硅橡膠種類、配方、生產(chǎn)工藝及用途

硅橡膠種類、配方、生產(chǎn)工藝及用途摘要：硅橡膠是一種兼具無機和有機性質(zhì)的高分子彈性材料,其分子主鏈由硅原子和氧原子交替組成(—Si—O—Si—),側(cè)鏈?zhǔn)桥c硅原子相連接的碳氫或取代碳氫有機基團,這種基團可以是甲基、不飽和乙烯基(摩爾分?jǐn)?shù)一般不超過01005)或其它有機基團,這種低不飽和度的分子結(jié)構(gòu)使硅橡膠具有優(yōu)良的耐熱老化性和耐候老化性,耐紫外線和臭氧侵蝕。分子鏈的柔韌性大,分子鏈之間的相互作用力弱,這些結(jié)構(gòu)特征使硫化膠柔軟而富有彈性,但物理性能較差。關(guān)鍵詞：硅橡膠、熱硫化型橡膠、工藝流程、特性與功能、應(yīng)用與發(fā)展1引言1.1分類硅橡膠按其硫化機理不同可分為熱硫化型、室溫硫化型和加成反應(yīng)型三大類。這里主要介紹熱硫化型橡膠。1.2特性(1)耐高、低溫性在所有橡膠中，硅橡膠的工作溫度范圍最廣闊(-100～350℃)。例如,經(jīng)過適當(dāng)配合的乙烯基硅橡膠或低苯基硅橡膠,經(jīng)250℃數(shù)千小時或300℃數(shù)百小時熱空氣老化后仍能保持彈性;低苯基硅橡膠硫化膠經(jīng)350℃數(shù)十小時熱空氣老化后仍能保持彈性,它的玻璃化溫度為-140℃,其硫化膠在-70～100℃的溫度下仍具有彈性。硅橡膠用于火箭噴管內(nèi)壁防熱涂層時,能耐瞬時數(shù)千度的高溫。(2)耐臭氧老化、耐氧老化、耐光老化和耐候老化性能硅橡膠硫化膠在自由狀態(tài)下置于室外曝曬數(shù)年后，性能無顯著變化。(3)電絕緣性能硅橡膠硫化膠的電絕緣性能在受潮、頻率變化或溫度升高時變化較小,燃燒后生成的二氧化硅仍為絕緣體。此外,硅橡膠分子結(jié)構(gòu)中碳原子少,而且不用炭黑作填料,因此在電弧放電時不易發(fā)生焦燒,在高壓場合使用十分可靠。它的耐電暈性和耐電弧性極好,耐電暈壽命是聚四氟乙烯的1000倍，耐電弧壽命是氟橡膠的20倍。(4)特殊的表面性能和生理惰性硅橡膠的表面能比大多數(shù)有機材料小,具有低吸濕性,長期浸于水中吸水率僅為1%左右,物理性能不下降,防霉性能良好,與許多材料不發(fā)生粘合,可起隔離作用。硅橡膠無味、無毒,對人體無不良影響,與機體組織反應(yīng)輕微,具有優(yōu)良生理惰性和生理老化性。(5)高透氣性硅橡膠和其它高分子材料相比,具有良好的透氣性,室溫下對氮氣、氧氣和空氣的透過量比NR高30～40倍;對氣體滲透具有選擇性,如對二氧化碳透過性為氧氣的5倍左右。 (6)生物醫(yī)學(xué)性能硅橡膠分子結(jié)構(gòu)的特性使它具有優(yōu)良的生物醫(yī)學(xué)性能,大量動物和人體試驗的成功應(yīng)用證明了這一點。2熱硫化型硅橡膠2.2配合熱硫化型硅橡膠的配合劑主要包括補強劑、硫化劑和某些特殊的助劑,一般只需有5～6個組分即可組成實用配方。配方設(shè)計應(yīng)考慮以下幾點:(1)硅橡膠為飽和度高的生膠,通常不能用硫黃硫化,應(yīng)采用有機過氧化物作硫化劑,因此膠料中不得含有能與過氧化物分解產(chǎn)物發(fā)生作用的活性物質(zhì)(如槽法炭黑、某些有機促進劑和防老劑等),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(yīng)在高溫下保持穩(wěn)定,通常選用無機氧化物作為補強劑。