施工環(huán)境對(duì)密封劑剝離強(qiáng)度影響研究

趙連紅，劉成臣，金濤，何衛(wèi)平，王浩偉

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施工環(huán)境對(duì)密封劑剝離強(qiáng)度影響研究

趙連紅，劉成臣，金濤，何衛(wèi)平，王浩偉

（中國特種飛行器研究所 結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 荊門 448035）

研究密封劑的施工工藝環(huán)境對(duì)其剝離強(qiáng)度的影響。采用正交實(shí)驗(yàn)法，分別從待密封表面清洗、密封劑厚度、密封劑混合比、密封劑施工溫濕環(huán)境等4個(gè)影響因素研究對(duì)剝離強(qiáng)度的影響，找出影響因素的主次關(guān)系和各自影響趨勢(shì)。對(duì)密封劑剝離強(qiáng)度影響程度由大到小順序依次為表面清潔度、涂覆厚度、溫度/濕度、密封劑混合比。剝離強(qiáng)度與待密封表面清洗程度、密封劑厚度大小成正相關(guān)，與密封劑溫/濕環(huán)境大小成反相關(guān)。在密封劑施工工藝環(huán)境規(guī)范內(nèi)，了解各環(huán)境因素的影響特點(diǎn)，能有效提高密封劑的剝離強(qiáng)度大小。

XM22硫化密封劑；剝離強(qiáng)度；施工工藝環(huán)境；正交實(shí)驗(yàn)法

XM系列聚硫密封劑由于具有較好的性能，在飛行器上廣泛應(yīng)用，比如航空結(jié)構(gòu)鉚接、焊接和螺紋接頭、儀表等密封部位，其密封形式有貼合面密封、間隙密封等。密封劑的施工環(huán)境（溫/濕度等）和使用環(huán)境（燃油、微生物、光照等環(huán)境）影響自身的密封性能。剝離強(qiáng)度是密封劑性能指標(biāo)的重要一項(xiàng)，是評(píng)價(jià)密封劑有效性和可靠性的重要手段[1-8]。文中針對(duì)密封劑在鋁合金材料上應(yīng)用易出現(xiàn)剝離的問題，特別是密封劑在施工過程中無法保障施工環(huán)境，導(dǎo)致密封劑剝離強(qiáng)度太小、剝離強(qiáng)度壽命太短等問題進(jìn)行了研究。目前，施工環(huán)境對(duì)密封劑性能影響往往被忽略，導(dǎo)致對(duì)密封劑施工工藝環(huán)境研究較少，文獻(xiàn)[3-4]對(duì)密封劑剝離強(qiáng)度影響因素進(jìn)行了研究，得出環(huán)境對(duì)于剝離強(qiáng)度影響較大的結(jié)論。鑒于此，文中開展待密封表面清洗、密封劑厚度、密封劑混合比、密封劑施工溫/濕環(huán)境對(duì)密封劑剝離強(qiáng)度的影響研究[9-10]，為工程技術(shù)人員在密封劑施工過程提供參考和借鑒[11-12]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)件

試驗(yàn)采用硫化密封劑XM22，試驗(yàn)件為平板試樣，試驗(yàn)件尺寸為150 mm×75 mm×3 mm，其材料為常用的LY12鋁合金材料，表面處理采用硫酸陽極，涂層體系采用S06-1010H底漆，詳見表1。參照HB 5249—1993《室溫硫化密封劑180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法》的試驗(yàn)件制備方法[10]，使用XM22硫化密封劑制備密封劑剝離試驗(yàn)件，如圖1所示。

表1 密封劑剝離強(qiáng)度試驗(yàn)件清單

圖1 密封劑剝離強(qiáng)度試驗(yàn)件

1.2 密封劑施工環(huán)境和劃分方法

針對(duì)密封劑在施工過程中常出現(xiàn)的施工環(huán)境，結(jié)合密封劑施工工藝規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)范[6]，分別從待密封表面清洗、密封劑厚度、密封劑混合比、密封劑施工溫/濕環(huán)境等4個(gè)施工環(huán)境因素，考慮對(duì)密封劑剝離強(qiáng)度的影響，依據(jù)程度將4個(gè)環(huán)境因素劃分為3個(gè)不同影響水平。

1）表面清洗：清洗的程度可為未清洗、丙酮擦洗1次、丙酮擦洗3次。

密封劑涂敷厚度：未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)厚度/1 mm、達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)度厚度/2 mm、超過標(biāo)準(zhǔn)厚度/3 mm。

密封劑混合比分為：基膏100/硫化膏7、基膏100/硫化膏10、基膏100/硫化膏13。

4）施工環(huán)境：溫度21 ℃/濕度45%、溫度23 ℃/濕度50%、溫度25 ℃/濕度55%。

為了充分考慮到每個(gè)影響因素對(duì)于剝離強(qiáng)度的影響，采用正交實(shí)驗(yàn)法[13-14]形式開展實(shí)驗(yàn)，考慮密封劑施工工藝環(huán)境的4個(gè)影響因素，每個(gè)影響因素有3個(gè)水平，可以采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法L9(34)設(shè)計(jì)試驗(yàn)。密封劑XM22施工工藝環(huán)境試驗(yàn)的因素、水平見表2，密封劑剝離強(qiáng)度試驗(yàn)件類型及清單見表3。

表2 XM22密封劑施工工藝環(huán)境試驗(yàn)的因素水平表

表3 密封劑剝離強(qiáng)度試驗(yàn)件類型及清單

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

按照HB 5249—1993《室溫硫化密封劑180o剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法》的實(shí)驗(yàn)方法，開展XM22硫化密封劑的剝離強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。為了避免試驗(yàn)樣本量太少導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分散性太大的問題，在實(shí)驗(yàn)中每一組試驗(yàn)有3個(gè)平行試驗(yàn)件，每個(gè)試驗(yàn)件有3條帆布，每條帆布帶需要記錄8個(gè)左右剝離負(fù)荷峰值，保證試驗(yàn)樣本量。同時(shí)對(duì)剝離負(fù)荷峰值進(jìn)行置信度分析，剔除異常試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性，最后在每組試驗(yàn)結(jié)果中求解剝離強(qiáng)度均值。

圖2 剝離試驗(yàn)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 剝離強(qiáng)度計(jì)算

依據(jù)HB 5249—1993《室溫硫化密封劑180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法》檢測(cè)剝離負(fù)荷峰值，然后求解剝離強(qiáng)度值大小，再者對(duì)有效的負(fù)荷峰值求均值后計(jì)算剝離強(qiáng)度，公式為：

剝離負(fù)荷峰值進(jìn)行置信度分析，首先負(fù)載峰值需滿足正態(tài)分布(2)，取=0.5，即置信水平為1－=0.95，可求出一個(gè)盡可能小的區(qū)間[1,θ]使?jié)M足{1≤≤θ}=1－。通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法求出剝離負(fù)載峰值的均值和對(duì)應(yīng)的置信區(qū)間，方法見式（2）和式（3）。

則區(qū)間為：

按照上式對(duì)試驗(yàn)件負(fù)荷峰值進(jìn)行置信度分析，剔除了異常數(shù)據(jù)，得出每一組數(shù)據(jù)的剝離負(fù)載峰值的均值和對(duì)應(yīng)的置信區(qū)間，具體見表4。

表4 WXMPB試驗(yàn)件剝離負(fù)載峰值可信度分析

續(xù)表4

2.2 剝離強(qiáng)度分析

通過對(duì)表4中的取剝離負(fù)載峰值和剝離強(qiáng)度取均值，求出正交實(shí)驗(yàn)法中9組施工環(huán)境下的剝離強(qiáng)度均值，見表5。

表5 剝離強(qiáng)度均值表

表5給出9組不同施工環(huán)境對(duì)應(yīng)剝離強(qiáng)度值，通過比較，第5，6，9組剝離強(qiáng)度值遠(yuǎn)大于其他6組。通過對(duì)比分析，表面清潔度、涂敷厚度、溫度/濕度對(duì)密封劑剝離強(qiáng)度影響較大，并且表面清潔度高、涂敷厚度大、溫/濕度低所對(duì)應(yīng)的剝離強(qiáng)度值最大。通過文獻(xiàn)[13]和文獻(xiàn)[15]的方法，對(duì)正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析處理，得出各因素對(duì)密封劑剝離強(qiáng)度的影響強(qiáng)弱程度。表6為正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表，表7為方差分析表。

通過表6和表7分析可以得到，就上述影響密封劑剝離強(qiáng)度4個(gè)因素中，對(duì)于剝離強(qiáng)度影響程度由大到小順序依次為：表面清潔度>涂覆厚度>溫度/濕度>密封劑混合比。對(duì)密封劑剝離強(qiáng)度而言，表面清潔度越好對(duì)應(yīng)的剝離強(qiáng)度越大，密封劑厚度越厚對(duì)應(yīng)的剝離強(qiáng)度越大，溫/濕度（范圍為（23±2）℃，50％±5％）越小對(duì)應(yīng)的剝離強(qiáng)度越大，與李詠在聚硫密封劑剝離強(qiáng)度測(cè)定影響因素分析結(jié)論一致[3]。

表6 密封劑剝離強(qiáng)度 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表7 密封劑剝離強(qiáng)度方差分析

