硫化條件對夾布類空氣導管性能的影響

　　摘 要：研究對比了不同硫化條件下夾布類空氣導管的力學性能、老化性能、剝離強度、氣密性等，解決了夾布類空氣導管在二段硫化后泛黃的現象，并根據客戶需求，選擇最優的硫化條件，研制出一系列不同類型的夾布類空氣導管。

　　關鍵詞：硫化條件;夾布類空氣導管;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，發生交聯反應后形成呈三維網絡結構的彈性體材料，具有獨特的有機無機雜化分子鏈結構，硅橡膠材料表現出獨特的憎水遷移性和自清潔性以及良好的力學性能、加工性能、耐熱性、耐候性、耐有機溶劑性等性能，被廣泛 地 應 用 于 軍 事、醫 療、航 空 航 天 等 諸 多領域[1-3]。二段硫化是硅橡膠制品生產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用范圍，獲得更完善的力學性能和化學性能。硅橡膠通過與織物骨架材料的復合，可以獲得優良的力學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，拓寬其在航空領域的應用[1]。由硅橡膠與玻璃纖維布復合制備的空氣導管已成功應用于飛機，是飛機空氣管理系統的重要組成部分，是連接氣源和用氣系統之間的橋梁和紐帶，空氣導管的可靠性關系著整個空氣管理系統功能的實現。本文為了解決空氣類夾布膠管在二段硫化結束后出現不均勻泛黃現象，通過優化選擇硫化條件，制備了滿足客戶需求的夾布類空氣導管。

　　1 實驗部分

　　1.1 主要原材料

　　力學性能、老化性能、剝離強度試驗選用和產品相同的40級硅橡膠與無堿玻璃布相結合的復合試樣，氣密性試驗選擇成品試樣進行試驗。硅橡膠，國產;氫氧化鋁(H-WF-10)，中國鋁業;2，5二甲基-2，5二叔基過氧己烷(雙2，5)，諾力昂化學 品 (寧 波 );乙 烯 基 三 乙 氧 基 硅 烷 (偶 聯 劑A151)、γ-氨 丙 基 三 乙 氧 基 硅 烷 (偶 聯 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 主要儀器與設備

　　XK-160型開煉機，廣東湛江機械廠;電熱平板硫化機，上海第一橡膠機械廠;402型熱老化試驗箱，上海第二五金廠;CMT-5105型微機控制電子萬能試驗機，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 驗 儀 器 有 限公司。

　　1.4 試樣制備

　　將開煉機輥距調至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行返煉、出片，對織物進行酸處理和增粘處理，處理方法見表1。復合試樣規格為150mm×150mm×2mm(用于測試常規力學性能和老化 性 能)和 240mm× 20mm×2mm(用于測試剝離強度);成品規格為 Φ70mm×3mm。二段硫化條件均為高溫試驗箱由常溫經0.5h升至(150±10)℃保持1h，再經1h升至 (200±10)℃。 最 后 在 (200±10)℃ 下 保 持4h。

　　1.5 性能測試

　　復合試樣硬度按 ASTM D2240測試，在同一試樣上，每相隔6mm 取一個點，共取5個點，計算5個值的算術平均值或中位數;拉伸強度、拉斷伸長率及定伸應力按 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。所有復合試樣送性能檢驗之前，必須進行尺寸計量。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 結果與討論

　　對復合試樣的力學性能、老化性能、剝離強度進行測試，實驗結果與標準純膠試樣的性能進行對比;對成品試樣進行氣密性試驗，并與技術要求進行對比。

　　2.1 標準試樣性能

　　標準試樣性能見表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組復合試樣潔凈、亮白，B、C 組復合試樣發黃，色澤不均。在試樣進行二段硫化時，玻璃纖維布和膠料均會隨著硫化溫度的升高而發生變化，出現發黃、色澤不均等現象，在一定程度上會對一些外觀要求嚴格的產品有一定的影響，一段硫化溫度對試樣外觀無明顯影響。

　　2.3 力學性能

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

　　2.4 高溫老化試驗

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

　　從圖1～3可以看出，經過熱空氣老化后，4組試樣的硬度上升、拉伸強度和拉斷伸長率下降;B組試樣出現明顯發硬現象，試驗數據超出性能合格范圍。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把握硫化時間，否則在高溫環境中橡膠材料會較大程度的老化，影響材料彈性恢復[4-5]。

　　2.5 剝離試驗

　　偶聯劑 A151在水溶液中進行縮聚反應產生低聚物，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作用，從而實現復合。將表面處理的玻璃纖維布與硅橡膠復合，對4組復合試樣按試驗設定二段硫化后進行剝離試驗，結果見表8。

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

　　2.6 氣密性試驗

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

　　3 結論

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