彈性結(jié)構(gòu)密封膠短期/長期高低溫下耐受能力

孟 婷，張燕青，張燕紅

（鄭州中原思藍(lán)德高科股份有限公司，鄭州 450001）

0 前言

結(jié)構(gòu)密封膠是一種中性固化、專為結(jié)構(gòu)粘結(jié)性裝配而設(shè)計的?？稍诤軐挼臍鉁貤l件下輕易地擠出使用，依靠空氣中的水分固化成優(yōu)異、耐用的高模量、高彈性的密封膠，且耐老化、耐疲勞、耐腐蝕，在使用壽命期內(nèi)性能穩(wěn)定，適用于承受結(jié)構(gòu)強度的粘結(jié)。而環(huán)境老化過程中，結(jié)構(gòu)密封膠的拉伸強度變位能力等力學(xué)性能會不同程度的劣化、影響使用壽命。因此，對于結(jié)構(gòu)密封膠老化性能的研究是必要的。目前市場上用結(jié)構(gòu)密封膠主要有硅酮、聚氨酯和改性聚醚。由于試驗周期長、環(huán)境條件無法控制，且每個地區(qū)環(huán)境因素有所不同，各個影響因素?zé)o法分離研究，本文主要考察對不同時間節(jié)點高低溫結(jié)構(gòu)密封膠性能的影響。

1 實驗部分

1.1 試驗樣品

選取市售的硅酮、聚氨酯、改性聚醚3類國內(nèi)外典型的結(jié)構(gòu)密封膠共計6 種產(chǎn)品：硅酮（高模量）、硅酮（低模量）、聚氨酯（國外）、聚氨酯（國內(nèi)）、改性聚醚（國外）、改性聚醚（國內(nèi)）進(jìn)行性能研究。

1.2 主要儀器設(shè)備

電子萬能拉力試驗機、烘箱、冰柜、高低溫交變箱。

1.3 試樣制備及測試

按GB/T528 規(guī)定的1 型啞鈴形制樣，進(jìn)行性能測試，每組5個試樣，在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件[溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%]下養(yǎng)護(hù)28d后，進(jìn)行不同高、低溫老化時間條件下的力學(xué)性能測試，拉伸速度：500mm/min，并記錄最大拉伸強度和伸長率。

1.4 高、低溫老化條件

1.4.1 短期老化

短期老化分為高溫80℃、100℃、120℃、150℃、180℃、200℃老化和低溫-20℃、-30℃、-40℃、-45℃、-50℃分別放置1h，在相應(yīng)溫度下進(jìn)行力學(xué)性能的測試，進(jìn)行衰減性能對比。

1.4.2 長期老化

低溫對密封膠本體性能影響較小，長期老化不對其進(jìn)行研究，僅進(jìn)行高溫80℃、120℃、150℃、180℃長期老化，在相應(yīng)溫度下分別放置720h、1500h、3000h 和6000h 后，在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下進(jìn)行力學(xué)性能的測試，查看衰減性能。

1.5 測試結(jié)果

1.5.1 標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下性能

在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下養(yǎng)護(hù)28d 后進(jìn)行力學(xué)性能測試，強度和伸長率取均值，結(jié)果如表1所示。

表1 強度和伸長率Tab.1 Strength and elongation

由表1可以看出：聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠具有較高的強度，改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠次之，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠強度較低；聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠也具有較高的伸長率。雖各類結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品可通過調(diào)整配方，適當(dāng)改變其力學(xué)性能，但產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)已決定其最基本的性能參數(shù)。

1.5.2 短期老化后性能

1） 6 種產(chǎn)品在80℃、100℃、120℃、150℃、180℃和200℃分別放置1h，然后在相應(yīng)溫度下觀察外觀變化并測試力學(xué)性能，短期高溫后性能結(jié)果如表2所示。

表2 6種產(chǎn)品短期高溫后表面狀態(tài)對比Tab.2 Comparison of surface status of six products after short-term high temperature

圖1 6種產(chǎn)品拉伸強度和伸長率對比Fig.1 Comparison of tensile strength and elongation of six products

從表2 和圖1 中可以看出，短期硅酮結(jié)構(gòu)密封膠耐高溫性能優(yōu)于聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠、改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠，可以耐溫到200℃，外觀無明顯變化。從性能變化看，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在180℃高溫下拉伸強度、伸長率保持較好，在200℃還保持有一定性能；改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠的伸長率衰減較多；聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠拉伸強度衰減較多、伸長率衰減較多。