(3)硅橡膠在微量酸或堿等化學(xué)試劑的作用下易引起硅氧烷鍵的裂解和重排,導(dǎo)致硅橡膠耐熱性的降低。因此在選用配合劑時必須考慮其酸堿性及過氧化物分解產(chǎn)物的酸性,以免影響硫化膠的性能。2.2.1生膠的選擇對于使用溫度要求一般(-70～250℃)的硅橡膠制品,都可采用乙烯基硅橡膠;當(dāng)對制品的使用溫度要求較高(-90～300℃)時,可采用低苯基硅橡膠;當(dāng)制品要求耐高低溫又需耐燃油或溶劑時,則應(yīng)當(dāng)采用氟硅橡膠。2.2.2硫化劑和硫化機理(1)硫化劑用于熱硫化硅橡膠的硫化劑主要包括有機過氧化物、脂肪族偶氮化合物、無機化合物和高能射線等,其中最常用的是有機過氧化物。這是因為有機過氧化物一般在室溫下比較穩(wěn)定,但在較高的硫化溫度下能迅速分解產(chǎn)生自由基,從而使硅橡膠產(chǎn)生交聯(lián)。硅橡膠常用硫化劑如表3所示。這些過氧化物按其活性高低可以分為兩類:一類是通用型,活性較高,對各種硅橡膠均能起硫化作用;另一類是乙烯基專用型,因其活性較低,僅能夠?qū)蚁┗墓柘鹉z起硫化作用。(2)硫化機理硅橡膠以過氧化物硫化時,過氧化物對硅橡膠的交聯(lián)是在兩個活化的甲基或免相互粘結(jié)。若發(fā)現(xiàn)膠料過軟而不適于擠出時,可在膠料中再混入3～5份氣相法白炭黑。2.3.3壓延壓延機一般采用立式三輥壓延機。用于生產(chǎn)膠片時,中輥是固定的,中輥轉(zhuǎn)速比上輥快,速比為(1.1～1.4)∶1,下輥的轉(zhuǎn)速和中輥相同。當(dāng)壓延機開動時,上輥溫度為50℃,中輥應(yīng)保持為室溫,下輥用冷卻水冷卻。壓延速度一般為60～300cm?min-1,不宜過快,先以低速調(diào)整輥距(中、下輥),以保證一定的壓延厚度,然后再提高至正常速度進行連續(xù)操作。當(dāng)三輥壓延機用于硅橡膠貼膠和擦膠時,織物替代了墊布(聚酯薄膜)在中輥和下輥之間通過。三輥壓延機只適用于單面覆膠,長期生產(chǎn)時應(yīng)采用四輥壓延機。2.3.4涂膠涂膠是指把硅橡膠膠漿用浸漿或刮漿的方法均勻分布在織物上用以改進薄膜制品的強力和屈撓性能,使織物耐潮,以制造耐高溫的電絕緣材料等。(1)膠漿制備供制膠漿用的硅橡膠膠料其硫化劑多采用過氧化二苯甲酰(BP),用量比一般模型制品稍大。補強填充劑若采用氣相法白炭黑,用量不宜超過40份,并適當(dāng)增大結(jié)構(gòu)控制劑的用量,采用甲苯或二甲苯等揮發(fā)性溶劑。(2)織物預(yù)處理硅橡膠涂膠用的底層織物一般采用玻璃布、尼龍和聚酯等。其中玻璃布因具有耐熱性好、強度高和吸濕性低等特點應(yīng)用較多。玻璃纖維在拉絲過程中薄膜涂有石蠟潤滑劑(占織物質(zhì)量的0.2%～0.5%),在硫化溫度下易揮發(fā),影響膠料與織物的結(jié)合,必須在涂膠前進行脫蠟。尼龍和聚酯的熱變形較大,影響橡膠和織物的結(jié)合,為此在涂膠前須進行熱定型,即將織物在一定牽伸下,進行短時間熱處理,尼龍的處理溫度為170～175℃,聚酯處理溫度為215～220℃。(3)涂膠織物經(jīng)預(yù)處理后,還要進行表面膠粘劑處理,然后才可涂膠。膠粘劑是一種由烷氧基硅烷、硼酸酯、硫化劑和溶劑(乙酸乙酯或乙醇)組成的溶液。2.3.5粘合硅橡膠能與很多材料,包括金屬、塑料、陶瓷、纖維、硅橡膠本身以及其它一些橡膠粘合,采用能與硅橡膠本身同時硫化的膠粘劑可使硅橡膠與被涂層之間獲得最好粘合。