底部备案

Copyright @ 2019 广州市白云化工实业有限公司 版权所有 粤ICP备13051174号 网站建设:中企动力 广州

底部左侧

全球技术服务热线:
400-830-1582
总部电话:
020-37312999
暂时没有内容信息显示
请先在网站后台添加数据记录。

底部导航

  • 1

50年极限测试

>
>
>
硅酮密封胶耐低温性能研究

硅酮密封胶耐低温性能研究

  摘要:本文通过实验设计,分别测试了两种硅酮密封胶试样A和试样B在标准条件(23℃)和低温条件(-50℃、-55℃)的拉伸粘结性。测试结果发现:硅酮密封胶随着温度的降低,拉伸粘结性测试中所得最大拉伸强度、模量增大,最大强度伸长率降低;一旦达到其最低极限使用温度,会失去其橡胶的弹性力学特性。结合DSC分析,推断硅酮密封胶在玻璃化温度之上存在部分结晶,结晶温度(Tc)远高于玻璃化温度(Tg),结晶行为对结晶温度以下的硅酮密封胶的弹性力学特性有明显影响。根据实验结果,笔者建议,硅酮密封胶在低温应用中应考虑到最低极限使用温度,不同的硅酮密封胶在低温下表现存在差异,在低温应用中应选择合适的产品。

  关键词:硅酮密封胶,低温,性能

  前言

  硅酮密封胶所用的主体聚合物是聚二甲基硅氧烷,分子链由Si-O-Si键组成,键能比组成普通橡胶的C-C键要大很多,高于紫外线的能量,因此硅酮密封胶具备优异的耐紫外老化和各种气候老化的特性。同时主体聚合物聚二甲基硅氧烷具有分子链的高度柔顺性和低的分子间作用力,导致聚二甲基硅氧烷玻璃化温度(Tg)为-125℃,因此硅酮密封胶具有很好的耐寒性[1];在-50℃~150℃较宽的温度范围内,不仅能保持良好的弹性,机械性能也无明显变化,具有良好的耐高低温性能。

  因为上述特点,硅酮密封胶在建筑行业已得到广泛应用,是幕墙门窗行业首选的粘结密封材料。根据用途分类可用作隐框幕墙的结构密封胶,幕墙接缝密封的硅酮耐候密封胶、门窗接缝密封胶和中空玻璃二道密封胶。同时在工业应用领域和交通运输领域,也得到了广泛应用。

  但是,在极端的使用条件下有可能存在-50℃以下的低温环境,如在我国领土的最北端漠河,冬天最低温度可达零下50-60℃;俄罗斯西伯利亚冬季气温最低可达零下70℃;地球上最冷的地方南极:最低温度可达-88.3℃。除地球陆地有极端低温外,8000米高空的气温会低达零下80多度,还有医药、生物、工业、电子电器、科研等诸多领域低温仪器与设备低温条件往往可达-70℃及以下。

  硅酮密封胶作为弹性密封胶,其应用价值在于起到密封粘结作用,一旦达到其最低极限使用温度,极可能失去其橡胶的弹性力学特性,无法在该环境下继续使用。因此,有必要开展硅酮密封胶低温条件下的性能测试,研究硅酮密封胶在低温下的力学特性,以获得其最低使用温度,指导用户正确使用。

  1. 试验和测试

  1.1试验仪器和设备

  电子万能拉力试验机,深圳三思纵横科技股份有限公司;可程式高低温试验箱(-70—150℃),深圳三思纵横科技股份有限公司;差示扫描量热仪NETZSCH DSC;

  1.2 试验样品

  试样A:硅酮结构密封胶,市售,进口某品牌;

  试样B:硅酮结构密封胶,市售,广州市白云化工实业有限公司产品;

  1.3 样品制备和养护

  按GB 16776-2005中相关要求制备试样,按GB16776-2005中标准试验条件下(23℃,50%RH)养护90天。

  1.4 测试步骤和要求

  1)不同温度下的拉伸粘结性测试

  试验程序:试样在试验温度条件下放置2h后,再在试验温度下进行拉伸粘结性测试,拉伸速率为12mm/min;

  2)DSC分析试验

  取1.3要求制备的试样;测试时用刀具切开外表皮,取样品内部材料进行测试。

  试验程序:升温范围为-150~300℃,升温速率为10℃/min;试验过程中从常温降至-150℃以下后升温,记录-150~300℃范围内DSC的变化曲线。

  2. 结果与讨论

  2.1 试样A不同温度下的拉伸粘结性曲线

  分别测试了试样A在23℃、-50℃、-55℃条件下拉伸粘结性,拉伸粘结性应力-应变曲线见图1。

  

 

  图1 试样A在23℃、-50℃、-55℃条件下拉伸粘结性应力-应变曲线

  从图1应力-应变曲线可见,试样A的最大强度随着条件温度降低呈上升趋势,23℃时最大强度为1.68MPa,在低温条件-50℃时最大强度为1.92 MPa,在低温条件-55℃时最大强度达到5.16MPa,同时模量随温度下降也呈上升趋势。与之相反,最大强度伸长率随着条件温度降低呈下降趋势,23℃时最大强度伸长率为430%,-50℃时最大强度伸长率为226%,-55℃时最大强度伸长率下降至27%。

