于美超，宋英红，刘峥，吴松华

摘 要：考查了铝合金与复合材料两种基材不同表面状态时，聚硫密封剂与基材表面的相容性;以铝合金为被粘基材，进一步研究了不同试验条件下聚硫密封剂间的相容性。试验结果表明：聚硫密封剂与铝合金不同表面状态及聚硫密封剂间均具有良好的相容性，与复合材料除未打磨时外，均具有良好的相容性;当复合材料表面无法打磨时，可以选择使用粘接底涂，改善界面的相容性。

关键词：聚硫密封剂;铝合金;复合材料

中图分类号：TQ433 文献标识码：A     文章编号：1001-5922（2021）12-0022-04

Research on Compatibility of Polysulfide Sealant

Yu Meichao， Song Yinghong， Liu Zheng，Wu Songhua

（Beijing Institute of Aerial Materials， Beijing 100095， China）

Abstract：When the two substrates of aluminum alloy and composite material are in different surface states， the compatibility between polysulfide sealant and substrate surface is examined. And the compatibility between the polysulfide sealant under different test conditions is further studied with the aluminum alloy as the bonded substrate. Here， the polysulfide sealant and aluminum alloy both have good compatibility in different surface states， and the polysulfide sealant  also have good compatibility with the composite material except when it is not polished. When the surface of composite material cannot be polished， a bonding base coat can be selected to improve the interface compatibility.

Key words：Polysulfide sealant;Aluminum alloy;Composite material

0 引言

飛机的设计制造技术已逐步呈现出一体化、整体化的发展趋势[1];新一代飞机以减轻结构质量、提高结构寿命、降低制造成本为目标，采用高性能、长寿命、低成本的机体材料和结构[2]。复合材料因具有高比强度、高比模量、抗疲劳等优点，其在飞机结构上的应用已经取得了飞速的发展，在航空工业中发挥着越来越重要的作用，被广泛应用于民用飞机的各类结构[3-5]。而铝合金作为当前主要的航空工程材料，在目前正在使用的民用客机中，还在大量使用铝合金[6-7]。

密封剂因其良好的粘接、耐燃油、耐溶剂和耐老化等特性，广泛应用于飞机结构的密封。随着飞行时间的增加、环境和温度变化、交变载荷和微生物作用的影响，结构密封部位出现裂纹，在飞机日常维护或大修时，需使用密封剂进行修补。本文依据聚硫密封剂与铝合金、复合材料不同表面状态接触的可能性，设计了聚硫密封剂与基材相容性试验及以铝合金为基材表面时，聚硫密封剂间相容性试验。

1 实验部分

1.1 原材料

液体聚硫橡胶，黏度为6～45 Pa·s，锦西化工研究院有限公司;轻质活性碳酸钙，上海大宇生化有限公司;气相法二氧化硅，德固赛;硅烷偶联剂，福斯曼科技（北京）有限公司;增粘剂，南通星辰合成材料有限公司;二氧化锰（FA级），霍尼韦尔贸易（上海）有限公司;二苯胍（促进剂D）（工业级），沈阳东北助剂化工有限公司;硬脂酸（工业级），浙江杭州油脂化工有限公司。

1.2 仪器设备

S100三辊研磨机，上海第一化工机械厂;GT-AI-3000单柱式伺服控制电脑系统拉力机，高铁检测设备有限公司;M115老化试验箱，德国宾得。

2 试样制备

2.1 聚硫密封剂的制备

2.1.1 基膏制备

将100 g液体聚硫橡胶、10 g气相法二氧化硅、2 g轻质活性碳酸钙、增粘剂2 g和5 g硅烷偶联剂，混合均匀，然后将上述物料在S100三辊研磨机上研磨3遍，即得基膏。

2.1.2 硫化剂制备

将100 gMnO2、100 g邻苯二甲酸二丁酯、5 g促进剂D和1 g硬脂酸混合均匀，然后将上述物料在S100三辊研磨机上研磨3遍，即得硫化膏。

2.1.3 密封剂的制备

将基膏和硫化剂按100：10质量比混合均匀即可。

2.2 试片表面状态的准备

结合聚硫密封剂与不同基材表面接触的可能性，进行了聚硫密封剂与基材表面相容性试验，试验方案如表1所示。

2.3 试样制备

2.3.1 聚硫密封剂与基材表面相容性试样制备

准备表1中6种不同表面处理方式的试片各8片，将其中每种表面处理后的试片各取4片;取24片基材进行清洁处理;将剩余的24片基材放入盛有3号喷气燃料的玻璃缸，待试片完成浸泡后，用相同的方法清洁试片表面，制样。

