包裝形式及混合工藝對(duì)聚硫密封劑性能影響研究

張斌 鮑傳磊 章諫正

摘要：文章考查了2種聚硫密封劑使用塑料桶套裝和雙組份單包裝兩種包裝形式下的長(zhǎng)期貯存穩(wěn)定性以及使用不同混合工藝對(duì)密封劑性能的影響。研究表明，采用雙組份單包裝形式的密封劑基膏粘度和活性期變化幅度分別較塑料桶套裝的密封劑下降了8%和5%左右;混合工藝中采用行星式攪拌機(jī)和雙組份單包裝這兩種方式對(duì)密封劑性能影響最小。前者適用于主機(jī)廠的大量施工，后者操作簡(jiǎn)便更適用于小范圍施工。

關(guān)鍵詞：包裝形式;聚硫密封劑;長(zhǎng)期貯存;混合工藝

中圖分類號(hào)：TQ436⁺.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—5922（2021）02—0033—04

0前言

聚硫密封劑一般由基膏和硫化劑兩組份組成，其固化后具有優(yōu)異的耐燃油性、抗振動(dòng)性及低固化收縮性等性能，廣泛的應(yīng)用于各類飛機(jī)的整體油箱等部位的密封。目前，關(guān)于聚硫密封劑的制備方法及其性能優(yōu)化的研究報(bào)道較多，如北京航空材料研究院等針對(duì)聚硫密封劑的生膠改性、填料補(bǔ)強(qiáng)及表面處理、硫化行為等做了一系列研究，但是對(duì)于密封劑的包裝形式和混合工藝對(duì)于密封劑的性能影響研究相對(duì)較少，特別是包裝形式對(duì)于聚硫密封劑的貯存穩(wěn)定性未見報(bào)道。然而從各個(gè)主機(jī)廠長(zhǎng)期使用聚硫密封劑的實(shí)際情況來看，不同包裝形式的聚硫密封劑貯存穩(wěn)定性不同，且混合工藝也會(huì)對(duì)聚硫密封劑的性能造成影響，特別是對(duì)密封劑工藝性能影響較大。而目前國(guó)內(nèi)航空主機(jī)廠采購的聚硫密封劑一般采用塑料桶成套式包裝（以下簡(jiǎn)稱塑料桶套裝）和雙組份單包裝兩種包裝形式。其中塑料桶套裝為基膏和硫化劑按一定比例分開包裝，作為一個(gè)單元包裝，其包裝形式如圖1（左）所示。而雙組份單包裝的形式，即將裝有基膏的膠筒和裝有硫化劑的推桿連接在一起，配套提供。包裝內(nèi)基膏和硫化劑配比固定，其具體包裝形式如圖1（右）所示。使用時(shí)，不同的包裝形式有著不同的混合工藝。塑料桶套裝使用時(shí)需按比例稱量各組分后進(jìn)行混合，混合一般采用機(jī)器混和（三輥研磨機(jī)或行星式攪拌機(jī)）和手工混和（400g以下），而單組份雙包裝使用時(shí)只需將硫化劑注入膠桶內(nèi)即可，膠桶內(nèi)配有攪拌槳，通過上下旋轉(zhuǎn)T型桿即可混合密封劑。

綜上考慮，本文通過室溫下長(zhǎng)期貯存實(shí)驗(yàn)考查了塑料桶套裝和雙組份單包裝這兩種包裝形式對(duì)2種聚硫密封劑（HMl09聚硫密封劑和HMl20超低密度改性聚硫密封劑）產(chǎn)品貯存穩(wěn)定性影響，同時(shí)，考查了不同包裝形式下的混合工藝對(duì)密封劑性能的影響。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原材料

聚硫密封劑：HM109-1改性聚硫密封劑（以下簡(jiǎn)稱HMl09密封劑）、HMl20超低密度改性聚硫密封劑（以下簡(jiǎn)稱HMl20密封劑），北京航空材料研究院;塑料桶4L（基膏用）、0.6L（硫化劑用），江蘇良品塑膠有限公司;雙組份單包裝組件，蘇州米恒材料科技有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

電子天平，AL104-Ic型，梅特勒一托利多儀器（上海）有限公司;三輥研磨機(jī)，S100型，上海第一化工機(jī)械廠;行星式攪拌機(jī)，2L，廣州紅運(yùn)混合設(shè)備有限公司;電熱鼓風(fēng)干燥箱，DGF4502BC型，重慶銀河實(shí)驗(yàn)儀器公司;恒溫恒濕箱，CTHI-250B型，施都凱儀器設(shè)備（上海）有限公司;電子拉力機(jī)，GT-AT-3000型，高鐵檢驗(yàn)儀器有限公司;旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，DVESRVTJ0型，美國(guó)Brookfield公司。

