【摘 要】以有机硅树脂为基料 , 铝粉和云母粉为填料,制备了耐 500 ℃高温的密封材料 ;该材料经 500℃×36 h 老化实验后 , 密封压力 ≥1. 0 M Pa 。 以有机硅树脂为基料 , 云母粉 、 滑石粉 、 硅微粒 、 氧化铝为填料 , 氧化铁为颜料 , 制备了耐 800 ℃高温的密封材料 ;该材料经 800 ℃ ×36 h 老化后 , 表面无变化 , 密封压力 ≥2 . 5 M Pa 。 这两种密封材料均可以用于金属缝隙的高温密封和金属表面的高温防护 。
【关键词】耐高温密封材料 , 有机硅树脂 , 密封压力,金属缝隙
一般的硅橡胶密封剂可在 250 ～ 300 ℃的高温使用[ 1 , 2] 。谢择民等人采用 KH -CL 硅氮聚合物作硫化剂, 可将硅橡胶密封剂的使用温度提高到 350 ℃ [ 3 , 4] 。但在飞机发动机的某些部位, 其金属缝隙需要能耐500 ～ 800 ℃高温的密封材料;所以, 一般的硅橡胶密封剂难以满足使用要求。
目前, 国内能耐 500 ℃和 800 ℃高温的有机硅树脂或改性有机硅树脂漆主要有 W61 -55 、500 ℃铝粉有机硅耐高温漆、600 #有机硅耐高温漆、800 #有机硅耐高温漆等[ 5 ～ 7 ] 。这些耐高温漆作为金属部件的保护涂料可满足高温环境下的使用要求, 但未见其作为金属缝隙耐高温密封剂的报道。为了研制在高温下具有密封性能的耐高温密封材料, 我们以有机硅树脂为基料 , 探讨了填料及使用工艺对密封材料的密封性能和耐热性能的影响。
1 实验
1. 1 主要原料
有机硅树脂 :HM 888 , 上海华羚树脂有限公司 ;铝粉 :FLQT3 , 辽宁省盖州市金属粉末厂 ;云母粉 :800 目 , 徐州超精细粉体厂 ;滑石粉 :1250 目 , 江阴市广源超微粉有限公司 ;硅微粉 :800 目 , 江西省地矿非金属公司粉体材料厂 ;氧化铝 :山东铝业公司 ;氧化铁 :130 , 上海氧化铁颜料厂 。
1. 2 性能测试
密封压力 :按 HB 5388 —87 测试 ;耐热性 :按 GB/ T 1735 —1993 测试 。
1. 3 试样制备
耐高温密封材料的参考配方见表 1 。
耐高温密封材料的配制:按配方称取各组分, 搅拌均匀;然后用锥形磨研磨 2 遍, 下料。将其刷涂或喷涂在金属板和密封法兰盘上, 室温晾置一段时间后固化。固化条件为 180 ℃×2 h ;也可在使用中受热固化。
2 结果与讨论
2.1 填料对耐高温密封材料性能的影响
表2 、表3 是填料组成对耐高温密封材料的
由表2可见,填料组成对耐 500 ℃高温的密封材料的密封性能影响较大。有机硅树脂与铝粉浆或铝粉浆和云母粉的混合填料配合时,由于铝粉浆的颗粒较大 ,材料的耐热性可满足使用要求,但基本不具有密封性能, 无法用于金属缝隙的密封 ;采用 Si3N 4 粉作填料时,结果也一样。将铝粉浆改为铝粉后,材料的耐热性可满足指标要求;且密封性能也有所提高,但仍不能完全达到使用要求。采用铝粉、云母粉和滑石粉的混合填料时,材料的耐热性可满足使用要求;同时,由于这三种填料的粒径很细, 有机硅树脂高温分解的残余物能与云母粉形成无机网络结构, 滑石粉具有抗龟裂性 , 所以材料受耐热后的密封性能大幅度提高, 能满足使用要求。
