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硅橡膠的種類、配方及應用領域

* 來源: * 作者: admin * 發表時間: 2021/09/16 9:35:00 * 瀏覽: 2
硅橡膠是指主鏈由硅和氧原子交替組成的橡膠,硅原子通常與兩個有機基團相連。硅橡膠耐低溫性好,在-55℃仍可工作。引入苯基后可達-73℃。硅橡膠的耐熱性也很突出??稍?80℃下長時間工作,在略高于200℃的溫度下可承受數周或更長時間。仍具有彈性,可瞬間承受300℃以上的高溫。硅橡膠具有良好的透氣性,氧氣透過率是合成聚合物中最高的。硅橡膠作為有機硅最重要的形態之一,在一定溫度范圍內能長期保持彈性,具有優良的電性能和化學穩定性,能起到耐水、耐臭氧、耐老化的作用。它在工業和民用方面發揮著極其重要的作用。

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硅橡膠的分類


硅橡膠按其硫化機理可分為熱硫化型(高溫硫化硅膠HTV)和室溫硫化型(RTV)。 目前,我國常溫硅橡膠生產企業約50家,產能109.2萬噸/年,產量約60.79萬噸。



硅橡膠性能


(1) 耐高低溫

 在所有橡膠中,硅橡膠的工作溫度范圍最廣(- 100~350℃)。 例如,適當搭配的乙烯基硅橡膠或低苯基硅橡膠在250℃熱空氣中老化數千小時或300℃數百小時后仍能保持彈性; 低苯基硅橡膠硫化膠在350℃熱空氣中老化數十小時后仍能保持彈性。 其玻璃化轉變溫度為-140℃,其硫化膠在-70~100℃仍具有彈性。 當硅橡膠用作火箭噴管內壁的耐熱涂層時,它可以承受數千度的瞬時高溫。


(2) 耐臭氧老化、耐氧老化、耐光老化、耐候老化

硅橡膠硫化膠在游離狀態下暴露在陽光下幾年后性能沒有明顯變化。


(3)電絕緣性能

硫化硅橡膠的電絕緣性能在受潮、頻率變化或溫度升高的影響下變化不大,燃燒后產生的二氧化硅仍是絕緣體。 另外,硅橡膠分子結構中碳原子很少,而且不使用炭黑作為填料,所以在電弧放電時不易燃燒,在高壓場合非??煽?。 它的耐電暈性和耐電弧性非常好。 其耐電暈壽命是聚四氟乙烯的1000倍,氟橡膠的20倍。


(4) 特殊的表面性質和生理惰性

硅橡膠的表面能小于大多數有機材料。它具有低吸濕性。長時間浸泡在水中吸水率只有1%左右。物理性能不下降,抗霉性好。它不與許多材料結合,可以起到隔離作用。硅橡膠無味、無毒,對人體無不良影響,與人體組織反應輕微,具有優良的生理惰性和生理老化。


(5) 高透氣性

與其他高分子材料相比,硅橡膠具有良好的透氣性,常溫下對氮氣、氧氣和空氣的透氣性比Nr高30~40倍;它對氣體滲透具有選擇性,例如,它對二氧化碳的滲透性約為氧氣的5倍。


(6)生物醫學特性

硅橡膠因其分子結構而具有優異的生物醫學性能,這一點已被大量動物和人體實驗的成功應用所證明。



熱硫化硅橡膠


1. 合作

熱硫化硅橡膠的配合劑主要包括補強劑、硫化劑和一些特殊添加劑。一般只需5~6個成分即可組成實用配方。


配方設計應考慮以下幾點:

(1)硅橡膠是高飽和度的生膠,不能用硫磺硫化。應使用有機過氧化物作為硫化劑。因此,橡膠中不得含有能與過氧化物分解產物相互作用的活性物質(如開槽炭黑、一些有機促進劑和防老劑),否則會影響硫化。
(2) 硅橡膠制品一般在高溫下使用,其配合劑應在高溫下穩定。通常選擇無機氧化物作為補強劑。
(3) 硅橡膠在微量酸或堿等化學試劑的作用下,容易引起硅氧烷鍵的開裂和重排,導致硅橡膠耐熱性降低。因此,在選擇配合劑時,必須考慮其酸堿度和過氧化物分解產物的酸度,以免影響硫化膠的性能。