硅橡膠硫化膠之間的粘合一般采用膠粘劑。常用膠粘劑配方舉例如下:乙烯基硅橡膠100;氣相法白炭黑35;三氧化二鐵5;硼酸正丁酯3;膏狀硫化劑DCBP3。2.3.6硫化硅橡膠硫化工藝不是一次完成,而是分兩個階段進行的,膠料在加壓下(如模壓硫化、硫化罐直接蒸汽硫化等)或常壓下(如熱空氣連續(xù)硫化)進行加熱定型,稱為一段硫化(或定型硫化);在烘箱中高溫硫化,以進一步穩(wěn)定硫化膠各項物理性能,稱為二段硫化(或后硫化)。(1)一段硫化①模型制品硫化。可采用平板硫化、傳遞模壓硫化和注壓硫化。硅橡膠制品硫化時,一般不使用脫模劑,應(yīng)迅速裝料、合模、加壓,否則容易焦燒,特別是含有硫化劑BP和DCBP的膠料。傳遞模壓硫化是一種加工硅橡膠膠料應(yīng)用較廣泛的工藝,與每模單孔的平板硫化比較,其優(yōu)點是加工周期短,并能硫化復(fù)雜的特別是帶有插入物和銷釘?shù)南鹉z件。與注壓硫化比較,設(shè)備成本較低。注壓硫化模制品,可提高勞動生產(chǎn)率,降低勞動強度,同時還可以減小過氧化物的用量,提高制品的抗撕裂性能,改善壓縮永久變形性能,但制品收縮率較大。②擠出制品的硫化?？刹捎谜羝訅毫蚧?、熱空氣連續(xù)硫化、液體硫化槽連續(xù)硫化、鼓式硫化和輻射硫化等方法。前3種方法較常用。(2)二段硫化硅橡膠制品經(jīng)過一段硫化后,有些低分子物質(zhì)存在于硫化膠中,影響制品性能。例如,采用通用型硫化劑(如硫化劑BP或DCBP)的膠料,經(jīng)過一段硫化后,其硫化劑分解的酸性物質(zhì)量,將增大海綿孔的孔度,降低密度;增大硫化劑的用量將縮小海綿孔的孔度,增大密度,產(chǎn)生較厚的孔壁。此外,硫化溫度對海綿的發(fā)孔情況也有很大影響。2.3.7發(fā)泡在硅橡膠膠料中加入發(fā)泡劑,然后在受壓狀態(tài)下加熱硫化使橡膠發(fā)泡,可制得硅橡膠海綿3應(yīng)用硅橡膠具有獨特的綜合性能,尤其是硅橡膠的生物相容性更是一種關(guān)鍵的特性,它已成功地用于其它橡膠用之無效的場合,解決了許多技術(shù)問題,滿足了現(xiàn)代工業(yè)和日常生活的各種需要。與其它橡膠一樣,硅橡膠可加工成各種型材、膠管、膠條、膠輥、膠布等制品;室溫硫化型硅橡膠可就地大面積施工,使用方便。(1)汽車工業(yè)硅橡膠在汽車工業(yè)中的應(yīng)用增長速度很快,硅橡膠(特別是具有各種特性的硅橡膠)可耐燃油、潤滑油的侵蝕,提高汽車各部件的使用性能,降低維修費用。可用于汽車點火線、火花塞保護罩、加熱及散熱器用軟管、消聲器襯里、蓄電池接頭以及用氟硅橡膠制的加油泵等。隨著車輛電子電氣化的發(fā)展,室溫硫化硅橡膠廣泛用于電子零件、電氣裝配件的灌封料、風(fēng)擋玻璃、車體四周密封及反射鏡等處的粘接密封劑。(2)電子、電氣工業(yè)電子、電氣工業(yè)是硅橡膠作為絕緣材料使用最早,需求量較大的一個領(lǐng)域。硅橡膠主要用于電視機陽極罩、高壓保護罩、高壓引出線、冰箱除霜器電線、功率或訊號傳遞用電線和電纜等。用硅橡膠制造的絕緣子將替代陶瓷制品廣泛用于輸電線路,特別是超高壓線路。導(dǎo)電硅橡膠用于電子計算機、電話等儀器的電接點件及液晶顯示觸點件。阻燃和耐輻射硅橡膠制造的電線、電纜廣泛用于原子能發(fā)電站。硅橡膠加熱片、加熱帶用于控制多種精密儀表和輸油管道的工作溫度,在醫(yī)療上作理療熱敷器用的加熱毯。室溫硫化型硅橡膠可作為防水、防潮和防震用灌封材料。