料發動機部件密封與減振設計[J].玻璃鋼/復合材料，2011，6（11）：60-63.