不同含硫密封劑的耐SO2 鹽霧性能研究

劉藝帆，任 杰，章諫正，吳松華

（1 中國航發北京航空材料研究院，北京100095；2 成都飛機設計研究所，四川成都610041)

液體含硫橡膠含有大量的C-O、C-S 等極性基團，具有優異的耐介質、耐溫和耐老化等性能，適宜作為基礎聚合物，配制成適用于航空領域的彈性密封劑，并應用于飛機整體油箱密封、機體結構防腐蝕密封和座艙密封等部位［1-3］。由于密封劑會應用于飛機的貼合面密封等不可拆卸的部位，長期使用要求與機同壽，因此密封劑的耐環境穩定性對飛機的使用壽命有著重要的影響。隨著我國航空事業的發展，飛機的服役范圍越來越廣闊，使用環境不局限于陸基，還面臨著海洋環境的考驗。海洋大氣環境具有高鹽高濕的特點，結合人類生活和設備排放的各種廢氣，易在飛機表面形成酸性鹽霧環境，因此需要對密封劑的耐酸性鹽霧性能進行考察［4-5］。SO2鹽霧是一種較為苛刻的環境試驗條件，適宜用于模擬海洋環境，以考察飛機密封劑的耐環境穩定性。

本文通過對聚硫密封劑、改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑等三種常見的含硫密封劑在耐SO2鹽霧試驗前后的力學性能、粘接性能和壓縮性能進行測試和對比，來評價三種密封劑的耐SO2鹽霧能力。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

聚硫密封劑，北京航空材料研究院；改性聚硫密封劑，北京航空材料研究院；聚硫代醚密封劑，北京航空材料研究院。

1.2 試驗儀器

電子天平（精度0.001g），賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；KBF115 型恒溫烘箱，德國弗蘭茨賓德有限公司；T2000ET 型電子拉力機，北京友深電子儀器有限公司；三輥研磨機，廣州紅運機械設備有限公司；低溫耐寒系數測試儀，高鐵檢測儀器有限公司；鹽霧腐蝕試驗箱，無錫蘇南試驗設備公司。

1.3 密封劑的配制和硫化

密封劑的基膏和硫化劑按100∶10 的比例初步攪拌后，使用三輥研磨機混合均勻，并放入相應的模具中制得試樣。試樣的硫化條件：在23℃條件下硫化1d 后，再在70℃條件下硫化1d。

1.4 試驗方法

（1）拉伸性能：根據GB/T 528-2009 進行測定。

（2）180°剝離強度：按照HB 5249-1993 進行測定。

（3）壓縮永久變形率：根據GB/T 1683-2018 進行測定，試驗溫度為70℃，試驗時間24h。

（4）壓縮模量：根據GB/T 7757-2009 進行測定，試樣尺寸為Φ29mm×12.5mm。

（5）壓縮耐寒系數：按照HG/T 3866-2008 進行測定，試驗溫度為-55℃。

（6）SO2鹽霧試驗：根據ASTM G85 標準進行耐鹽霧2d、4d 和8d 的試驗。

2 結果與討論

2.1 力學性能

按照標準進行耐SO2鹽霧試驗，對比了聚硫密封劑、改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧試驗前后的力學性能變化，試驗結果見表1。

表1 三種密封劑在耐SO2 鹽霧試驗前后的力學性能Table 1 The mechanical properties of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

由表1 可知，在進行耐SO2鹽霧試驗后，三種密封劑的力學性能均發生不同程度地下降。其中，聚硫密封劑的力學性能下降程度最大，耐SO2鹽霧8d 后，拉伸強度由4.23MPa 下降到3.35MPa，扯斷伸長率由405.2%下降到351.3%。改性聚硫密封劑在耐SO2鹽霧8d 后，拉伸強度由3.51MPa 下降到3.18MPa，相較于耐SO2鹽霧前的有所下降。而聚硫代醚密封劑的力學性能下降程度最小，耐SO2鹽霧8d 后，拉伸強度為3.42MPa，相較于耐SO2鹽霧前的（3.57MPa）只下降了4.2%。

這可能由于液體聚硫橡膠含有大量的多硫鍵（S-S），其鍵能低，在苛刻的環境條件下易發生斷裂，影響密封劑的性能。液體改性聚硫橡膠由于加入的單硫基團低分子化合物發生了內交換反應，減少了S-S 鍵的百分含量，因此改性聚硫密封劑在耐SO2鹽霧試驗后的力學性能要優于聚硫密封劑的。而液體聚硫代醚橡膠分子鏈中不存在多硫鍵，因此聚硫代醚密封劑的耐SO2鹽霧性能最佳。