高溫硫化硅橡膠的典型配方

原材料 混合比 主要作用 其他
其他生膠 65% 賦予材料基本屬性 粘度范圍 50-80wcs
白炭黑 25% 改變機械特性和流動特性 粘度范圍:50-80wcs,低端主要為沉淀二氧化硅,高端為氣態二氧化硅
羥基硅油 2% 作為結構控制劑 羥基含量主要為8-9%
二甲基硅油 2% 微調高溫膠的硬度和粘度 主要是500和1000粘度
硫化劑 3% 形成網絡交聯系統 /
其他 3% 脫模、防腐等添加劑 /
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2. 生膠的選擇

乙烯基硅橡膠可用于一般使用溫度要求(-70~250℃)的硅橡膠制品; 當產品使用溫度較高(-90~300℃)時,可使用低苯基硅橡膠; 當要求產品耐高低溫和耐燃油或溶劑時,應使用氟硅橡膠。


3. 固化劑及固化機理

(1) 硫化劑

用于硅橡膠熱硫化的硫化劑主要有有機過氧化物、脂肪族偶氮化合物、無機化合物和高能射線,其中最常用的是有機過氧化物。 這是因為有機過氧化物在室溫下一般是穩定的,但在較高的硫化溫度下會迅速分解產生自由基,導致硅橡膠發生交聯。

這些過氧化物按活性可分為兩類:一類是通用型,活性高,可硫化各種硅橡膠; 另一種是乙烯基專用型,由于其活性低,只能硫化含乙烯基的硅橡膠。


(2) 硫化機制

     當硅橡膠用過氧化物硫化時,硅橡膠與過氧化物的交聯是通過兩個活化的甲基或乙烯基之間的自由基反應進行的。

      除上述過氧化物硫化外,硅橡膠還可采用高能輻射硫化。 輻射硫化也是根據自由基機理進行的。 當生膠中乙烯基摩爾分數較高(0.01)或與其他橡膠一起使用時,也可以使用硫磺硫化,但性能很差。

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4. 增強劑及相關機制

      

未增強的硅橡膠硫化膠的強度很低,只有0.3MPa左右,沒有實用價值。 通過添加適當的補強劑,硅橡膠硫化膠的強度可以達到3.9~9.8MPa,這對提高硅橡膠的性能,延長產品的使用壽命非常重要。 硅橡膠補強填料的選擇應考慮硅橡膠高溫使用和過氧化物(特別是酸堿物質)硫化對硅橡膠的不利影響。

硅橡膠的補強填料按補強效果可分為補強填料和弱補強填料。 前者粒徑10~50nm,比表面積70~400m2/g,補強效果好; 后者粒徑為300~1000nm,比表面積小于30㎡/g,補強效果差。



(1) 補強填料

硅橡膠的補強填料主要是指合成二氧化硅,又稱二氧化硅。 白炭黑可分為氣相白炭黑和沉淀白炭黑。 氣相法二氧化硅是最常用的硅橡膠補強劑之一。 氣相二氧化硅增強的橡膠具有較高的機械強度和良好的電性能。 可與其他補強劑或弱補強劑配合使用,制備不同應用要求的橡膠。

與氣相二氧化硅增強的硅橡膠膠料相比,沉淀二氧化硅增強的膠料機械強度稍低,介電性能較差(尤其是濕后),但耐熱老化性更好,膠料成本低。 當產品的機械強度要求不高時,沉淀二氧化硅可單獨使用或與氣相二氧化硅結合使用。

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5. 助劑

(1) 結構控制劑

氣相二氧化硅增強的硅橡膠在儲存過程中會變硬,塑性值下降,逐漸失去加工性能。 這種現象被稱為“結構性”。 影響。 添加的配合劑是為了防止和削弱這種“結構”。 趨勢被稱為“結構控制劑”。 結構控制劑通常是含有羥基或硼原子的低分子硅氧烷化合物。 常用的有二苯基硅二醇、甲基苯基二乙氧基硅烷、四甲基乙二氧基甲基硅烷、低分子羥基硅油和硅氮烷。

