某硫化硅橡胶固化周期应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：刘会娜（1988），女，汉族，河北石家庄人，中级职称，硕士研究生，研究方向为产品装配及胶体固化方向研究。-107-某硫化硅橡胶固化周期应用研究 刘会娜 张 逊 陈 光 马成龙 崔晓廷 北京新风航天装备有限公司，北京 100854 摘要：摘要：复合材料与金属材料粘接需要使用某种硫化硅橡胶进行，该硫化硅橡胶由基体硅橡胶、KH-CL 固化剂和气相法二氧化硅三种组分按照固定比例配制而成，按照设计要求产品在使用某硫化硅橡胶粘接完成后，需要在指定温度和湿度范围内固化 7 天后才可以开展吊装转运工作。针对产品批量生产时，某硫化硅橡胶固化周期较长，影响产品整体生产效率的问题，提出了对某硫化硅橡胶固化周期进行应用研究，用以缩短某硫化硅橡胶固化周期时间，加快产品流转速度，提升产品流转效率。通过对比不同环境条件下某硫化硅橡胶的固化情况，结合设计部门对某硫化硅橡胶具体使用要求，分析出在常温常湿、高温高湿情况下，将 7 天固化周期缩短为 4 天后可以进行厂房内的吊装转运工作。关键词：关键词：某硫化硅橡胶；周期；优化；环境 中图分类号：中图分类号：TQ333 复合材料主要由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀、热稳定性好等优点，被广泛应用于制造飞机、卫星天线、大型运载火箭壳体、航天飞机结构件等领域。在实际应用中，复合材料都需要与金属材料粘接成型，以提高产品性能。但由于复合材料与金属材料粘接需要使用某种硫化硅橡胶进行，该硫化硅橡胶由基体硅橡胶、KH-CL 固化剂和气相法二氧化硅三种组分按照固定比例配制而成，按照设计要求产品在使用某硫化硅橡胶粘接完成后，需要在指定温度和湿度范围内固化 7 天后才可以开展吊装转运工作。故在每发产品总装过程中，某硫化硅橡胶粘接固化为瓶颈工序。为满足后期大批量生产需求，提高生产效率，需要对某硫化硅橡胶粘接固化周期进行研究，以缩短某硫化硅橡胶固化所需时间。影响某硫化硅橡胶固化周期的参数有温度和湿度两个指标，针对不同温度和湿度条件设定常温常湿、高温高湿、低温低湿三种环境条件，通过采取玻璃钢试片和铝试片粘接的方式制作拉剪试片，同时制作某硫化硅橡胶粘剂固化硬度检测试样，进行某硫化硅橡胶固化周期研究。1 项目方案 本文通过开展工艺试验方法研究，探究某硫化硅橡胶在常温常湿、高温高湿、低温低湿三种不同环境条件下，胶粘剂试片拉剪强度、胶粘剂试样邵氏硬度与固化时间的关系。通过分析试验数据，确定某硫化硅橡胶粘接后限制吊装转运的时间，进而优化完善产品装配流程、缩短产品装配周期。2 实施过程 2.1 试验方案的制定 编写某硫化硅橡胶固化周期优化试验方案明确试验条件及设备、试验内容及方法。探索在不同温度、湿度条件下，某硫化硅橡胶粘接固化性能。（1）试验条件及设备 A 环境条件（常温常湿）：温度（20-25），湿度（40%-45%）B 环境条件（高温高湿）：温度（30），湿度（70%）C 环境条件（低温低湿）：温度（18），湿度（23%-24%）主料：室温某硫化硅橡胶粘接剂、玻璃钢试片、铝试片 设备量具：橡胶硬度计（XHS 型）、CMT4104 电子万能试验机、高温试验电子万能试验机（Z050）、恒温恒湿箱。工具：胶粘剂刮胶板、配胶容器、搅拌棒（2）试验方案 中国科技期刊数据库 工业 A-108-按照胶粘剂技术条件和某硫化硅橡胶使用方式要求分别配制表面胶和主胶。表面胶和主胶的配制，分别按照表 1 和表 2 的配制比例要求进行，将加入固化剂的基体硅橡胶，用搅拌棒搅拌均匀（约 5min 内），使固化剂和基体硅橡胶均匀混合。加入二氧化硅并搅拌均匀。目测观察，胶粘剂中无白色粉末，气泡微小，且分布均匀。表 1 表面胶配制比例 组分 重量比 配制量（g）基体硅橡胶 100 200 固化剂 7 14 二氧化硅 1 2 表 2 主胶配制比例 组分 重量比 配制量（g）基体硅橡胶 100 800 固化剂 7 56 二氧化硅 7 56（3）拉剪试片的制作 在经过喷砂处理的玻璃钢试片和铝试片粘接面上，均匀的涂一层表面粘接剂，再均匀的涂一层主胶粘剂。