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矽橡膠原料分類、硫化原理及工藝

矽橡膠是指主鏈由矽原子和氧原子交替組成,矽原子通常連接兩個有機基團的橡膠。普通矽橡膠主要由含有甲基和少量乙烯基的矽氧鏈節組成。引入苯基可以提高矽橡膠的耐高溫和耐低溫性能,引入三氟丙基和氰基可以提高矽橡膠的耐溫和耐油性能。矽橡膠具有良好的耐低溫性,在-55℃下仍能工作。引入苯基後,可達-73℃。矽橡膠的耐熱性也很突出,在 180℃下可長時間工作,略高於 200℃也能經受數周或更長時間仍有彈性,瞬間耐高溫超過 300℃。矽橡膠的透氣性很好,氧氣透過率在合成高分子材料中是最高的。此外,矽橡膠具有生理惰性、不導致血液凝固的突出特點,因此在醫療領域得到廣泛應用。[1]

矽橡膠分為高溫硫化型(高溫硫化矽膠 HTV)、常溫硫化型(RTV),其中常溫硫化型又分為縮聚反應型和加成反應型。高溫矽橡膠主要用於制造各種矽橡膠制品,而室溫矽橡膠主要用作粘合劑、灌封材料或模具。以熱硫化型用量最大,熱硫化型又分為甲基矽橡膠(MQ)、甲基乙烯基矽橡膠(VMQ,用量和產品牌號最多)、甲基乙烯基苯基矽橡膠 PVMQ(耐低溫、耐輻射),以及其他醒目的矽橡膠、氟矽橡膠等。

高溫硫化矽橡膠

高溫硫化矽橡膠是指將聚矽氧烷轉化為彈性體的過程,是經過高溫(110-170℃)硫化成型的。它主要以高分子量聚甲基乙烯基矽氧烷為生膠,摻入補強填料、硫化劑等,在加熱加壓下硫化成彈性體。矽橡膠的補強劑主要是各種類型的白炭黑,可使硫化橡膠的強度提高數十倍。有時為了降低成本或改善橡膠材料的性能並賦予硫化橡膠各種特殊性能,還要加入相應的添加劑。硫化劑是各種有機過氧化物或加成反應的催化劑。[1]

生膠種類及制備

生膠種類主要有甲基矽橡膠、甲基乙烯基矽橡膠、甲基苯基乙烯基矽橡膠和氟矽橡膠,如圖所示。此外,還可以在主鏈中引入亞苯基。使用最多的是甲基乙烯基矽橡膠生膠。乙烯基是用於交聯的活性基團,它的引入大大提高了過氧化物交聯矽橡膠的交聯效率。幾乎所有商用矽橡膠都含有壹定量的乙烯基。[1]

工業生產矽橡膠主要采用堿催化聚合和酸催化聚合。KOH 和臨時催化劑 [(CH3)4NOH、(n-C4H9)4POH] 使用較多。[1]

加工成型

加工成型方法如圖所示。 壹次硫化的目的是進行聚合物鏈的交聯反應;二次硫化的目的是進行附加交聯,驅除硫化劑的分解產物和其他揮發性化合物,以穩定硫化橡膠的性能。常用的設備有開煉機、捏合機和真空開煉機。[1]

主要性能

(1)高溫性能。矽橡膠的壹個顯著特點就是高溫穩定性,雖然矽橡膠在常溫下的強度只有天然橡膠或某些合成橡膠的壹半,但在 200 ℃ 以上的高溫環境中,矽橡膠仍能保持壹定的柔韌性、回彈性和表面硬度,且機械性能無明顯變化。(2)低溫性能矽橡膠的玻璃化轉變溫度壹般為-70~-50℃,特殊配方可達-100℃,表明其低溫性能優異。這對航空、航天工業具有重要意義。(3)耐候性矽橡膠中的 Si-O-Si 鍵對氧氣、臭氧和紫外線等非常穩定,在不添加任何添加劑的情況下,它具有優異的耐候性。(4) 電氣性能。矽橡膠具有優異的絕緣性能,耐電暈性和耐電弧性也很好。(5) 物理和機械特性。矽橡膠在常溫下的物理機械性能比通用橡膠差,但在 150℃高溫和-50℃低溫下,其物理機械性能優於通用橡膠。(6)耐油和耐化學試劑。普通矽橡膠具有中等的耐油性和耐溶劑性。(7)氣體滲透性。室溫下矽橡膠對空氣、氮氣、氧氣、二氧化碳等氣體的透氣性比天然橡膠高30-50倍。(8) 生理惰性。矽橡膠無毒、無味、無臭,對人體組織無粘性,有抗凝血作用,對肌肉組織的反應性很小。特別適合用作醫用材料。[1]

4 常溫硫化矽橡膠

常溫硫化矽橡膠與高溫硫化矽橡膠的區別主要在於它是以小分子量的聚矽氧烷為基膠,在交聯劑和催化劑的作用下用常溫或稍加加熱即可硫化成彈性體。室溫硫化矽橡膠由基膠、交聯劑、催化劑、填料等組成。從包裝形式上可分為單組分和雙組分兩種。[α、ω-二羥基聚矽氧烷是雙組份和單組份矽橡膠的縮合基膠,市場上通常稱為107膠。[1]

單組分室溫硫化矽橡膠

單組分室溫硫化矽橡膠是縮聚矽橡膠的主要產品之壹。由基膠、填料、交聯劑、催化劑、增塑劑、顏料等組成。基膠為α,ω-二羥基聚矽氧烷。填料起著補強、增容和賦予特殊性能的作用。根據市場需求和產品性能的不同,交聯劑、催化劑和其他填料的種類也很多。典型配方見圖 [1]。

雙組分室溫硫化矽橡膠

雙組分室溫硫化矽橡膠除交聯劑外,其他成分與單組分相同。雙組分室溫硫化矽橡膠常用正矽酸乙酯或聚乙基矽酸鹽作為交聯劑,後者交聯速度高。硫化反應如圖 [1] 所示。

室溫硫化矽橡膠的應用

(1)建築行業。用於玻璃和金屬幕墻的粘接、屋頂嵌入式密封、門窗密封、各種水池、瓷磚的粘接密封。

(2)電子行業。用於電子和電器元件的密封和灌封材料,防潮、抗沖擊、耐溫度驟變和化學品腐蝕。

(3)模具。矽橡膠優異的仿真性和良好的脫模性使其廣泛應用於軟模行業。

(4)汽車、船舶和航空。用作汽車原位成型墊圈、車窗密封條、電子電氣連接器防電暈等。[1]

5 加成型液體矽橡膠

加成型液體矽橡膠主要是以含有乙烯基端的聚二甲基矽氧烷為基膠,以含有二甲基鏈節和甲基氫鏈節的聚甲基矽氧烷為交聯劑,以鉑絡合物為交聯催化劑制成的橡膠材料。橡膠在催化劑的作用下,與室溫或加熱情況下發生加成反應,即可得到網絡結構的矽橡膠。

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