2）6 種產(chǎn)品在-20℃、-30℃、-40℃、-45℃和-50℃分別放置1h，然后在相應(yīng)溫度下觀察外觀變化并測試力學(xué)性能，短期低溫后性能結(jié)果如表3所示。

表3 6種產(chǎn)品短期低溫后表面狀態(tài)對比Tab.3 Comparison of surface status of six products after short-term low temperature

圖2 3類結(jié)構(gòu)密封膠拉伸強度和伸長率對比Fig.2 Comparison of tensile strength and elongation of three structural sealant

從表3 和圖2 中可以看出短期耐低溫性到-50℃，外觀無明顯變化，從性能變化看，3類結(jié)構(gòu)密封膠低溫下強度變大，伸長率先高再降低。

1.5.3 長期老化后性能

6 種產(chǎn)品分別在80℃、120℃、150℃、180℃高溫箱放置720h、1500h、3000h和6000h，取出后在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下放置24h，觀察外觀變化并測試力學(xué)性能，長期高溫后性能結(jié)果如表4所示。

表4 6種產(chǎn)品長期高溫后表面狀態(tài)對比Tab.4 Comparison of surface state of six products after long term high temperature

（續(xù)上表）

圖3 在80℃不同時間老化后對強度和伸長率的影響Fig.3 Effects of aging at 80℃at different times on strength and elongation

圖4 在120℃不同時間老化后對強度和伸長率的影響Fig.4 Effect of aging at 120 ℃for different time on strength and elongation

圖5 在150℃不同時間老化后對強度和伸長率的影響Fig.5 Effect of aging at 150 ℃for different time on strength and elongation

圖6 在180℃不同時間老化后對強度和伸長率的影響Fig.6 Effect of aging at 180 ℃for different time on strength and elongation

從表4 中、圖3、圖4、圖5、圖6 中可以看出，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠長期耐高溫性能優(yōu)于聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠、改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠，可以耐溫到180℃，外觀無明顯變化，從性能變化看，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在150℃長期高溫下拉伸強度、伸長率保持較好，在長期老化180℃還保持有一定性能；聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠拉伸強度、伸長率衰減較多；改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠的拉伸強度保持最差，伸長率衰減最多。

硅酮密封膠是以端羥基聚二甲基硅氧烷為基礎(chǔ)配合物加入添加劑和助劑，水解固化交聯(lián)制得的，主鏈?zhǔn)怯蒘i-O 鏈節(jié)組成，以聚二甲基硅氧烷為基礎(chǔ)配合物制的的硅酮密封膠具有優(yōu)異的耐高低溫性能、耐候性。聚氨酯是由異氰酸酯與多元醇化合物聚合而成，是主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團(tuán)（NHCOO）的一類大分子的統(tǒng)稱，如遇溫度、濕度較高的情況時，異氰酸酯會與空氣中的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放的二氧化碳?xì)怏w使密封膠產(chǎn)生氣泡甚至裂紋；膠體長期暴露在紫外光照射下，易產(chǎn)生裂紋。硅改性聚醚密封膠的主體結(jié)構(gòu)是以端硅氧烷封端的聚醚聚合物，其主鏈為聚醚的柔性鏈段，相對分子質(zhì)量與聚二甲基硅氧烷相比較小，支鏈為端硅烷基且為封端的官烷相比較小，支鏈為端硅烷基且為封端的官能團(tuán)，交聯(lián)密度相對較弱，抵抗不了熱作用引起的分子加速運動，使得高溫下的性能大大衰減。

2 結(jié)果與結(jié)論

通過本次高低溫短期和長期高溫老化實驗數(shù)據(jù)分析得出：

1）耐高溫性能：硅酮結(jié)構(gòu)密封膠具有優(yōu)異的耐高溫性能，能在150℃環(huán)境下長期使用，長期高溫耐溫可達(dá)180℃；聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠耐溫性能優(yōu)于改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠。

2）耐低溫性能：硅酮結(jié)構(gòu)密封膠、聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠、改性聚醚結(jié)構(gòu)密封膠耐低溫性能可耐低溫到-50℃，外觀無明顯變化，性能保持較好。

3）實際工程可根據(jù)使用要求，參考本實驗結(jié)論，選擇不同類型的結(jié)構(gòu)密封膠材料。