按图 1 将玻璃钢试片和铝试片对接，叠合在一起，适当挤压、错动几下，使周边均有余胶挤出，完成粘接的试片如图 2 所示。对正孔位，放置在粘接夹具上，适当加压。最后，在试片的上端安装上工装压块。图 1 拉剪试片制作示意图 图 2 完成粘接的拉剪试片 分别制作 10 组试片,每组 10 片（共 150 片），记录拉剪试片制作时间。试片制作完成后分为 A、B、C 三大组，每组各 50 对，试片委托航天科工防御技术研究实验中心分别放置在 A（常温常湿）、B（高温高湿）、C（低温低湿）三种环境条件下进行固化，固化环境的温湿度依靠恒温恒湿箱进行控制。试片放置工装如图 3 所示。从固化第 3 天第 7 天，每隔 24 小时拉剪一组试片，其中 5 片进行常温拉剪试验并记录拉剪强度值，另外 5片进行高温（300）拉剪试验并记录拉剪强度值。图 3 拉剪试片固化放置工装（4）胶粘剂硬度检测试样的制作 根据 GB/T531 硫化橡胶邵尔 A 硬度试验方法 制作硬度检测试样，胶粘剂试样制作要求如下：试样厚度不小于 6mm，上下两面平行。试样表面光滑、平整，不应有缺胶、气泡、机械损伤及杂质等。试样下面应垫厚度 5mm 以上的光滑、平整的玻璃板或硬金属板。取 3 块 10131cm 的钢板，将胶粘剂涂抹在钢板表面，用刮胶板将胶体修理平整，如图 4 所示。图 4 胶粘剂固化硬度检测试样（平板）试样委托航天科工防御技术研究实验中心分别放置在 A（常温常湿）、B（高温高湿）、C（低温低湿）三种环境条件下进行固化，固化环境的温湿度依靠恒温恒湿箱进行控制。每隔 24 小时进行邵氏硬度值检测并记录邵氏硬度值，试样上的每一点只准测量一次，测量点间距离不小于 6mm，与试样边缘的距离均不小于12mm。2.2 试验过程（1）试片拉剪强度检测 A 组拉剪试片（每小组 10 片，共 50 片）于 2020年 11 月 03 日完成制作，放置在实验中心常温常湿环境条件下进行固化。B 组拉剪试片（每小组 10 片，共 50 片）于 2021中国科技期刊数据库 工业 A-109-年 1 月 31 日完成制作，放置在实验中心恒温恒湿箱内进行固化，箱内按照 B（高温高湿）环境设定温度为30，湿度为 70%。C 组拉剪试片（每小组 10 片，共 50 片）于 2021年 4 月 13 日完成制作，放置在实验中心恒温恒湿箱内进行固化，箱内按照 C（低温低湿）环境设定温度为18，湿度为 23%-24%。试片拉剪强度检测委托航天科工防御技术研究实验中心进行。拉剪试验分为常温试验和 300高温试验。常温拉剪试验所用测试设备为“CMT4104 电子万能试验机”，高温拉剪试验所用测试设备为“高温试验万能试验机（Z050）”。2020 年 11 月 06 日2020 年 11 月 10 日，每隔 24小时取一组(A 组)试片进行拉剪试验，其中 5 片进行常温拉剪试验并记录拉剪强度值，另外 5 片进行高温（300）拉剪试验并记录拉剪强度值。完成拉剪试验的一组试片如图 5 所示。2021 年 2 月 3 日2021 年 2 月 7 日，每隔 24 小时取一组(B 组)试片进行拉剪试验，其中 5 片进行常温拉剪试验并记录拉剪强度值，另外5片进行高温（300）拉剪试验并记录拉剪强度值。2021 年 4 月 16 日2021 年 4 月 20 日,每隔 24 小时取一组(C 组)试片进行拉剪试验，其中 5 片进行常温拉剪试验并记录拉剪强度值，另外5片进行高温（300）拉剪试验并记录拉剪强度值。图 5 拉剪破坏的试片（2）试样邵氏硬度检测 A 环境试样邵氏硬度检测 2020 年 11 月 8 日制作完成了邵氏硬度检测试样（平板）。11 月 8 日11 月 15 日，每隔 24 小时，对试样的硬度数据进行检测并记录数据，检测室随机取试样上的 10 个点测试邵氏硬度值，试样上的每一点只准测量一次，测量点间距离不小于 6mm，与试样边缘的距离均不小于 12mm。B 环境试样邵氏硬度检测 2021 年 1 月 31 日制作完成了邵氏硬度检测试样（平板）。2 月 2 日2 月 7 日，每隔 24 小时，对试样的硬度数据进行检测并记录数据，检测室随机取试样上的10 个点测试邵氏硬度值，试样上的每一点只准测量一次，测量点间距离不小于 6mm，与试样边缘的距离均不小于 12mm。