将上述剥离试样放置在标准温、湿度条件下硫化14 d后，取12种不同基材表面状态的相容性试样2个，共计24个相容性试样，进行测试，剩余的24个相容性试样进行100℃×168 h耐3号喷气燃料老化试验后再进行测试。

2.3.2 聚硫密封剂相互间相容性试样制备

准备7075阳极化铝合金试片8片，用相同的方法进行表面清洁后将试片放置在180°剥离标准试片成型模具的下模凹槽中，将聚硫密封剂涂覆至试片露出表面并刮平，使得被修补密封剂层的表面与凹槽顶部平齐，厚度约为3.20 mm;在标准温、湿度条件下硫化14 d后，取其中4个试样进行100℃×168 h耐3号喷气燃料老化试验;将涂覆有聚硫密封剂的试片置于相容性试片成型模具下模的凹槽中，制得相容性试样，试样如图1所示。

將上述相容性试样放置在标准温、湿度条件下硫化14 d后，取底层密封剂层未老化及老化处理的试样各2个，进行测试;剩余的4个相容性试样进行100℃×168 h耐3号喷气燃料老化试验后再测试。

2.4 性能测试

剥离强度：硫化试样按照HB/T 5249—1993标准，采用电子拉力机进行测定，测试温度为（23±2） ℃。

3 结果与讨论

3.1 聚硫密封剂与基材表面不同状态相容性试验结果

聚硫密封剂与不同基材的不同表面状态相容性试验数据如表2所示。

由表2可看出，聚硫密封剂与铝合金不同表面不同老化状态时均具有良好的相容性，可达100%内聚破坏;对于复合材料除未打磨时，聚硫密封剂与其表面亦具有良好的相容性。复合材料表面未打磨处理时，聚硫密封剂与该状态的表面出现光板现象，如图2（左）所示。其原因可能为复合材料表面一层脱模剂，影响了密封剂与复合材料表面的相容性。针对这一现象，采用在未打磨的复材表面涂覆一层底涂的方法，然后进行相容性试验。试验结果：在标准硫化条件时，出现100%内聚破坏，剥离强度为6.40 kN/m，如图2（右）所示。在其余试验条件下时，密封剂与复材表面未出现脱粘现象，内聚破坏率均为100%，相容性好。

3.2 聚硫密封剂相互间相容性试验结果

以阳极化铝合金为基材，进行不同状态条件下聚硫密封剂相互间相容性试验，试验结果如表3所示。

由表3可看出，在100℃×168 h耐3号喷气燃料老化前后聚硫密封剂相互间均具有良好的相容性，内聚破坏率为100%。

4 结语

（1）聚硫密封剂与铝合金基材不同表面状态具有良好的相容性;

（2）聚硫密封剂与复合材料除未打磨时，其余状态下亦具有良好的相容性;当复材表面无法进行打磨处理时，可以采用在复材表面涂覆粘接底涂的方法，改善二者界面的相容性;

（3）聚硫密封剂相互间相容性良好，未出现分层或脱粘等现象。

参考文献

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[2]李东升，翟雨农，李小强. 飞机复合材料结构少无应力装配方法研究与应用进展[J]. 航空制造技术， 2017，（9）：30-34.

[3]邢丽英，包建文，礼嵩明，等. 先进树脂基复合材料发展现状和面临的挑战[J]. 复合材料学报，2016，33（7）：1 327-1 338.

[4]COLEMAN R M. The effects of design， manufacturing processes and operations management on the assembly of aircraft composite structure[D]. Massachusetts：Massachusetts Institute of Technology， 1991.

[5]杜善义. 先进复合材料与航空航天[J]. 复合材料学报，2007，24（1）：1-12.

[6]刘 兵，彭超群，王日初，等. 大飞机用铝合金的研究现状及展望[J]. 中国有色金属学报，2010（9）：1 706-1 715.

[7]叶 鑫，安鲁陵，岳烜德，等. 填隙补偿对碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金装配结构力学性能的影响[J].复合材料学报，2020，37（9）：2 183-2 199.