硅橡膠因具有耐熱洗滌液性能,目前已廣泛用于洗碗機和洗衣機的泵用密封上。硅橡膠非常適于用作咖啡鍋、電氣油炸鍋和蒸汽熨斗等用具上的墊圈。立體聲耳機耳部和頭部的襯墊改用硅橡膠,能排除外界雜音,且柔軟舒適。(3)宇航工業(yè)硅橡膠是宇航工業(yè)中不可缺少的高性能材料,它能承受太空的超冷和返回大氣層的灼熱,延長飛機零件壽命,降低檢修保養(yǎng)費用,減少意外事故。主要用于飛機機體孔穴密封件、電接頭、密封開關(guān)、防塵和防水罩、墊圈墊片、噴氣式引擎和液壓裝置的“O”型密封環(huán)、氧氣面罩、調(diào)控膜片、熱空氣導(dǎo)管和雷達無線減震器等。耐燒灼硅橡膠適用于作火箭燃油閥門、動力源電纜和火箭發(fā)射井蓋涂層,以免受火箭噴射流的燒灼。室溫硫化硅橡膠可作為機體氣密性密封、窗框密封和防震、防潮灌封材料。(4)建筑工業(yè)硅橡膠具有良好的耐候性和施工性,作為粘接密封劑在建筑工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用,超過了其它類型的密封劑。近年來,又開發(fā)了低模量高伸長型雙組分密封劑,它用于接縫移動大的混凝土預(yù)制件和幕墻等大型構(gòu)件。室溫硫化硅橡膠還用于石棉水泥板連接處的密封、浴室磚縫和盥洗用具的密封。隨著今后橡膠價格的下降,將進一步擴大應(yīng)用范圍,如在公路接縫的應(yīng)用中替代瀝青和氯丁橡膠。高溫硫化型硅橡膠海綿條用作建筑物的門窗密封嵌條。(5)醫(yī)療領(lǐng)域硅橡膠具有良好的生物相容性,對機體反應(yīng)小,性能穩(wěn)定,血凝性低,能承受高溫高壓多次蒸煮,而且能加工成各種形狀的制品,如薄膜、海綿、氣囊,是目前醫(yī)學(xué)上應(yīng)用最廣的一種材料。4結(jié)語硅橡膠具有卓越的耐高低溫、耐臭氧、耐氧、耐光和耐候老化性能,優(yōu)良的電絕緣性能,特殊的表面性能和生理惰性以及高透氣性,應(yīng)用范圍廣泛。但硅橡膠的拉伸強度和撕裂強度偏低,耐酸堿性較差,制造復(fù)雜產(chǎn)品時加工工藝性能也較差,近年來世界各國為此進行了許多改進研究工作,并取得了一些成果。

參考文獻[1]許妃娟,邱祖民,國內(nèi)外特種硅橡膠材料的研究進展[J],彈性體,2009,19(3):60～64.

[2]孫西昌.瓷芯支柱硅橡膠復(fù)合絕緣子[J].有機硅材料2009,23(1):35.

[3]中國西電電氣股份有限公司,一種用于大型注射成型硫化的硅橡膠及其制備方法[P].

CNP:101724272A,2010-06-09.

[4]LIU

Qian.Application

of

nano

–

meter

materials

in

RTV

coating

[J

]

.

New

Chemical

Material

,2004

,32

(19)

:38～46.

[5]Midsun

Group

,Inc.

Eraluating

siliane

high

voltage

insulator

coating[EB/OL].http://www.

/Evaluating%20Coatings%20for%20Flashovers1111.Pdf,2006-09-20.

[6]孫健,施利毅,鐘慶東等.

高電壓絕緣防污閃涂層的研究進展[J].高電壓技術(shù),2007

,33

(17)

: