硫化条件对夹布类空气导管性能的影响

　　摘 要：研究对比了不同硫化条件下夹布类空气导管的力学性能、老化性能、剥离强度、气密性等，解决了夹布类空气导管在二段硫化后泛黄的现象，并根据客户需求，选择最优的硫化条件，研制出一系列不同类型的夹布类空气导管。

　　关键词：硫化条件;夹布类空气导管;硅橡胶;玻璃纤维布

　　李斐婕; 马文博; 程建国 特种橡胶制品 2021-12-06

　　硅橡胶是线性聚硅氧烷，发生交联反应后形成呈三维网络结构的弹性体材料，具有独特的有机无机杂化分子链结构，硅橡胶材料表现出独特的憎水迁移性和自清洁性以及良好的力学性能、加工性能、耐热性、耐候性、耐有机溶剂性等性能，被广泛 地 应 用 于 军 事、医 疗、航 空 航 天 等 诸 多领域[1-3]。二段硫化是硅橡胶制品生产过程中的一个重要工序，可以提高和拓宽橡胶材料的使用价值和应用范围，获得更完善的力学性能和化学性能。硅橡胶通过与织物骨架材料的复合，可以获得优良的力学性能并限制其自由形变，提高该类橡胶制品的使用价值和使用寿命，拓宽其在航空领域的应用[1]。由硅橡胶与玻璃纤维布复合制备的空气导管已成功应用于飞机，是飞机空气管理系统的重要组成部分，是连接气源和用气系统之间的桥梁和纽带，空气导管的可靠性关系着整个空气管理系统功能的实现。本文为了解决空气类夹布胶管在二段硫化结束后出现不均匀泛黄现象，通过优化选择硫化条件，制备了满足客户需求的夹布类空气导管。

　　1 实验部分

　　1.1 主要原材料

　　力学性能、老化性能、剥离强度试验选用和产品相同的40级硅橡胶与无碱玻璃布相结合的复合试样，气密性试验选择成品试样进行试验。硅橡胶，国产;氢氧化铝(H-WF-10)，中国铝业;2，5二甲基-2，5二叔基过氧己烷(双2，5)，诺力昂化学 品 (宁 波 );乙 烯 基 三 乙 氧 基 硅 烷 (偶 联 剂A151)、γ-氨 丙 基 三 乙 氧 基 硅 烷 (偶 联 剂 KH-550)、玻 璃 纤 维 布，陕 西 华 特 新 材 料 股 份 有 限公司。

　　1.2 基本配方

　　硅橡胶，100;H-WF-10，5;双2，5，1。

　　1.3 主要仪器与设备

　　XK-160型开炼机，广东湛江机械厂;电热平板硫化机，上海第一橡胶机械厂;402型热老化试验箱，上海第二五金厂;CMT-5105型微机控制电子万能试验机，深圳新三思材料检测有限公司;TIME5420型ShoreA 硬度计，北京时代之峰科技有限 公 司;LR3002B 型 热 空 气 老 化 试 验 箱、WD705型低温试验箱，重庆英博 实 验 仪 器 有 限公司。

　　1.4 试样制备

　　将开炼机辊距调至2～3mm，生胶包辊后加入氢氧化铝，待吃料完毕混炼均匀后，加入双2，5混炼均匀;然后将辊距调至6～8mm，打卷下片。整个混炼时间控制在10～15min，辊温控制在(50 ±5)℃。试样制备前需对胶料进行返炼、出片，对织物进行酸处理和增粘处理，处理方法见表1。复合试样规格为150mm×150mm×2mm(用于测试常规力学性能和老化 性 能)和 240mm× 20mm×2mm(用于测试剥离强度);成品规格为 Φ70mm×3mm。二段硫化条件均为高温试验箱由常温经0.5h升至(150±10)℃保持1h，再经1h升至 (200±10)℃。 最 后 在 (200±10)℃ 下 保 持4h。

　　1.5 性能测试

　　复合试样硬度按 ASTM D2240测试，在同一试样上，每相隔6mm 取一个点，共取5个点，计算5个值的算术平均值或中位数;拉伸强度、拉断伸长率及定伸应力按 ASTM D412测试;撕裂性能按 ASTM D624测试，夹头拉伸速率为(50±5)mm/min;热空气老化性能按 ASTM D573测试;气密性试验按 GB/T5563-2013测试。所有复合试样送性能检验之前，必须进行尺寸计量。对厚度测量3次，一次在过度边中心，两端各1次。3次测量的中位值作为计算截面积的厚度。对于最大和最小厚度差超过0.08mm 的试样，废弃不用。试样宽度取裁刀在限制截面上切割边之间的距离。

　　2 结果与讨论

　　对复合试样的力学性能、老化性能、剥离强度进行测试，实验结果与标准纯胶试样的性能进行对比;对成品试样进行气密性试验，并与技术要求进行对比。

　　2.1 标准试样性能

　　标准试样性能见表4。

　　2.2 外观

　　4组试样外观对比见表5。从表5可以看出，A、D组复合试样洁净、亮白，B、C 组复合试样发黄，色泽不均。在试样进行二段硫化时，玻璃纤维布和胶料均会随着硫化温度的升高而发生变化，出现发黄、色泽不均等现象，在一定程度上会对一些外观要求严格的产品有一定的影响，一段硫化温度对试样外观无明显影响。

　　2.3 力学性能

　　4组试样力学性能检测结果见表6。从表6可以看出，B组试样硬度较大，表现出过硫现象，D 组试样硬度较低，表现出欠硫现象;温度与是否选择二段硫化对拉伸强度和拉断伸长率的影响相对较大。

　　2.4 高温老化试验

　　对试样进行(200±5)℃×(22±0.5)h的高温老化，待试样回复常温后测试其硬度、拉伸强度和拉断伸长率，结果见表7。

　　从图1～3可以看出，经过热空气老化后，4组试样的硬度上升、拉伸强度和拉断伸长率下降;B组试样出现明显发硬现象，试验数据超出性能合格范围。说明高温条件对过硫化橡胶材料有较大影响，因此在硫化过程中应把握硫化时间，否则在高温环境中橡胶材料会较大程度的老化，影响材料弹性恢复[4-5]。

　　2.5 剥离试验

　　偶联剂 A151在水溶液中进行缩聚反应产生低聚物，这种低聚物含酚羟基和硅醇基，在玻璃纤维布和硅橡胶间起偶联作用，从而实现复合。将表面处理的玻璃纤维布与硅橡胶复合，对4组复合试样按试验设定二段硫化后进行剥离试验，结果见表8。

　　从表8可以看出，玻璃纤维布发生断裂且无法剥离，其试样的粘合强度在二段硫化后无明显改变，说明复合试样的剥离强度与是否进行二段硫化无明显相关性[6-7]。

　　2.6 气密性试验

　　表9为成品试样气密性试验结果。从表9可以看出，成品试样在进行气密性试验时，硫化条件对气密性试验无明显影响，试验结果均符合技术要求。

　　3 结论

　　二段硫化是完善复合材料结构、提高力学性能的有效手段。但对于外观要求严格的产品，表面会出现不均匀发黄现象，该现象目前无法通过改变二段硫化条件解决。因此，综合试验结果可得出结论，按目前胶料配方和织物选择，若客户要求产品外观洁净亮白，可以优先选择提高产品硫化温度到170℃，根据产品规格大小适当延长硫化时间进行一段硫化后，不进行二段硫化;若客户对产品外观不做严格要求，允许有一定程度的泛黄现象存在，且对拉断伸长率有较高要求，可考虑一段硫化温度为160℃进行生产，然后对产品进行二段硫化。