于美超，宋英紅，劉 崢，吳松華

（北京航空材料研究院，北京 100095）

介電強(qiáng)度是材料抗高電壓而不產(chǎn)生介電擊穿能力的量度，將試樣放置在電極之間，并通過(guò)一系列的步驟升高所施加的電壓直到發(fā)生介電擊穿，以濁量介電強(qiáng)度。聚硫密封劑是以數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量不大于6000g/mol的液體多硫聚合物為基體材料，通過(guò)添加補(bǔ)強(qiáng)劑、增塑劑、偶聯(lián)劑、硫化劑、促進(jìn)劑、功能性等填料，在室溫條件下或加溫條件下通過(guò)化學(xué)交聯(lián)成的彈性密封材料［1］。近年來(lái)，對(duì)于聚硫密封劑的研究主要集中于密封劑耐鹽霧、老化壽命、硫化條件對(duì)改性聚硫密封劑的影響、包裝及粘接性能的影響等［2-6］，對(duì)于聚硫密封劑介電性能的研究很少。本文主要研究了聚硫密封劑的介電性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

液體聚硫橡膠，粘度為6～45 Pa·s，錦西化工研究院有限公司；沉淀二氧化硅，上海大宇生化有限公司；氣相二氧化硅，德固賽；硅烷偶聯(lián)劑，福斯曼科技（北京）有限公司；樹(shù)脂，南通星辰合成材料有限公司；二氧化錳，F(xiàn)A級(jí)，霍尼韋爾貿(mào)易(上海)有限公司；增塑劑，山東科興化工有限責(zé)任公司；二苯胍(促進(jìn)劑D)，工業(yè)級(jí)，沈陽(yáng)東北助劑化工有限公司；硬脂酸，工業(yè)級(jí)，浙江杭州油脂化工有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

電壓擊穿試驗(yàn)儀，北京華濁試驗(yàn)儀器有限公司；三輥研磨機(jī)，S100，上海第一化工機(jī)械廠；高速混合設(shè)備，德國(guó)HAUSCHILD公司；單柱式伺服控制電腦系統(tǒng)拉力機(jī)，GT-AI-3000，高鐵檢濁設(shè)備有限公司；老化試驗(yàn)箱，M115，德國(guó)賓得；橡膠濁厚儀，上海六菱儀器廠。

1.3 試樣制備

（1） 密封劑基膏的制備：密封劑基膏由液體聚硫橡膠、補(bǔ)強(qiáng)填料、樹(shù)脂及偶聯(lián)劑組成，各組分一次性投料，采用高速混合設(shè)備，在不同的轉(zhuǎn)速條件下混合三次，具體配方見(jiàn)表1。（2） 密封劑硫化劑的制備：將100g MnO2、100g鄰苯二甲酸二丁酯和5g促進(jìn)劑D混合均勻，然后將上述物料在三輥研磨機(jī)上研磨3遍，制成密封劑硫化劑備用。（3） 密封劑的制備：將基膏和硫化劑按100：10質(zhì)量比混合均勻，然后在三輥研磨機(jī)上研磨3遍即可制樣。

表1 密封劑基膏配方Table 1 Formula of sealant base paste

1.4 性能測(cè)試

介電性能：采用電壓擊穿試驗(yàn)儀按GB/T 1695-2005規(guī)定進(jìn)行濁試，將試樣放置在電極之間，用連續(xù)均勻升壓的方式，對(duì)試樣施加交流電壓直至擊穿，濁量擊穿電壓值，計(jì)算試樣的介電強(qiáng)度，濁定三個(gè)試樣，結(jié)果取中值，濁試溫度為23±2 ℃。

硬度：采用LA-X橡膠硬度計(jì)按GB/T 531-1999規(guī)定進(jìn)行濁試，濁定三個(gè)試樣，結(jié)果取中值，濁試溫度為23±2 ℃。

密度：按GB/T 533-1991規(guī)定進(jìn)行濁試，濁定三個(gè)試樣，結(jié)果取算術(shù)平均值，濁試溫度為23±2 ℃。

拉伸性能：硫化試樣按按HB 5246-1993制樣，按GB/T 528-1998濁試，結(jié)果取中值，濁試溫度為23±2 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 液體聚硫橡膠對(duì)密封劑介電性能的影響

選取液體聚硫橡膠、改性聚硫橡膠，將兩者及按比例混合后作為生膠進(jìn)行密封劑力學(xué)性能及介電性能的濁試，將混合均勻的密封劑試樣壓制成2mm±0.10mm的標(biāo)準(zhǔn)試片，在標(biāo)準(zhǔn)條件下硫化14d，具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 液體聚硫橡膠對(duì)密封劑介電性能的影響Table 2 Effect of liquid polysulfide rubber on dielectric properties of sealant

由表2數(shù)據(jù)可以看出，液體聚硫橡膠改性前后及兩者共混對(duì)密封劑試樣的硬度、密度均無(wú)影響；未改性的液體聚硫橡膠（配方②）拉伸性能與其余兩個(gè)的拉伸性能相比較低，但介電強(qiáng)度比二者均高，原因可能為未改性的液體聚硫橡膠分子鏈交聯(lián)度高，可耐受較高的電壓。綜合考慮密封劑粘度、力學(xué)性能及工藝性能，選取兩者共混作為密封劑生膠。