(2)耐熱添加劑

硅橡膠的熱空氣老化性能可以通過添加一些金屬氧化物或其鹽類和一些元素的有機化合物來大大提高。 最常用的是三氧化二鐵,一般用量為3~5份; 其他金屬氧化物如錳、鋅、鎳和銅也有類似的效果。 添加少量(小于1份)噴涂炭黑也可以增強耐熱性。 一般只有在250~300℃的溫度范圍內進行熱風老化,才能顯示出這些添加劑的作用。

(3) 著色劑

硅橡膠常用著色劑如下:氧化鐵(氧化鐵)紅、鎘黃(二氧化鎘)黃、鉻綠(氧化鉻)綠、炭黑(黑)、二氧化鈦(鈦白)白、群青(藍) )。


6. 加工

硅橡膠可以用普通橡膠加工設備加工,但要注意:

① 加工過程應保持清潔,不得混入其他橡膠、油污或雜質,否則會影響硅橡膠的硫化和性能;

② 硅橡膠制品需要在烘箱中進行長時間的熱風硫化,以提高硫化膠的性能。



7. 混合

   硅橡膠生膠比較軟,有一定的可塑性。 可直接用開煉機或密煉機混煉,無需塑煉。 有幾種混合方法:

(1) 開式攪拌機混合

    雙輥開煉機的輥速比應為(1.2~1.4): 1、快輥后,速比越高混合越快,低速比可使薄膜光滑。 輥筒內必須注滿冷卻水,混合溫度應在40℃以下,以防硫化劑結焦或揮發損失。 混合開始時,輥距較?。?~5mm),然后逐漸增大。

進料及操作順序:生膠(卷包)-補強填料-結構控制劑-耐熱助劑-著色劑-薄通5次-下料、烘箱熱處理-再制造-硫化劑-薄通-停車過夜-再制造- 排紙。 橡膠也不能進行烘箱熱處理。 加入耐熱助劑后,加入硫化劑,然后稀釋。 存放過夜煉制,再存放幾天煉制后使用。 混合時間為20~40分鐘。

(2) 密煉機混合

與實驗室2L密煉機混合時,混合時間為6~16min。 混合沒有特別困難。 當加載系數為0.74時,Φ160mm開式攪拌機的攪拌也能正常進行。 出料溫度與補強填料的種類有關。 使用弱補強填料和沉淀二氧化硅時,出料溫度在50℃以下; 使用氣相二氧化硅時,出膠溫度為70℃左右。


8. 拉伸

硅橡膠一般較軟,擠出效果好,操作方便。 它可以擠出不同形狀和尺寸的產品。 其加工設備和工具與普通橡膠基本相似。 擠出機一般采用Φ30或Φ65mm單螺紋螺桿的長徑比為(10~12):1,效果更佳。 擠出時應盡量保持低溫,最好不超過40℃,因此必須給機筒和螺桿提供冷卻水。 對于質量要求較高的產品,可在機頭附近安裝80~140目濾網,去除膠料中的雜質,提高擠出質量。

硅橡膠擠出半成品柔軟易變形,必須立即硫化。 最常用的方法是熱風連續硫化; 高壓蒸汽連續硫化通常用于電線電纜行業。 如果擠壓后不能連續硫化,為防止變形,擠壓后應立即用圓盤、滾筒或傳送帶撿起,并用滑石粉隔離,以免相互粘結。 如果發現橡膠過軟無法擠出,可在橡膠中混入3~5份氣相二氧化硅。


9. 壓延

壓光機一般采用立式三輥壓光機。 用于生產薄膜時,中輥固定,中輥速度比上輥快,速比為(1.1~1.4):1。下輥速度與上輥速度相同。 中輥的那個。 壓延機啟動時,上輥溫度為50℃,中輥保持室溫,下輥用冷卻水冷卻。 壓光速度一般為60~300cm? Min-1,不應該太快。 先低速調整輥距(中、下輥),保證一定的壓延厚度,再提高到正常速度連續運轉。

