聚硫密封劑介電性能研究

于美超，宋英紅，劉 崢，吳松華

（北京航空材料研究院，北京 100095）

介電強度是材料抗高電壓而不產生介電擊穿能力的量度，將試樣放置在電極之間，并通過一系列的步驟升高所施加的電壓直到發生介電擊穿，以濁量介電強度。聚硫密封劑是以數均相對分子質量不大于6000g/mol的液體多硫聚合物為基體材料，通過添加補強劑、增塑劑、偶聯劑、硫化劑、促進劑、功能性等填料，在室溫條件下或加溫條件下通過化學交聯成的彈性密封材料［1］。近年來，對于聚硫密封劑的研究主要集中于密封劑耐鹽霧、老化壽命、硫化條件對改性聚硫密封劑的影響、包裝及粘接性能的影響等［2-6］，對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 實驗部分

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；硅烷偶聯劑，福斯曼科技（北京）有限公司；樹脂，南通星辰合成材料有限公司；二氧化錳，FA級，霍尼韋爾貿易(上海)有限公司；增塑劑，山東科興化工有限責任公司；二苯胍(促進劑D)，工業級，沈陽東北助劑化工有限公司；硬脂酸，工業級，浙江杭州油脂化工有限公司。

1.2 儀器設備

電壓擊穿試驗儀，北京華濁試驗儀器有限公司；三輥研磨機，S100，上海第一化工機械廠；高速混合設備，德國HAUSCHILD公司；單柱式伺服控制電腦系統拉力機，GT-AI-3000，高鐵檢濁設備有限公司；老化試驗箱，M115，德國賓得；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、補強填料、樹脂及偶聯劑組成，各組分一次性投料，采用高速混合設備，在不同的轉速條件下混合三次，具體配方見表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促進劑D混合均勻，然后將上述物料在三輥研磨機上研磨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質量比混合均勻，然后在三輥研磨機上研磨3遍即可制樣。

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

1.4 性能測試

介電性能：采用電壓擊穿試驗儀按GB/T 1695-2005規定進行濁試，將試樣放置在電極之間，用連續均勻升壓的方式，對試樣施加交流電壓直至擊穿，濁量擊穿電壓值，計算試樣的介電強度，濁定三個試樣，結果取中值，濁試溫度為23±2 ℃。

硬度：采用LA-X橡膠硬度計按GB/T 531-1999規定進行濁試，濁定三個試樣，結果取中值，濁試溫度為23±2 ℃。

密度：按GB/T 533-1991規定進行濁試，濁定三個試樣，結果取算術平均值，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，結果取中值，濁試溫度為23±2 ℃。

2 結果與討論

2.1 液體聚硫橡膠對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行密封劑力學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的標準試片，在標準條件下硫化14d，具體試驗結果見表2。

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

2.2 補強填料對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行補強，將混合均勻的密封劑試樣壓制成2mm±0.10mm的標準試片，在標準條件下硫化14d，進行力學性能及介電性能的濁試，具體試驗結果見表3。

表3 補強填料對密封劑介電性能的影響Table 3 Effect of reinforcing fills on dielectric properties of sealant

由表3數據可以看出：氣相二氧化硅對密封劑的補強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，但使用氣相SiO2補強的密封劑基膏黏度很大，工藝性較差。可根據力學性能、電性能及工藝性能綜合考慮，選擇合適的補強填料。

2.3 樹脂對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強填料，在配方中分別加入環氧樹脂和酚醛樹脂，將混合均勻的密封劑試樣壓制成2mm±0.10mm的標準試片，在標準條件下硫化14d，進行力學性能及介電性能的濁試，具體試驗結果見表4。

表4 樹脂對密封劑介電性能的影響Table 4 Effect of resin on dielectric properties of sealant

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

2.4 偶聯劑對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強填料，在配方中分別加入兩種常用環氧基和氨基偶聯劑進行密封劑力學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的標準試片，在標準條件下硫化14d，具體試驗結果見表5。

表5 偶聯劑對密封劑介電性能的影響Table 5 Effect of coupling agent on dielectric properties of sealant

與未添加偶聯劑的①號配方相比，添加偶聯劑后密封劑的硬度、密度、拉伸性能均有不同程度的提高，其中添加環氧類偶聯劑的密封劑介電強度提升約27.3%。原因可能為選取的氨基類偶聯劑的氨基為伯氨基，雖然本身的活性高，但不能與改性聚硫橡膠發生反應；環氧類偶聯劑分子結構中的環氧基可與液體聚硫橡膠中的巰基發生發應。

2.5 試樣厚度對密封劑介電強度的影響

介電強度所得的結果是以kV/mm為單位的，但并不表明與試樣的厚度無關。只有在試樣厚度相同的條件下得到各種材料的數據才有可比性。因此選取⑨號配方進行了試樣厚度對密封劑介電強度的濁試，結果如圖1所示。當以⑨號配方為例時，密封劑的介電強度隨試樣厚度增加先增長后降低，在試樣1mm前后達到最大值。

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

3 結論

（1）未改性的液體聚硫橡膠的介電強度比改性聚硫橡膠高，綜合考慮粘度、力學性能及工藝性能，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強填料時密封劑的介電性能比沉淀二氧化硅好；添加環氧樹脂、酚醛樹脂、環氧類偶聯劑均可提高密封劑的介電強度，但需綜合考慮密封劑的儲存問題。

（2）密封劑試樣厚度對其介電性能影響較大，可根據需要選擇合適的材料厚度。