由表 3 可见,耐 800 ℃高温的密封材料的密封性能也与填料组成密切相关 。耐 800 ℃高温的涂料一般采用耐高温体质填料和玻璃料等作填料。用石棉粉和玻璃粉作填料时, 由于石棉粉与有机硅树脂的结合有助于提高其耐热性和高温下的抗龟裂性, 所以材料可耐 800 ℃的高温;但石棉粉易成团 , 且粒径较大 , 从而影响了其密封性。玻璃粉可在高温下熔融, 形成无机膜,从而提高涂层的耐热性;但其密封性能仍无法达到指标要求。采用 SiC 粉亦是如此。用硅微粉替代上述 3 种填料后,由于硅微粉颗粒很小,所以材料的密封性能可满足使用要求。采用云母粉、氧化铝、硅微粉和滑石粉混合填料时, 4种填料的平均粒径都超过了 800 目,云母粉、硅微粉可与有机硅树脂的高温分解残余物形成无机网络结构,从而提高材料的耐热性能;氧化铝能促进这种无机网络结构的形成;滑石粉具有抗龟裂性;多种填料的组合保证材料具有良好的耐热性和密封性能, 使材料的密封压力达到了 2.5 MPa。配方中的氧化铁是颜料。
2.2 使用工艺对耐高温密封材料的密封性能的影响
耐高温密封材料属溶剂型。在密封金属缝隙时,溶剂的挥发程度直接影响了材料的密封性能。使用工艺对耐高温密封材料的密封性能的影响见表 4、表 5 。
从表4、表5可见,耐高温密封材料受热后的密封压力与其使用工艺有关。材料刷涂后晾置时间过短时, 由于合模后的残余溶剂不能挥发出来或挥发后形成空洞,使耐高温密封材料受热后的密封压力下降;材料刷涂后晾置时间过长 , 由于合模时密封材料硬化,合模后密封的空隙较大,也使耐高温密封材料受热后的密封压力下降。
耐 500℃高温的密封材料的适宜使用工艺:刷涂在金属缝隙上,室温晾置 30～ 60min;表干后,根据实际需要刷涂第二遍密封材料,再晾置30～50 min ;然后合模,室温放置 12～24 h;再随炉升温至120 ℃, 烘烤0.5～1.0h;接着,随炉升温至180℃,保温固化2.0h;最后, 随炉冷却至室温,即可进行室温密封性能试验、受热后密封性能试验或装机使用。
耐 800 ℃高温的密封材料的适宜使用工艺:刷涂在金属缝隙上后,室温晾置 60 ～ 90 min ;然后装模,室温放置 12 ～ 24 h,即可进行室温密封性能试验、耐热性试验、受热后密封性能试验或装机使用。
2.3 应用结果
两种耐高温密封材料经材料评审、 长期试车考核和验收评审 , 均已在某型号飞机发动机上得到实际应用。
3 结论
耐高温密封材料受热后的密封压力与填料的组成及粒径有关,适宜的填料粒径在800目以上;同时,与密封材料的使用工艺关系密切。
耐500℃高温的密封材料主要以铝粉和云母粉为填料,经500℃×36 h 老化后 ,密封压力在1.0 MPa以上;耐 800℃高温的密封材料主要以硅微粉、云母粉、滑石粉和氧化铝为填料,经800℃×36 h 老化,密封压力达 2.5MPa 。
参 考 文 献
1 吴森纪.有机硅应用.成都:电子科技大学出版社,2000 .68
2 幸松民, 王一璐.有机硅合成工艺及产品应用.北京:化学工业出版社.2000 .598;614
3 王清正, 谢择民.硅氮聚合物交联剂交联的室温硫化硅橡胶的热稳定性.高分子学报, 1994 ( 5):573
4 王清正, 谢择民.硅氮化合物交联的缩合型双组分室温硫化硅橡胶的热稳定性.合成橡胶工业, 1993,
16 ( 4):230
5 姜德孚.化工产品手册.涂料.北京:化学工业出版社, 1994 .931
6 战凤昌, 李悦良, 李桂林等.专用涂料.北京:化学工业出版社, 988 ;122
7 居滋善.涂料工业.第 4 分册.北京:化学工业出版社, 1994 .
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