三輥壓延機用于硅橡膠涂膠和擦拭時,織物代替底布(聚酯薄膜)在中輥和下輥之間通過。 三輥壓光機僅適用于單面涂膠,四輥壓光機用于長期生產。


10. 膠合

      涂膠是指將硅橡膠漿料通過浸漬或刮涂均勻分布在織物上,以提高薄膜制品的強度和柔韌性,使織物耐潮,制造高溫電絕緣材料。

(1) 漿料制備

過氧化苯甲酰(BP)多用作砂漿用硅橡膠膠料的固化劑,用量略大于一般模型產品。 如果補強填料采用氣相二氧化硅,用量不超過40份,結構控制劑用量應適當增加。 應使用揮發性溶劑,如甲苯或二甲苯。

(2) 織物前處理

硅橡膠涂層的底布一般采用玻璃布、尼龍和滌綸。 玻璃布因其耐熱性好、強度高、吸濕性低而被廣泛使用。 玻璃纖維拉絲過程中,薄膜上涂有石蠟潤滑劑(占織物質量的0.2%~0.5%)。 在硫化溫度下易揮發,影響橡膠與織物的結合。 上膠前必須進行脫蠟。 錦綸和滌綸的熱變形大,影響橡膠與織物的結合。 因此,上膠前必須進行熱定型,即在一定的牽伸下對織物進行短時間的熱處理。 尼龍的處理溫度為170~175℃,滌綸的處理溫度為215~220℃。

(3)膠合

預處理后的織物在上膠前必須用表面粘合劑處理。 粘合劑是由烷氧基硅烷、硼酸鹽、硫化劑和溶劑(乙酸乙酯或乙醇)組成的溶液。


12. 粘合

硅橡膠可以與多種材料粘合,包括金屬、塑料、陶瓷、纖維、硅橡膠本身和其他橡膠。 使用可與硅橡膠本身同時硫化的膠粘劑,可實現硅橡膠與涂層的最佳粘合。

膠粘劑一般用于硅橡膠硫化膠之間的粘合。 常見的膠粘劑配方示例如下:乙烯基硅橡膠100; 氣相二氧化硅 35; 三氧化二鐵 5; 硼酸正丁酯 3; 3.糊狀硫化劑dCBP。



13. 硫化

硅橡膠的硫化過程不是一次完成的,而是分兩個階段進行的。 橡膠在加壓下(如成型硫化、硫化罐內直接蒸汽硫化等)或常壓下(如熱風連續硫化)加熱定型,稱為一步硫化(或定型硫化); 在烘箱中進行高溫硫化以進一步穩定硫化膠的物理性能稱為二次硫化(或后硫化)。

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(1) 一次硫化

① 模型產品的硫化??刹捎闷桨辶蚧?、傳遞模塑硫化和注射硫化。硅橡膠制品硫化時一般不用脫模劑,裝料、合模、加壓應迅速進行,否則容易燃燒,尤其是含硫化劑BP和dCBP的橡膠。傳遞模塑硫化是一種廣泛使用的加工硅橡膠膠料的工藝。與單模單孔板硫化相比,具有加工周期短的優點,可以硫化復雜的橡膠件,尤其是有嵌件和銷釘的。與注射硫化相比,設備成本更低。注射硫化成型制品可以提高勞動生產率,降低勞動強度。同時還可以減少過氧化物的用量,提高制品的抗撕裂性能和壓縮永久變形性能,但制品的收縮率大。

②擠壓產品的硫化。 可采用蒸汽加壓硫化、熱風連續硫化、液體硫化罐連續硫化、滾筒硫化和輻射硫化。 前三種方法是常用的。



(2) 兩階段硫化

硅橡膠制品經過一段時間的硫化后,硫化物中會存在一些低分子物質,影響制品的性能。 例如,與一般固化劑(如固化劑BP或dCBP)的復合,經過一段時間的固化,固化劑分解的酸質量會增加海綿孔的孔隙率,降低密度; 增加固化劑用量會降低海綿孔的孔隙率,增加密度,產生更厚的孔壁。 此外,硫化溫度對海綿的孔隙率也有很大影響。

