聚合物微球對聚硫密封劑介電性能的影響

于美超 宋英紅 劉崢 吳松華

摘 要：以液體聚硫橡膠為基膠，二氧化硅為補強填料，研究了聚合物微球對聚硫密封劑力學性能及介電性能的影響。通過力學性能試驗、耐電壓擊穿試驗，對比了常溫，100 ℃、240 h燃油浸泡及60 ℃、168 h質量分數為3%NaCl溶液浸泡后密封劑材料的性能變化。結果表明：隨著聚合物微球質量分數的增加，聚硫密封劑硬度呈小幅度增長趨勢，密度降低，密封劑的介電強度先增大后減小;高溫燃油浸泡后，在聚合物微球質量分數為5%時，密封劑材料的介電強度達到最大值，此時其由常溫的15.26 kV/mm上升至15.49 kV/mm。 質量分數為3%的NaCl溶液浸泡后，密封劑試樣硬度、密度均未發生明顯變化，介電強度發生大幅度下降;但添加聚合物微球后，試樣介電強度的下降幅度變小。

關鍵詞：聚合物微球、聚硫密封劑、介電性能

中圖分類號：TQ413 文獻標識碼：A文章編號：1001-5922（2022）02-0015-04

聚硫密封劑是以液體多硫聚合物為基體材料，通過添加補強填料、增粘劑、偶聯劑、促進劑等填充劑制得而成，因其對金屬材料或其他材料表面具備良好的粘接性能及對不同環境條件的耐受能力，被廣泛應用于飛機客艙、整體油箱等部位的密封[1]。聚硫密封劑本身雖密度較低，而聚合物微球質輕、比表面大的結構可進一步降低密封劑材料密度。因其與聚硫密封劑有較好的相容性，故可作為良好的低密度填充劑[2]。近年來，對于聚硫密封劑與微球的研究主要集中于微球的制備、微球對聚硫密封劑力學性能、老化性能的影響 [3＼|7];而對于聚硫密封劑介電性能的研究較少。

介電強度是材料抗高電壓而不產生介電擊穿能力的量度，將試樣放置在電極之間，并通過一系列的步驟升高所施加的電壓直到發生介電擊穿，以測量介電強度。本文主要研究了聚合物微球對聚硫密封劑老化前后介電性能的影響。

1 實驗部分

1.1 原材料

液體聚硫橡膠（JLY155，錦西化工研究院有限公司）;聚合物微球（日本松本油脂株式會社）;二氧化錳（FA級，霍尼韋爾貿易（上海）有限公司）;二苯胍（促進劑D）、二硫化四甲基秋蘭姆（促進劑TMTD）（工業級，沈陽東北助劑化工有限公司）;硬脂酸（工業級，浙江杭州油脂化工有限公司）;氣相二氧化硅（德固賽）;硅烷偶聯劑（福斯曼科技（北京）有限公司）;鄰苯二甲酸二丁酯（工業級，石家莊同心化工廠）。

1.2 主要儀器設備

電壓擊穿試驗儀（北京華測試驗儀器有限公司）;電子拉力機（T2000E型，北京友深試驗設備廠）;S100型三輥研磨機（上海第一化工機械廠）;高速混合設備（德國HAUSCHILD公司）;LX-A硬度計（上海市六中量儀廠）;橡膠測厚儀（上海六菱儀器廠）。

1.3 試驗制備

1.3.1 基膏的制備

（1）密封劑基膏1#——100份液體聚硫橡膠：取10份二氧化硅、5份硅烷偶聯劑，使用高速混合設備混合3次，制成密封劑基膏1#樣品;

（2）密封劑基膏2#～5#——100份液體聚硫橡膠：取10份二氧化硅，5份硅烷偶聯劑，2、5、10份聚合物，使用高速混合設備混合3次，分別制成密封劑基膏2#～4#樣品。

1.3.2 硫化劑的制備

100份二氧化錳，100份鄰苯二甲酸二丁酯，5份促進劑D，2份促進劑TMTD，3份硬脂酸;然后將其在三輥研磨機上研磨3遍，制得密封劑硫化劑。

1.3.3 密封劑制備

將密封劑基膏和硫化劑按10∶1的比例混合均勻。

1.4 性能測試

介電強度：采用電壓擊穿試驗儀按GB/T 1695—2005規定進行測試。將試樣放置在電極之間，用連續均勻升壓的方式，對試樣施加交流電壓直至擊穿，測量擊穿電壓值，計算試樣的介電強度;測定3個試樣，結果取中值，測試溫度為（23±2）℃。