在上述試驗(yàn)結(jié)果中，密封劑在丙酮擦洗3次、超過標(biāo)準(zhǔn)厚度/3 mm、基膏100/硫化膏13、溫度21 ℃/濕度45%條件下剝離強(qiáng)度值最大（相對(duì)）。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，忽略表面處理、底涂等因素的影響，試驗(yàn)件表面光潔度越好，剝離強(qiáng)度越大。剝離強(qiáng)度大小雖然與涂覆厚度成正相關(guān)，但是在設(shè)計(jì)密封劑涂覆厚度還需要考慮密封劑其他性能指標(biāo)以及自身質(zhì)量等因素，在合理厚度范圍內(nèi)建議使用厚度較大的。剝離強(qiáng)度大小與施工溫度/濕度大小環(huán)境負(fù)相關(guān)，建議在施工工藝環(huán)境范圍內(nèi)選擇較小溫度/濕度環(huán)境。密封劑混合比對(duì)于剝離強(qiáng)度的影響較小，相對(duì)于前面3個(gè)影響因素可以忽略不計(jì)，分析結(jié)果可以消除密封劑在施工過程中均勻程度不好控制和檢測(cè)導(dǎo)致密封劑性能無法評(píng)估的顧慮。圖3為剝離強(qiáng)度試驗(yàn)件兩組典型的實(shí)驗(yàn)照片，WXMPB10試驗(yàn)件的剝離強(qiáng)度值為0.23，其剝離的形式為圖3a形式，試驗(yàn)件表面光滑很少沾附密封膠。WXMPB26試驗(yàn)件的剝離強(qiáng)度值為2.68，其剝離的形式為圖3b形式，試驗(yàn)件表面大量沾附密封膠。WXMPB26的剝離強(qiáng)度值遠(yuǎn)大于WXMPB10，且WXMPB26的剝離強(qiáng)度大于其撕裂強(qiáng)度，導(dǎo)致在破壞過程中產(chǎn)生密封劑撕裂現(xiàn)象，而WXMPB10的剝離強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其撕裂強(qiáng)度，導(dǎo)致密封膠在試驗(yàn)件表面剝離而未發(fā)生撕裂現(xiàn)象。

a WXMPB10試驗(yàn)件

b WXMPB26試驗(yàn)件

圖3 剝離強(qiáng)度試驗(yàn)件剝離照片

3 結(jié)論

通過待密封表面清洗、密封劑厚度、密封劑混合比、密封劑施工溫/濕環(huán)境4個(gè)施工環(huán)境的正交實(shí)驗(yàn)，分析工藝環(huán)境對(duì)密封劑XM22剝離強(qiáng)度的影響，得到如下結(jié)論。

1）對(duì)密封劑剝離強(qiáng)度大小影響程度由大到小順序依次為：表面清潔度>涂覆厚度>溫度/濕度>密封劑混合比。同時(shí)，剝離強(qiáng)度與待密封表面清洗程度、密封劑厚度大小成正相關(guān)，與密封劑溫/濕環(huán)境大小負(fù)相關(guān)。

2）通過密封劑正交試驗(yàn)法能快速區(qū)分主次影響因素，可以推廣到研究多因素、多層次復(fù)雜試驗(yàn)問題，具有試驗(yàn)樣本量少、試驗(yàn)均衡分散、數(shù)據(jù)計(jì)算簡(jiǎn)單、水平整齊可比等優(yōu)點(diǎn)。

3）通過工藝環(huán)境對(duì)密封劑剝離強(qiáng)度影響研究，為工程技術(shù)人員在密封劑施工過程提供參考和借鑒。

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Influences of Construction Environment on Peel Strength of Sealant

ZHAO Lian-hong, LIU Cheng-chen, JIN Tao, HE Wei-ping, WANG Hao-wei

(Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Structural Corrosion Prevention and Control, China Special Vehicle Research Institute, Jingmen 448035, China)

To study effects of construction process environment on peel strength of sealant.The orthogonal experiment was applied to study effects of sealant peel strength through four influencing factors including cleaning of surface to be sealed, thickness of sealant, mixing ratio of sealant and temperature and humidity environment of sealant construction, to find the primary and secondary relationships and influencing trends of influencing factors.According to the order from large to small, factors influencing peel strength of sealant were: the cleaning of surface to be sealed, thickness of sealant, temperature and humidity environment of sealant construction and mixing ratio of sealant. The peel strength was positively correlated with the degree of sealing of the surface to be sealed and the thickness of the sealant, and inversely related with the sealant temperature and humidity environment.In the sealant construction process environmental norms, understanding impacts of environmental factors could improve the sealant peel strength effectively.

XM22 vulcanization sealant; peel strength; construction process environment; orthogonal experiment

10.7643/ issn.1672-9242.2017.11.013

TJ07；T Q433.5

A

1672-9242(2017)11-0064-06

2017-06-25；

2017-08-01

趙連紅（1988—），男，湖北荊門人，工程師，研究方向腐蝕環(huán)境航空航天材料損傷行為研究。