C 环境试样邵氏硬度检测 2021 年 4 月 12 日制作完成了邵氏硬度检测试样（平板）。4 月 15 日4 月 20 日，每隔 24 小时，对试样的硬度数据进行检测并记录数据，检测室随机取试样上的 10 个点测试邵氏硬度值，试样上的每一点只准测量一次，测量点间距离不小于 6mm，与试样边缘的距离均不小于 12mm。试样邵氏硬度检测委托航天科工防御技术研究实验中心进行，试样的检测仪器为橡胶硬度计（XHS 型）。3 试验验证 试片拉剪强度和试样的邵氏硬度检测委托航天科工防御技术研究实验中心进行，拉剪试验分为常温常湿、高温高湿和低温低湿试验。常温拉剪试验所用测试设备为“CMT4104 电子万能试验机”，高温拉剪试验所用测试设备为“高温试验万能试验机（Z050）”。试样的检测仪器为橡胶硬度计（XHS 型）。拉剪强度见图 68，邵氏 A 硬度见图 911。图 6 常温常湿试片固化期间拉剪强度 中国科技期刊数据库 工业 A-110-图 7 高温高湿试片固化期间拉剪强度 图 8 低温低湿试片固化期间拉剪强度 图 9 常温常湿试片固化期间邵氏 A 硬度 图 10 高温高湿试片固化期间邵氏 A 硬度 图 11 低温低湿试片固化期间邵氏 A 硬度 试验结果表明：依据图 68 可以看出，常温常湿和高温高湿条件下，固化4天至7天的常温平均拉剪强度均大于1MPa，高温拉剪强度均大于 0.15MPa。而低温低湿条件下，固化至第 6-7 天，常温平均拉剪强度达到 1MPa，固化 5-7天高温拉剪强度达到 0.15MPa。常温固化的邵氏硬度从第 3 天开始，硬度值大于20，且固化 4 天至 7 天的邵氏硬度值均大于 20；高温固化的邵氏硬度从第 2 天开始，平均硬度检测值为27.7，且固化3天至7天的邵氏硬度平均值均大于30。胶粘剂拉剪试片、胶粘剂硬度试样在常温常湿、高温高湿、低温低湿三种环境下固化，通过三种环境的拉剪强度和邵氏硬度数据对比，发现高温高湿有利于胶粘剂的固化，在固化时间达到 3 天后，高温拉剪强度、常温拉剪强度以及邵氏硬度均满足技术条件及设计要求。而在低温低湿条件下，胶粘剂的固化速度偏慢，在固化时间达到 6 天后，高温拉剪强度、常温拉剪强度以及邵氏硬度均满足技术条件及设计要求，见表 6。根据设计文件要求，试片常温平均拉剪强度不得低于 1MPa，高温平均拉剪强度不得低于 0.15PMPa，邵氏硬度高于 20 可进行转运测试。4 结语 通过开展试验研究，掌握了某硫化硅橡胶的固化时间与环境温湿度的关系，通过实验数据明确得出了某硫化硅橡胶在不同环境温湿度条件下 7 天固化时间与 4 天固化时间之间存在的差异。据此，对某硫化硅橡胶的固化时间进行如下优化：在装配环境温度2030，湿度在 40%70%条件下，即常温常湿和中国科技期刊数据库 工业 A-111-高温高湿条件下，产品粘接固化 4 天后（第 5 天）可开展后续作业，如在前 4 天固化期内有温湿度不在要求范围内的情况，按照固化 7 天要求执行，在固化期间，产品应固定稳妥，防止磕碰，防止污染。并在相关文件中明确在试验温度下可缩短至 4 天开展后续作业并明确吊装转运的保护措施，若装配环境温度超过试验验证的温湿度范围，还要按照原固化周期执行。参考文献 1化学工业编辑部.橡胶工业手册（第八分册：试验方法）M.北京:化学工业出版社,2019.2化学工业编辑部.橡胶工业手册（第六分册：工业橡胶制品）M.北京:化学工业出版社,2016.3任洪祥,等.脱氢缩合型室温硫化硅橡胶的固化速率的研究J.浙江化工报,2000,31(3):26-28.4刘立华,杨始燕,张志杰,谢泽民.耐超低温硅橡胶的研制J.有机硅材料,2003,17(6):4-6.5邸明伟,张丽新.室温硫化硅橡胶的增强改性研究进展J.中国胶粘剂,2005,14(3):36-39.6王致禄,陈道义.聚合物胶粘剂M.上海:上海科学技术出版社,1988.7黄文润.单组份室温硫化硅橡胶的配制（一）J.有机硅材料,2002,16(4):32-40.8宣卫芳,王一临.环境试验与武器装备高新技术发展J.表面技术,2002(05).