硫化條件對夾布類空氣導(dǎo)管性能的影響

　　摘 要：研究對比了不同硫化條件下夾布類空氣導(dǎo)管的力學(xué)性能、老化性能、剝離強(qiáng)度、氣密性等，解決了夾布類空氣導(dǎo)管在二段硫化后泛黃的現(xiàn)象，并根據(jù)客戶需求，選擇最優(yōu)的硫化條件，研制出一系列不同類型的夾布類空氣導(dǎo)管。

　　關(guān)鍵詞：硫化條件;夾布類空氣導(dǎo)管;硅橡膠;玻璃纖維布

　　李斐婕; 馬文博; 程建國 特種橡膠制品 2021-12-06

　　硅橡膠是線性聚硅氧烷，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后形成呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性體材料，具有獨(dú)特的有機(jī)無機(jī)雜化分子鏈結(jié)構(gòu)，硅橡膠材料表現(xiàn)出獨(dú)特的憎水遷移性和自清潔性以及良好的力學(xué)性能、加工性能、耐熱性、耐候性、耐有機(jī)溶劑性等性能，被廣泛 地 應(yīng) 用 于 軍 事、醫(yī) 療、航 空 航 天 等 諸 多領(lǐng)域[1-3]。二段硫化是硅橡膠制品生產(chǎn)過程中的一個重要工序，可以提高和拓寬橡膠材料的使用價值和應(yīng)用范圍，獲得更完善的力學(xué)性能和化學(xué)性能。硅橡膠通過與織物骨架材料的復(fù)合，可以獲得優(yōu)良的力學(xué)性能并限制其自由形變，提高該類橡膠制品的使用價值和使用壽命，拓寬其在航空領(lǐng)域的應(yīng)用[1]。由硅橡膠與玻璃纖維布復(fù)合制備的空氣導(dǎo)管已成功應(yīng)用于飛機(jī)，是飛機(jī)空氣管理系統(tǒng)的重要組成部分，是連接氣源和用氣系統(tǒng)之間的橋梁和紐帶，空氣導(dǎo)管的可靠性關(guān)系著整個空氣管理系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。本文為了解決空氣類夾布膠管在二段硫化結(jié)束后出現(xiàn)不均勻泛黃現(xiàn)象，通過優(yōu)化選擇硫化條件，制備了滿足客戶需求的夾布類空氣導(dǎo)管。

　　1 實(shí)驗部分

　　1.1 主要原材料

　　力學(xué)性能、老化性能、剝離強(qiáng)度試驗選用和產(chǎn)品相同的40級硅橡膠與無堿玻璃布相結(jié)合的復(fù)合試樣，氣密性試驗選擇成品試樣進(jìn)行試驗。硅橡膠，國產(chǎn);氫氧化鋁(H-WF-10)，中國鋁業(yè);2，5二甲基-2，5二叔基過氧己烷(雙2，5)，諾力昂化學(xué) 品 (寧 波 );乙 烯 基 三 乙 氧 基 硅 烷 (偶 聯(lián) 劑A151)、γ-氨 丙 基 三 乙 氧 基 硅 烷 (偶 聯(lián) 劑 KH-550)、玻 璃 纖 維 布，陜 西 華 特 新 材 料 股 份 有 限公司。

　　1.2 基本配方

　　硅橡膠，100;H-WF-10，5;雙2，5，1。

　　1.3 主要儀器與設(shè)備

　　XK-160型開煉機(jī)，廣東湛江機(jī)械廠;電熱平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠;402型熱老化試驗箱，上海第二五金廠;CMT-5105型微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)，深圳新三思材料檢測有限公司;TIME5420型ShoreA 硬度計，北京時代之峰科技有限 公 司;LR3002B 型 熱 空 氣 老 化 試 驗 箱、WD705型低溫試驗箱，重慶英博 實(shí) 驗 儀 器 有 限公司。

　　1.4 試樣制備

　　將開煉機(jī)輥距調(diào)至2～3mm，生膠包輥后加入氫氧化鋁，待吃料完畢混煉均勻后，加入雙2，5混煉均勻;然后將輥距調(diào)至6～8mm，打卷下片。整個混煉時間控制在10～15min，輥溫控制在(50 ±5)℃。試樣制備前需對膠料進(jìn)行返煉、出片，對織物進(jìn)行酸處理和增粘處理，處理方法見表1。復(fù)合試樣規(guī)格為150mm×150mm×2mm(用于測試常規(guī)力學(xué)性能和老化 性 能)和 240mm× 20mm×2mm(用于測試剝離強(qiáng)度);成品規(guī)格為 Φ70mm×3mm。二段硫化條件均為高溫試驗箱由常溫經(jīng)0.5h升至(150±10)℃保持1h，再經(jīng)1h升至 (200±10)℃。 最 后 在 (200±10)℃ 下 保 持4h。