1.3包裝樣品的制備及貯存

將2種密封劑的基膏和硫化劑成品分別裝于4L塑料桶（4kg）和0.6L塑料桶（400g）中，即為密封劑塑料桶套裝形式;將2種密封劑的基膏和硫化劑成品分別裝于雙組份單包裝組件中的膠桶（120g）和T型管（12g）中，然后將雙組份單包裝的膠桶和T型管組合即為雙組份單包裝形式。然后將樣品置于恒溫恒濕間（23℃±2℃，相對(duì)濕度50%±5%）進(jìn)行長(zhǎng)期貯存實(shí)驗(yàn)。

1.4密封劑的混合

手工混合方式：將密封劑基膏和硫化劑按比例稱量后，采用膩?zhàn)拥哆M(jìn)行混合至均勻;

三輥研磨機(jī)混合：將密封劑基膏和硫化劑按比例稱量后，使用三輥研磨機(jī)研磨3遍;

行星式攪拌機(jī)混合：將密封劑基膏和硫化劑按比例稱量后放入行星式攪拌機(jī)內(nèi)，轉(zhuǎn)速100rpm/min，真空度-0.09MPa，溫度為25℃;

雙組份單包裝混合：將T型桿內(nèi)硫化劑注入膠桶內(nèi)，然后上下旋轉(zhuǎn)T型桿100下即可混勻，然后紙樣。

1.5性能測(cè)試

基膏粘度：密封劑基膏需在（23±2）℃、（50±5）%RH環(huán)境中放置12h以上，然后采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量其粘度;

活性期：按照HB 7752（4.7.7）規(guī)定測(cè)試;

流淌性：按照HB5243-1993規(guī)定測(cè)試;

密度：按照GB/T 531.1規(guī)定測(cè)試;

拉伸性能：按照GB/T 528-2009規(guī)定測(cè)試;

剝離性能：按照HB5249-1993規(guī)定測(cè)試。

2結(jié)果與討論

2.1包裝形式對(duì)密封劑貯存性能的影響

本實(shí)驗(yàn)主要考查了不同種類的密封劑使用塑料桶套裝與雙組份單包裝這兩種包裝形式后的基膏粘度、活性期及拉伸強(qiáng)度等性能隨貯存時(shí)間的變化情況。為了避免混合工藝不同造成的實(shí)驗(yàn)誤差，本實(shí)驗(yàn)均采用手工混合方式制備測(cè)試試樣。其中，雙組份單包裝是將硫化劑注入膠桶后立即使用膠槍將其擠出后再進(jìn)行手工混合制樣，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

圖2為不同包裝形式下的密封劑基膏粘度和活性期隨貯存時(shí)間的變化，結(jié)果可知，兩種包裝形式下的2種密封劑隨貯存時(shí)間變長(zhǎng)，其基膏粘度均升高，活性期均變短。其中，HMl09密封劑采用塑料桶套裝基膏粘度由初始的2200Pa·s到貯存9個(gè)月的3360Pa·s升高了52.7%，活性期由原來的5h，縮短到了3h，縮短了40%。而采用雙組份單包裝的基膏粘度升高了41.8%，活性期縮短了35%。同樣，HMl20密封劑在貯存9個(gè)月基膏粘度分別上升了45.3%（塑料桶包裝）和35.8%（雙組份單包裝），活性期分別縮短了20%（塑料桶包裝）和15%（雙組份單包裝）。綜合來看，采用雙組份單包裝形式的密封劑基膏粘度和活性期變化幅度分別較塑料桶套裝的密封劑下降了8%和5%左右。

另外，發(fā)現(xiàn)HM109密封劑在使用塑料桶套裝貯存近6個(gè)月時(shí)，其表面粘度較大，這是由于HM109密封劑采用的主要是炭黑（呈堿性）補(bǔ)強(qiáng)，其體系呈堿性，促使了密封劑中的聚硫生膠與空氣中的氧氣反應(yīng)。實(shí)際中通常采用貼覆塑料膜進(jìn)行隔絕空氣處理，而雙組份單包裝由于其密封性更好，未出現(xiàn)表面增粘現(xiàn)象。至于HM120密封劑，其采用二氧化硅補(bǔ)強(qiáng)，基膏偏弱酸性故不存在此類現(xiàn)象，但是相應(yīng)的力學(xué)性能比炭黑補(bǔ)強(qiáng)的密封劑較弱。

圖3為不同包裝形式下密封劑剝離強(qiáng)度隨貯存時(shí)間的變化，結(jié)果可知，采用這兩種形式包裝的HMl09密封劑剝離強(qiáng)度隨貯存時(shí)間變長(zhǎng)其剝離強(qiáng)度均變化不大。同樣的，HMl20密封劑的剝離強(qiáng)度也隨貯存時(shí)間變化不大，這說明包裝形式并不影響其最終的硫化性能。