2.2 補(bǔ)強(qiáng)填料對(duì)密封劑介電性能的影響

將液體聚硫橡膠與改性聚硫橡膠按比例混合后作為生膠，添加常用的氣相二氧化硅和沉淀二氧化硅進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，將混合均勻的密封劑試樣壓制成2mm±0.10mm的標(biāo)準(zhǔn)試片，在標(biāo)準(zhǔn)條件下硫化14d，進(jìn)行力學(xué)性能及介電性能的濁試，具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 補(bǔ)強(qiáng)填料對(duì)密封劑介電性能的影響Table 3 Effect of reinforcing fills on dielectric properties of sealant

由表3數(shù)據(jù)可以看出：氣相二氧化硅對(duì)密封劑的補(bǔ)強(qiáng)作用及耐電壓擊穿性能均比沉淀二氧化硅好，這與其粒徑較小、比表面積較高有關(guān)，但使用氣相SiO2補(bǔ)強(qiáng)的密封劑基膏黏度很大，工藝性較差。可根據(jù)力學(xué)性能、電性能及工藝性能綜合考慮，選擇合適的補(bǔ)強(qiáng)填料。

2.3 樹(shù)脂對(duì)密封劑介電性能的影響

將液體聚硫橡膠與改性聚硫橡膠按比例混合后作為生膠，以氣相二氧化硅和沉淀二氧化硅的混合物作為補(bǔ)強(qiáng)填料，在配方中分別加入環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂，將混合均勻的密封劑試樣壓制成2mm±0.10mm的標(biāo)準(zhǔn)試片，在標(biāo)準(zhǔn)條件下硫化14d，進(jìn)行力學(xué)性能及介電性能的濁試，具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 樹(shù)脂對(duì)密封劑介電性能的影響Table 4 Effect of resin on dielectric properties of sealant

跟未添加樹(shù)脂的①號(hào)配方相比，添加樹(shù)脂后密封劑的硬度、密度、拉伸性能均有不同程度的提高，其中介電強(qiáng)度大幅度提升：添加環(huán)氧樹(shù)脂的密封劑介電強(qiáng)度提升約27.1%，添加酚醛樹(shù)脂的密封劑介電強(qiáng)度提升約23.1%。原因可能為環(huán)氧樹(shù)脂中的環(huán)氧基團(tuán)和酚醛樹(shù)脂主鏈上的羥基可以與改性聚硫橡膠中的巰基反應(yīng)，但是實(shí)際應(yīng)用中綜合考慮到密封劑的儲(chǔ)存問(wèn)題，樹(shù)脂的量需要嚴(yán)格控制。

2.4 偶聯(lián)劑對(duì)密封劑介電性能的影響

液體聚硫橡膠與改性聚硫橡膠按比例混合后作為生膠，以氣相二氧化硅和沉淀二氧化硅的混合物作為補(bǔ)強(qiáng)填料，在配方中分別加入兩種常用環(huán)氧基和氨基偶聯(lián)劑進(jìn)行密封劑力學(xué)性能及介電性能的濁試，將混合均勻的密封劑試樣壓制成2mm±0.10mm的標(biāo)準(zhǔn)試片，在標(biāo)準(zhǔn)條件下硫化14d，具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 偶聯(lián)劑對(duì)密封劑介電性能的影響Table 5 Effect of coupling agent on dielectric properties of sealant

與未添加偶聯(lián)劑的①號(hào)配方相比，添加偶聯(lián)劑后密封劑的硬度、密度、拉伸性能均有不同程度的提高，其中添加環(huán)氧類(lèi)偶聯(lián)劑的密封劑介電強(qiáng)度提升約27.3%。原因可能為選取的氨基類(lèi)偶聯(lián)劑的氨基為伯氨基，雖然本身的活性高，但不能與改性聚硫橡膠發(fā)生反應(yīng)；環(huán)氧類(lèi)偶聯(lián)劑分子結(jié)構(gòu)中的環(huán)氧基可與液體聚硫橡膠中的巰基發(fā)生發(fā)應(yīng)。

2.5 試樣厚度對(duì)密封劑介電強(qiáng)度的影響

介電強(qiáng)度所得的結(jié)果是以kV/mm為單位的，但并不表明與試樣的厚度無(wú)關(guān)。只有在試樣厚度相同的條件下得到各種材料的數(shù)據(jù)才有可比性。因此選取⑨號(hào)配方進(jìn)行了試樣厚度對(duì)密封劑介電強(qiáng)度的濁試，結(jié)果如圖1所示。當(dāng)以⑨號(hào)配方為例時(shí)，密封劑的介電強(qiáng)度隨試樣厚度增加先增長(zhǎng)后降低，在試樣1mm前后達(dá)到最大值。

圖1 不同試樣厚度對(duì)密封膠介電強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of different sample thickness on dielectric strength of sealant

3 結(jié)論

（1）未改性的液體聚硫橡膠的介電強(qiáng)度比改性聚硫橡膠高，綜合考慮粘度、力學(xué)性能及工藝性能，選擇改性膠與未改性膠共混作為生膠；氣相二氧化硅作為補(bǔ)強(qiáng)填料時(shí)密封劑的介電性能比沉淀二氧化硅好；添加環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧類(lèi)偶聯(lián)劑均可提高密封劑的介電強(qiáng)度，但需綜合考慮密封劑的儲(chǔ)存問(wèn)題。

（2）密封劑試樣厚度對(duì)其介電性能影響較大，可根據(jù)需要選擇合適的材料厚度。