　　1.5 性能測試

　　復(fù)合試樣硬度按 ASTM D2240測試，在同一試樣上，每相隔6mm 取一個點(diǎn)，共取5個點(diǎn)，計算5個值的算術(shù)平均值或中位數(shù);拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率及定伸應(yīng)力按 ASTM D412測試;撕裂性能按 ASTM D624測試，夾頭拉伸速率為(50±5)mm/min;熱空氣老化性能按 ASTM D573測試;氣密性試驗按 GB/T5563-2013測試。所有復(fù)合試樣送性能檢驗之前，必須進(jìn)行尺寸計量。對厚度測量3次，一次在過度邊中心，兩端各1次。3次測量的中位值作為計算截面積的厚度。對于最大和最小厚度差超過0.08mm 的試樣，廢棄不用。試樣寬度取裁刀在限制截面上切割邊之間的距離。

　　2 結(jié)果與討論

　　對復(fù)合試樣的力學(xué)性能、老化性能、剝離強(qiáng)度進(jìn)行測試，實(shí)驗結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)純膠試樣的性能進(jìn)行對比;對成品試樣進(jìn)行氣密性試驗，并與技術(shù)要求進(jìn)行對比。

　　2.1 標(biāo)準(zhǔn)試樣性能

　　標(biāo)準(zhǔn)試樣性能見表4。

　　2.2 外觀

　　4組試樣外觀對比見表5。從表5可以看出，A、D組復(fù)合試樣潔凈、亮白，B、C 組復(fù)合試樣發(fā)黃，色澤不均。在試樣進(jìn)行二段硫化時，玻璃纖維布和膠料均會隨著硫化溫度的升高而發(fā)生變化，出現(xiàn)發(fā)黃、色澤不均等現(xiàn)象，在一定程度上會對一些外觀要求嚴(yán)格的產(chǎn)品有一定的影響，一段硫化溫度對試樣外觀無明顯影響。

　　2.3 力學(xué)性能

　　4組試樣力學(xué)性能檢測結(jié)果見表6。從表6可以看出，B組試樣硬度較大，表現(xiàn)出過硫現(xiàn)象，D 組試樣硬度較低，表現(xiàn)出欠硫現(xiàn)象;溫度與是否選擇二段硫化對拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率的影響相對較大。

　　2.4 高溫老化試驗

　　對試樣進(jìn)行(200±5)℃×(22±0.5)h的高溫老化，待試樣回復(fù)常溫后測試其硬度、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率，結(jié)果見表7。

　　從圖1～3可以看出，經(jīng)過熱空氣老化后，4組試樣的硬度上升、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率下降;B組試樣出現(xiàn)明顯發(fā)硬現(xiàn)象，試驗數(shù)據(jù)超出性能合格范圍。說明高溫條件對過硫化橡膠材料有較大影響，因此在硫化過程中應(yīng)把握硫化時間，否則在高溫環(huán)境中橡膠材料會較大程度的老化，影響材料彈性恢復(fù)[4-5]。

　　2.5 剝離試驗

　　偶聯(lián)劑 A151在水溶液中進(jìn)行縮聚反應(yīng)產(chǎn)生低聚物，這種低聚物含酚羥基和硅醇基，在玻璃纖維布和硅橡膠間起偶聯(lián)作用，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合。將表面處理的玻璃纖維布與硅橡膠復(fù)合，對4組復(fù)合試樣按試驗設(shè)定二段硫化后進(jìn)行剝離試驗，結(jié)果見表8。

　　從表8可以看出，玻璃纖維布發(fā)生斷裂且無法剝離，其試樣的粘合強(qiáng)度在二段硫化后無明顯改變，說明復(fù)合試樣的剝離強(qiáng)度與是否進(jìn)行二段硫化無明顯相關(guān)性[6-7]。

　　2.6 氣密性試驗

　　表9為成品試樣氣密性試驗結(jié)果。從表9可以看出，成品試樣在進(jìn)行氣密性試驗時，硫化條件對氣密性試驗無明顯影響，試驗結(jié)果均符合技術(shù)要求。

　　3 結(jié)論

　　二段硫化是完善復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、提高力學(xué)性能的有效手段。但對于外觀要求嚴(yán)格的產(chǎn)品，表面會出現(xiàn)不均勻發(fā)黃現(xiàn)象，該現(xiàn)象目前無法通過改變二段硫化條件解決。因此，綜合試驗結(jié)果可得出結(jié)論，按目前膠料配方和織物選擇，若客戶要求產(chǎn)品外觀潔凈亮白，可以優(yōu)先選擇提高產(chǎn)品硫化溫度到170℃，根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格大小適當(dāng)延長硫化時間進(jìn)行一段硫化后，不進(jìn)行二段硫化;若客戶對產(chǎn)品外觀不做嚴(yán)格要求，允許有一定程度的泛黃現(xiàn)象存在，且對拉斷伸長率有較高要求，可考慮一段硫化溫度為160℃進(jìn)行生產(chǎn)，然后對產(chǎn)品進(jìn)行二段硫化。