硬度：采用LA-X橡膠硬度計按GB/T 531—1999規定進行測試;測定3個試樣，結果取中值，測試溫度為（23±2）℃。

密度：按GB/T 533—1991規定進行測試;測定3個試樣，結果取算術平均值，測試溫度為（23±2）℃。

拉伸性能：硫化試樣按HB 5246—1993制樣，采用GB/T 528—1998測試，結果取中值，測試溫度為（23±2）℃。

2 結果與討論

2.1 聚合物微球對密封劑常溫力學性能及介電性能的影響

將1#～4#配方的密封劑基膏樣品配合相同的硫化劑制成標準試片，在標準條件下硫化14 d后，測試密封劑在常溫條件下的力學性能及介電性能，試驗數據結果如表1所示。

由表1可知，在常溫條件下，添加聚合物微球前后密封劑力學性能及介電性能隨著聚合物微球添加量的增加，密封劑的硬度逐漸增大，材料的密度逐漸下降，拉伸強度、拉斷伸長率及介電強度均隨著微球添加量的增加先增加后降低。在該試驗條件下，當聚合物微球添加量為5份時，密封劑材料的拉伸強度、拉斷伸長率、介電強度達到最大值，硬度為50HA，密度為1.25 g/cm3，拉伸強度為2.01 MPa，拉斷伸長率為758%，介電強度為15.26 kV/mm。

2.2 聚合物微球對密封劑高溫燃油浸泡后力學性能及介電性能的影響

將1#～4#配方的密封劑基膏樣品配合相同的硫化劑制成標準試片后，在標準條件下硫化14 d，然后將3#試樣放入盛有噴氣燃料的玻璃油杯中，確保噴氣燃料高度超過試樣高度。在100 ℃下浸泡240 h后進行測試。電壓擊穿試驗照片如圖1所示;其余試驗結果如表2所示。

由表1可以看出，經240 h、100 ℃燃油浸泡后，密封劑材料的硬度與常溫條件相比均有所下降，密度及介電強度均較常溫有不同程度的增加;當聚合物微球添加量為5份時，密封劑材料的介電強度由常溫的15.26 kV/mm上升至15.49 kV/mm。結合3#密封劑試樣的電鏡照片（見圖2）可以看出：經過100 ℃、240 h高溫燃油浸泡后，密封劑內部的聚合物微球發生了融化，導致密封劑內部空隙減少，密度變大。gzslib202204012233

2.3 聚合物微球對密封劑鹽溶液浸泡后力學性能及介電性能的影響

將1#～4#配方的密封劑基膏樣品配合相同的硫化劑制成標準試片后，在標準條件下硫化14 d后，進行60 ℃、168 h的質量分數為3%NaCl溶液浸泡試驗，測試其硬度、密度及介電強度的變化規律，試驗結果如表3所示。

由表3可以看出，在60 ℃、168 h質量分數為3%NaCl溶液浸泡試驗后，4個配方的密封劑試樣硬度均發生小幅度的下降，密度未發生明顯變化;但密封劑試樣的介電強度發生大幅度下降，與常溫時試樣的介電強度相比，1#～4#下降幅度分別為77%、70%、71%、60%。由此可以得出，在60 ℃、168 h條件下質量分數為3%NaCl溶液會降低密封劑材料的介電強度;但添加聚合物微球后，試樣介電強度的下降幅度變小。

3 結語

（1）隨著聚合物微球添加量的增加，密封劑的硬度逐漸增加，密度逐漸下降，拉伸性能及介電強度均隨著微球添加量的增加表現出先增加后降低。當聚合物微球添加量為5份時，密封劑材料的拉伸性能和介電強度達到最大值;

（2）經240 h、100 ℃燃油浸泡后，當聚合物微球添加量為5份時，密封劑材料的介電強度由常溫的15.26 kV/mm上升至15.49 kV/mm;

（3）經60 ℃、168 h質量分數為3%NaCl溶液浸泡后，密封劑試樣硬度、密度均未發生明顯變化，密封劑試樣的介電強度發生大幅度下降。但添加聚合物微球后，試樣介電強度的下降幅度變小。

【參考文獻】

[1] 劉嘉，蘇正濤，栗付平.航空橡膠與密封材料[M]. 北京：國防工業出版社，2011.

[2] 宋英紅，吳松華，王忠兵，等.丙烯酸酯/苯乙烯共聚物中空微球對聚硫密封劑性能的影響[J].粘接，2013，34（6）：32-35.

[3] 劉嘉.高分子微球的合成及其在密封劑中的應用[J].中國膠粘劑，2012，21（6）：35-38.

[4] 王忠兵，洪強，羅小杰，等.高分子中空微球的制備及其在聚硫密封劑中的應用[J].材料工程，2016，44（4）：14-19.

[5] 王磊，張斌，孫明明，等.中空微球對聚硫密封劑性能的影響[J].化學與粘合，2016，38（5）：349-352.

[6] 秦蓬波，吳松華.低密度空心微球對聚硫密封劑的性能影響研究[J].粘接，2019，40（12）：1-4.