聚硫密封膠耐鹽霧腐蝕性能研究

關鍵詞：聚硫密封膠；剪切強度；剝離強度；耐鹽霧腐蝕；水沖擊；水密性

中圖分類號：TQ436+.6 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0029-03

聚硫密封膠是以液態聚硫橡膠為主體的彈性密封材料，對不同表面處理方式的鋁合金、打磨后的復材、玻璃、鍍鋅鋼、混凝土等具有良好的粘接性能[1-2]。具有優異的耐油、耐溶劑性能，又因其與聚氨酯膠、硅酮膠、MS膠相比具有較低的水蒸氣透過率和氣體透過性[3-5]，在不發生膠體斷裂或明顯變形時[6]，具有良好的密封性，是理想的粘接密封材料，主要應用于建筑、水利、防腐、船舶和航空等領域[7]。聚硫密封膠在稀的無機酸、堿及各種鹽類環境中保持相對穩定[8]。同時具備長期耐水性能[9]和優異的耐腐蝕性[10-11]。針對海上航行設備及沿海地區，環境中氯化鈉的氯離子極易穿透材料中的微孔進入內部引起材料腐蝕[12-14]，從而導致其強度降低，存在失效風險[15]，采用合適的密封膠進行密封可以有效延緩腐蝕發生。

本研究通過使用聚硫密封膠作為粘接密封材料，按照GJB150.11A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法第11部分：鹽霧試驗》進行加速模擬，研究聚硫密封膠粘接鋁合金和碳纖維復材的耐鹽霧腐蝕能力以及其制作的箱體連接結構的耐鹽霧腐蝕、水沖擊和水密性能。

1實驗部分

1.1試驗原料

聚硫密封膠、粘接底涂，鄭州思藍德新材料科技有限公司；鋁合金，厚2mm，購自國內某鋁業公司；碳纖維復材（以下簡稱“碳纖維”），厚2mm，購自國內某復合材料公司；螺栓（HB1-103M5），市售；墊片（GB8485—1987），市售；M5螺母（GB1337），市售；鉚釘（M4），市售；不銹鋼珠（直徑1mm），市售。

1.2試驗設備

W-CS120A鹽霧腐蝕試驗箱，東莞市偉煌試驗設備有限公司；CMT4104電子萬能試驗機，深圳新三思材料檢測有限公司；水沖擊測試系統，自行設計制造。

1.3試驗設計

為考察聚硫密封膠經鹽霧腐蝕后的水沖擊和水密性能，分別制備剪切、剝離和水密試驗件，其中水密試驗件根據連接形式分為螺接水密試驗件和鉚接水密試驗件，具體見表1和表2。

1.4試件制備

1.4.1剪切試驗件

參照HB5250—1993《室溫硫化密封劑剪切強度試驗方法》進行制備，試驗件數量見表1，在標準試驗條件（（23±2）℃、相對濕度（50±5）%）下養護7d完成固化。

1.4.2剝離試驗

參照HB5249—1993《室溫硫化密封劑180°剝離強度試驗方法》進行制備，在標準試驗條件（（23±2）℃、相對濕度（50±5）%）下養護7d完成固化。

1.4.3水密試驗

試驗件采用螺接/鉚接＋膠接濕法連接，按照表2制備試驗件，修整后的試驗件在標準試驗條件（（23±2）℃、相對濕度（50±5）%）下養護7d完成固化。

1.5性能測試

（1）剪切強度，按HB5250—1993《室溫硫化密封劑剪切強度試驗方法》進行測試，加載速度為50mm/min；

（2）剝離強度，按照HB5249—1993《室溫硫化密封劑180°剝離強度試驗方法》進行測試，加載速度為50mm/min；

（3）鹽霧試驗，按照GJB150.11A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法第11部分：鹽霧試驗》進行，試驗時間為240、480、720、960h；

（4）水沖擊試驗，僅水密試驗件進行測試。鹽霧試驗240、480、720、960h后分別進行7.5min水沖擊測試，其中水流方向與粘接面成30°，速度45m/s。每次測試完成記錄外觀及是否滲漏水；