  当条件温度为-55℃时,从应力-应变曲线可见,试样A已完全失去其橡胶的弹性力学特性,-55℃已超过了试样A的最低极限使用温度,在-55℃或更低的温度下用于结构粘结或耐候密封,密封胶极有可能无法承受接缝的位移变化而出现密封粘结失效。

  2.2 试样B的低温拉伸粘结性曲线

  分别测试了试样B在23℃、-50℃、-55℃条件下拉伸粘结性,拉伸粘结性应力-应变曲线见图2。

  

 

  图2 试样B在23℃、-50℃、-55℃条件下拉伸粘结性应力-应变曲线

  从图2应力-应变曲线可见,试样B的最大强度随着条件温度降低呈上升趋势,23℃时最大强度为1.30MPa,在低温条件-50℃时最大强度为3.90MPa,在低温条件-55℃时最大强度达到5.30MPa,同时模量随温度下降也呈明显上升趋势。与之相反,最大强度伸长率随着条件温度降低呈下降趋势,23℃时最大强度伸长率为270%,-50℃时最大强度伸长率为237%,-55℃时最大强度伸长率下降至195%。

  当条件温度为-55℃时,从应力-应变曲线可见,试样B还仍旧能保持其橡胶的弹性力学特性,还没有达到其最低的极限使用温度,在低温-55℃条件下还可用于结构粘结或耐候密封。但在-55℃低温条件下,有模量明显升高,在低温应用中需考虑是否能满足设计要求。

  2.3 试样A和试样B的DSC分析

  针对试样A和试样B在-55℃低温条件下力学性能的差异,分别对试样A和试样B进行了DSC分析。

  

 

  图3 试样A的DSC分析测试结果

  

 

  图4 试样B的DSC分析测试结果

  图3为试样A的DSC分析测试结果,试样A玻璃化温度Tg在-101℃左右;图4为试样B的DSC分析测试结果,试样B玻璃化温度Tg在-120℃左右。聚二甲基硅氧烷的玻璃化温度为-125℃;硅酮结构胶因主体聚合物特点Tg很低,实际使用温度都是在远高于Tg以上,因玻璃化温度Tg很低使得硅酮结构胶具备优异的耐低温性能。

  分析试样A的DSC测试结果,-40.6℃处出现明显吸热峰,与之对比的试样B的DSC测试结果,-43.8℃处出现明显吸热峰,经分析认为是结晶峰(Tc)。聚二甲基硅氧烷因分子链的规整性好,在Tc以下温度时极可能会有结晶或部分结晶,分子链结晶会影响到其性能。

  2.4 试样A和试样B低温下拉伸粘结性差异原因分析

  影响橡胶耐寒性的两个重要过程是玻璃化转变和结晶转变。硅橡胶硫化胶的耐寒性与玻璃化过程和结晶过程有关。二甲基硅橡胶硫化胶在-5O℃下放置后,由于强烈结晶而失去弹性,因此在低温下的长时间工作能力受到限制[2]。

  结合DSC分析测试结果,可以认为,试样A和试样B拉伸粘结性应力-应变曲线在低温-50℃条件下最大强度和模量与23℃条件下对比有明显升高,极可能受到分子链部分结晶影响。尤其是试样A在拉伸粘结性测试中在伸长率至40%附近时,应力-应变曲线模量出现转折点,可以认为,-50℃在结晶温度Tc以下,试样A分子链出现的部分结晶行为对拉伸粘结性应力-应变曲线有一定影响,使得拉伸曲线一定程度表现出部分结晶聚合物的应力-应变曲线特点。

  试样A和试样B拉伸粘结性应力-应变曲线在低温-55℃条件下最大强度和模量与23℃条件下对比有明显升高,尤其是试样A在-55℃条件下已完全失去其橡胶的弹性力学特性,-55℃在结晶温度Tc以下,试样A分子链可认为已出现强烈结晶,使得拉伸曲线表现出结晶聚合物的应力-应变曲线特点。试样B在低温-55℃极可能已出现部分结晶,但未因部分结晶而完全失去其橡胶的弹性力学特性。

  3. 结论

  3.1随着温度的降低,试样A和试样B拉伸粘结性测试结果最大拉伸强度、模量增大,最大强度伸长率降低。硅酮密封胶在低温下应用时,需要对该温度下拉伸粘结性足够关注。

  3.2硅酮密封胶一旦达到其最低极限使用温度,极可能会完全失去其橡胶的弹性力学特性,在低于极限温度使用时无法发挥其密封粘结性能,继续使用会带来较大的风险和隐患。

  3.3 根据DSC分析结果,可认为硅酮密封胶在玻璃化温度之上存在部分结晶,结晶温度(Tc)远高于玻璃化温度(Tg),结晶温度更影响其低温下的使用。

  3.4 不同的硅酮密封胶在低温下的拉伸粘结性存在差异,低温应用中应考虑到最低极限使用温度,选择合适的产品。

  参考文献

  来国桥,幸松民. 有机硅产品合成工艺及应用[M]. 第二版,化学工业出版社.