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硅橡膠應用



硅橡膠具有獨特的綜合性能,特別是硅橡膠的生物相容性是一個關鍵特性。 已成功應用于其他無效場合,解決了許多技術難題,滿足了現代工業和日常生活的需要。 與其他橡膠一樣,硅橡膠可加工成各種型材、軟管、條帶、膠輥、膠帶等產品; 室溫硫化硅橡膠可大面積使用,使用方便。


(1) 汽車行業

硅橡膠在汽車工業中的應用正在迅速增長。 硅橡膠(特別是各種特性的硅橡膠)可以抵抗燃料和潤滑油的侵蝕,提高汽車零部件的使用性能,降低維護成本。 可用于氟硅橡膠制成的汽車點火線、火花塞保護罩、暖氣和散熱器軟管、消音器襯里、電池連接器和加油泵。 隨著汽車電子電氣化的發展,RTV硅橡膠被廣泛應用于電子零部件及電氣總成件的灌封材料、擋風玻璃、車身周圍的密封、反光板的粘接密封膠等。


(2) 電子電氣行業

電子電氣行業是硅橡膠首先作為絕緣材料使用的領域,需求量很大。硅橡膠主要用于電視機陽極罩、高壓保護罩、高壓引出線、冰箱除霜線、電力或信號傳輸電線電纜等。硅橡膠制成的絕緣子將替代陶瓷制品,廣泛應用于輸電線路,尤其是超高壓線路。導電硅橡膠用于電子計算機、電話等儀器儀表的電氣接觸部件和液晶顯示器的接觸部件。由阻燃、抗輻射硅橡膠制成的電線電纜廣泛用于原子能電站。硅橡膠加熱片和加熱帶用于控制各種精密儀器和輸油管道的工作溫度,在醫療中用作理療熱敷的加熱毯。 RTV硅橡膠可用作防水、防潮、防震的灌封材料。

硅橡膠因其耐熱的去污性能而被廣泛用于洗碗機和洗衣機的密封。 硅橡膠非常適用于咖啡壺、電炸鍋和蒸汽熨斗等電器上的墊圈。 立體聲耳機的耳墊和頭墊采用硅橡膠制成,可消除外界噪音,柔軟舒適。



(3) 航天工業

硅橡膠是航空航天工業中不可缺少的高性能材料。 能承受太空過冷和返回大氣層的灼熱,延長飛機零部件的使用壽命,降低維修成本,減少事故。 主要用于孔封、電連接器、密封開關、防塵防水蓋、墊片、噴氣發動機和液壓裝置的O型密封圈、氧氣面罩、控制膜片、熱風管道和雷達無線減震器。 耐燃硅橡膠適用于涂覆火箭燃料閥、電源電纜和火箭發射井蓋,避免火箭射流燃燒。 RTV硅橡膠可用作氣密密封、窗框密封、防震、防潮灌封材料。


(4) 建筑業

硅橡膠具有良好的耐候性和加工性。 作為一種粘接密封膠,在建筑行業得到了廣泛的應用,超過了其他類型的密封膠。 近年來,開發了一種低模量、高延伸率的雙組份密封膠,用于接縫位移大的混凝土預制件、幕墻等大型構件。 RTV硅橡膠還用于石棉水泥板、浴室磚接縫和衛生間用具的接縫密封。 未來隨著橡膠價格的下降,應用范圍將進一步擴大,如替代瀝青和氯丁橡膠在公路接縫的應用。 高溫硫化硅橡膠海綿條用作建筑物門窗的密封條。


(5) 醫療領域

硅橡膠生物相容性好,對機體反應小,性能穩定,血凝性低。 可經受多次高溫高壓蒸煮,可加工成薄膜、海綿、氣囊等各種形狀的產品。 它是目前醫學上應用最廣泛的材料。


結語

硅橡膠具有優良的耐高低溫、耐臭氧、耐氧、耐光和耐候老化、優良的電絕緣性、特殊的表面性能、生理惰性和高透氣性。 它有廣泛的應用。 但硅橡膠的拉伸強度和撕裂強度較低,耐酸堿性能較差,復雜產品的加工性能也較差。 近年來,世界各國開展了大量的改進研究工作并取得了一些成果。

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