（5）水密試驗，待鹽霧試驗和水沖擊試驗完成后，將試驗件裝滿水，靜置3d，觀察試驗件有無漏水。

2結果和討論

2.1剪切強度隨鹽霧老化時間變化

不同粘接基材剪切強度隨鹽霧老化時間變化如圖1所示。

由圖1可知，聚硫密封膠剪切強度隨著鹽霧老化時間的延長逐漸降低，3種粘接形式均保持相同規律，鹽霧960h后，三者的剪切強度保持率分別為80%、83%和85%，這是由于聚硫密封膠屬于高分子材料，在長期鹽霧試驗中，鹽溶液中的氯離子會緩慢滲透到材料內部導致一小部分高分子鏈的斷裂，導致強度略有下降。但經960h鹽霧試驗后，材料依然保持80%的粘接強度且3種粘接形式破壞方式均為內聚破壞，粘接破壞面積為0，說明聚硫密封膠在經過960h鹽霧試驗后對鋁合金和碳纖維依舊具有良好的粘接性。

2.2剝離強度隨鹽霧老化時間變化結果

不同粘接基材180°剝離強度隨鹽霧老化時間變化如圖2所示。

由圖2可知，聚硫密封膠剝離試驗與剪切試驗具有相同的規律，即隨著鹽霧老化時間的延長，2種粘接形式的剝離強度逐漸降低，鹽霧960h后，二者的強度保持率分別為84%和87%，且2種粘接基材破壞形式均為內聚破壞，粘接破壞面積為0，說明聚硫密封膠在經過960h鹽霧試驗后對鋁合金和碳纖維依舊具有良好的粘接性。

2.3水密試驗件耐鹽霧腐蝕及水沖擊后水密性能

水密試驗件測試結果如表3所示。

由表3可知，使用聚硫密封膠與3種基材粘接形式制備的螺接/鉚接水密試驗件，經過鹽霧960h和4次水沖擊試驗后，試驗件均外觀完整，密封性良好，水密試驗后不漏水，因此螺接試驗件與鉚接試驗件的耐鹽霧性能、耐水沖擊性和水密性能無差別。由剪切試驗和剝離試驗可知，聚硫密封膠在鹽霧960h后依然與鋁合金和碳纖維粘接良好，因而其密封性不受影響，而在水沖擊試驗中，由于螺栓和鉚釘的結構支撐作用使其在受到較大水流沖擊時不會發生結構破壞，因此貼合面內部膠層不會受到強烈的沖擊力而破壞從而保證其可以發揮密封粘接的作用，因此由聚硫密封膠＋螺栓/鉚釘結構制作的箱體具有良好的耐鹽霧腐蝕、耐水沖擊和水密性能。

在鹽霧960h試驗過程中，碳纖維未發生可目測變化，而鋁合金未涂膠表面銹蝕嚴重，但聚硫密封膠覆蓋下的鋁合金和螺栓/鉚釘未產生銹蝕，說明的耐鹽霧腐蝕性好，其良好的氣密性和耐鹽溶液性能可以有效減緩氯離子的進攻速度，從而保護其覆蓋下的金屬不受鹽霧腐蝕。

3結語

（1）聚硫密封膠的剪切強度與剝離強度隨鹽霧老化時間的延長性能保持率良好，經長期鹽霧試驗960h后，強度保持率大于80%，對鋁合金及碳纖維復材的粘接保持良好。聚硫密封膠的長期耐鹽霧腐蝕性良好；

（2）采用聚硫密封膠制備的螺接/鉚接+膠接的水密試驗件經鹽霧腐蝕和水沖擊后，仍具有良好的水密性能。螺接試驗與鉚接試驗結果一致；

（3）經綜合評估，聚硫密封膠具有良好的耐鹽霧腐蝕和耐水密封性，可用于螺接/鉚接+膠接連接制作的箱體結構的耐鹽霧耐水密封。