綜上可知，不同包裝形式主要影響密封劑的基膏粘度、活性期等工藝性能，對(duì)密封劑的剝離性能影響不大。其中，使用單組份包裝形式有利于密封劑的長(zhǎng)期貯存，特別是對(duì)采用堿性補(bǔ)強(qiáng)填料的體系更有利。

2.2不同包裝形式下的混合工藝對(duì)密封劑工藝性能的

影響

密封劑采用塑料桶套裝的包裝時(shí)，使用時(shí)一般根據(jù)用量來決定混合方式。當(dāng)使用量在400g以下時(shí)，一般采用手工混合即用膩?zhàn)拥秾⒒嗪土蚧瘎┗旌暇鶆颉．?dāng)使用量大于400g時(shí)，一般采用三輥研磨機(jī)或行星式攪拌機(jī)（一般配有冷卻系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)）進(jìn)行機(jī)器混合。而當(dāng)密封劑采用雙組份單包裝的形式包裝時(shí)，其本身自帶混合裝置，通過上下旋轉(zhuǎn)即可將密封劑混合均勻，這4類混合方式實(shí)物圖如圖4所示。為此，本文考查了HM109和HM120兩種密封劑在使用不同混合工藝對(duì)密封劑性能的影響。

圖5為不同混合方式對(duì)HM109密封劑和HM120低密度密封劑性能的影響。結(jié)果可以看出，采用三輥研磨機(jī)的密封劑活性期最短、流淌性最大，這是因?yàn)槠浼羟辛ψ畲螅旌蠒r(shí)發(fā)熱現(xiàn)象最為明顯，所以活性期變短，而流淌性變大。行星攪拌機(jī)混合時(shí)其剪切力不如三輥研磨機(jī)且伴有冷卻系統(tǒng)，故對(duì)密封劑的活性期影響不大，流淌也介于手工混合和三輥研磨機(jī)之間，而雙組份單包裝本身即可混合，其混合強(qiáng)度明顯弱于三輥研磨機(jī)和行星攪拌機(jī)，所以其活性期和流淌性和手工混合差不多。

2.3不同包裝形式下的混合工藝對(duì)密封劑物理性能的影響

表1和表2為不同混合工藝對(duì)密封劑物理性能的影響，對(duì)于密封劑的密度而言，其手工混合的相對(duì)較低，這是因?yàn)槭止せ旌蠒r(shí)難免混入氣泡造成缺陷，所以密度相對(duì)較低，但這不利于密封劑的力學(xué)性能。從表2可以看出，HM120密封劑采用三輥研磨機(jī)混合后，其密度明顯變大。這是因?yàn)镠M120密封劑為低密度密封劑，其體系中加入了一定量的聚合物微球。在使用三輥研磨機(jī)時(shí)，可能使體系中較大的微球壓縮或是破裂，造成了密度相對(duì)升高，所以低密度密封劑混合時(shí)一般不推薦三輥研磨機(jī)。對(duì)于密封劑的拉伸性能和粘接性能來說，其手工混合的密封劑相對(duì)較差，其余均相似。這就是因?yàn)槭止せ旌匣烊藲馀莸热毕菰斐傻摹?/p>

從上述結(jié)果可以知道，手工混合時(shí)對(duì)密封劑的工藝性能影響不大，但是會(huì)造成缺陷影響密封劑的力學(xué)性能。而三輥研磨機(jī)由于其剪切力大且放熱明顯會(huì)造成密封劑活性期縮短，流淌變大，另外會(huì)影響低密度密封劑的密度。行星式攪拌機(jī)對(duì)密封劑的工藝性能影響不大，且不會(huì)影響到低密度密封劑的密度，適合各類密封劑的大量混合。雙組份單包裝的自混合方式不影響密封劑的工藝性能和力學(xué)性能等，每次混合量較小，如果大范圍使用需要配備多臺(tái)設(shè)備，對(duì)條件要求較高，但適合現(xiàn)場(chǎng)靈活使用以及外廠環(huán)境的小量使用。

3結(jié)語

1）包裝形式主要影響密封劑長(zhǎng)期貯存后基膏粘度、活性期等工藝性能，對(duì)密封劑的剝離性能影響不大。其中，使用單組份包裝形式更有利于密封劑的長(zhǎng)期貯存。

2）采用行星式攪拌機(jī)混合方式對(duì)密封劑的工藝性能影響不大，且不會(huì)影響到低密度密封劑的密度，適合各類密封劑的大量混合。

3）雙組份單包裝形式不僅有利于密封劑的長(zhǎng)期貯存，且使用本身自帶混合裝置不影響密封劑的各項(xiàng)性能，使用靈活方便，適合于現(xiàn)場(chǎng)小范圍使用及外場(chǎng)施工。