2.2 粘接性能

按照標準對聚硫密封劑、改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧試驗前后的粘接性能進行測試，測試結果見表2。

表2 三種密封劑在耐SO2 鹽霧試驗前后的粘接性能Table 2 The adhesive properties of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

由表2 可知，聚硫密封劑、改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧試驗前后的粘接性能變化不大。這是由于試樣放置于SO2鹽霧環境時，SO2鹽霧只能侵蝕試樣的外側暴露部分，而無法透過密封劑侵蝕密封劑與金屬基材的粘接面，因此密封劑的粘接性能沒有明顯的變化，三種含硫密封劑在耐SO2鹽霧8d 后仍然能夠起到保護金屬基材的作用。

2.3 壓縮性能

按照標準對聚硫密封劑、改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧試驗前后的壓縮模量、壓縮永久變形率和壓縮耐寒系數進行測試。試驗結果分別如圖1、圖2 和圖3 所示。

圖1 三種密封劑在SO2 耐鹽霧試驗前后的壓縮模量(MPa)Fig.1 The compression modulus of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

圖2 三種密封劑在耐SO2 鹽霧試驗前后的壓縮永久變形率(%)Fig.2 The compression permanent deformation of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

圖3 三種密封劑在耐SO2 鹽霧試驗前后的壓縮耐寒系數Fig.3 The coefficient of cold resistance under compression of the three sealants before and after SO2/salt spray testing

由圖1 可知，SO2鹽霧試驗前，聚硫密封劑的壓縮模量最小，為3.85MPa；而改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑的壓縮模量相當，為4.8MPa。進行SO2鹽霧試驗后，聚硫密封劑在耐SO2鹽霧8d 后，壓縮模量下降到3.5MPa；改性聚硫密封劑的壓縮模量由4.8MPa 下降到4.45MPa，而聚硫代醚密封劑的壓縮模量并沒有明顯下降，耐SO2鹽霧8d 后，壓縮模量仍有4.7MPa。

由圖2 可知，耐SO2鹽霧試驗前，聚硫密封劑的壓縮永久變形率就顯著高于改性聚硫密封劑和聚硫代醚密封劑的，為86.2%。這是由于液體聚硫橡膠中的多硫鍵含量高，在高溫壓縮狀態下易發生內交換反應，形成新的交聯網絡，引發內部結構的改變所致。其在耐SO2鹽霧試驗后的壓縮永久變形率更是高達100%，幾乎不發生回彈。改性聚硫密封劑在耐SO2鹽霧試驗前的壓縮永久變形率為57.15%。隨著SO2鹽霧試驗時間的增加，其壓縮永久變形率逐步上升，在耐SO2鹽霧8d 后，壓縮永久變形率為85.76%。聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧試驗前的壓縮永久變形率最低，為43.81%。其壓縮永久變形率隨耐SO2鹽霧試驗時間增加的上升幅度也最小，在耐SO2鹽霧8d 后的壓縮永久變形率為50.52%。

由圖3 可知，耐SO2鹽霧試驗前，聚硫代醚密封劑的壓縮耐寒系數為0.270，顯著高于聚硫密封劑的（0.106）和改性聚硫密封劑的（0.199）。隨著耐SO2鹽霧試驗時間的增加，三種密封劑的壓縮耐寒系數均發生不同程度地下降。其中，聚硫密封劑的下降程度最大，在耐SO2鹽霧8d 后，壓縮耐寒系數僅為0.012。換句話說，在-55 ℃下壓縮后幾乎不再發生回彈。改性聚硫密封劑在耐SO2鹽霧2d 時下降并不明顯，但之后下降顯著，8d 后下降到0.145。聚硫代醚密封劑在耐SO2鹽霧8d 后的壓縮耐寒系數為0.254，相較于耐SO2鹽霧試驗前的僅下降了6%。

綜上所述，在耐SO2鹽霧試驗后，聚硫密封劑的各項壓縮性能下降最為顯著，改性聚硫密封劑次之，而聚硫代醚密封劑的下降程度較小。這一結果和三種密封劑在耐SO2鹽霧試驗后的力學性能變化是一致的。

3 結論

（1）耐SO2鹽霧試驗后，三種含硫密封劑的力學性能和壓縮性能會發生不同程度地下降，但粘接性能沒有受到明顯影響。

（2）在三種含硫密封劑中，聚硫代醚密封劑具有較好的耐SO2鹽霧能力，各項性能下降幅度均低于聚硫密封劑和改性聚硫密封劑的。