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矽橡膠配方設計
日期：2024-10-23 04:43
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摘要：
矽橡膠與一般的通用橡膠相比較,所有三大類的矽橡膠的配合組分都比較簡單,熱硫化型也是這樣。除生膠外，配合劑主要包括補強劑、硫化劑及某些特殊的助劑，一般隻需有5～6個組分即可組成實用配方。矽橡膠配方設計應當考慮到以下幾點。
（1）矽橡膠為飽和度高的生膠，通常不能用硫黃硫化，而采用熱硫化。熱硫化是以有機過氧化物作硫化劑的，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)，否則會影響硫化。
（2）矽橡膠製品一般在高溫下使用，其配合劑應在高溫下保持穩(wěn)定，為此，通常選用無機氧...
矽橡膠與一般的通用橡膠相比較,所有三大類的矽橡膠的配合組分都比較簡單,熱硫化型也是這樣。除生膠外，配合劑主要包括補強劑、硫化劑及某些特殊的助劑，一般隻需有5～6個組分即可組成實用配方。矽橡膠配方設計應當考慮到以下幾點。
（1）矽橡膠為飽和度高的生膠，通常不能用硫黃硫化，而采用熱硫化。熱硫化是以有機過氧化物作硫化劑的，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)，否則會影響硫化。
（2）矽橡膠製品一般在高溫下使用，其配合劑應在高溫下保持穩(wěn)定，為此，通常選用無機氧化物作補強劑。
（3）矽橡膠在微量的酸或堿等極性化學試劑的作用下易引起矽氧烷鍵的裂解和重排,導致矽橡膠耐熱性的降低.所以在選用配合劑時必須考慮到它們的酸堿性,同時還應考慮到過氧化物分解產(chǎn)物的酸性,以免影響硫化膠的性能。
（一）生膠的選擇
設計配方時應根據(jù)產(chǎn)品的性能和使用條件，選用具有不同特性的生膠。對一般的矽橡膠製品要求使用溫度在-70℃～250℃範圍內(nèi)，都可采用乙烯基矽橡膠；當製品的使用溫度要求較高時（-90～300℃），可采用低苯基矽橡膠；當製品要求耐高低溫又需耐燃油或溶劑時，則應當采用氟矽橡膠。
（二）硫化劑
用於熱硫化矽橡膠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、高能射線等，其中*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)生遊離基，從而使矽橡膠交聯(lián)。
過氧化物按其活性高低可以分為二類。一類是通用型，即活性高，對各種矽橡膠均能起硫化作用；另一類是乙烯基專用型，即活性較低，僅能對含乙烯基的矽橡膠起硫化作用。
除兩類過氧化物的上述一般區(qū)彆外，每一種過氧化物有其自己的特點。硫化劑BP是模壓製品*常用的硫化劑，硫化速度快，生產(chǎn)效率高、但不適宜於厚製品的生產(chǎn)。硫化劑DCBP因其產(chǎn)物不易揮發(fā)，硫化時不加壓也會產(chǎn)生氣泡，特彆適宜壓出製品的熱空氣連續(xù)硫化，但它的分解溫度低，易引起焦燒，膠料存放時間短。硫化劑BP和DCBP均為結晶狀粉末，易爆，為**操作和宜於分散，通常采用它們分散於矽油或矽橡膠中的膏狀體，一般含量為50%。硫化劑的沸點為110℃極易揮發(fā)。膠料在室溫下存放時硫化劑就揮發(fā)，*好以分子篩為載體的形式使用。硫化劑DTBP不會與空氣或炭黑起反應，可用於製造導電橡膠及模壓操作困難的製品中。硫化劑DBPMH與DTBP類似，但常溫下不揮發(fā)，它的分解產(chǎn)物揮發(fā)性很大，可以縮短二段硫化時間。硫化劑DCP在室溫下不揮發(fā)，具有乙烯基專用型的特點，同時分解產(chǎn)物揮發(fā)性也較低，可以用於外壓小的場合硫化。硫化劑TBPB用於製造海綿製品。
過氧化物的用量受多種因素的影響。例如，生膠品種、填料類型和用量、加工工藝等。一般來說，隻要能達到所需的交聯(lián)，硫化劑應儘量的少。但實際用量要比理論用量高得多，因為必須考慮到多種加工因素的影響，如混煉不均勻，膠料貯存中過氧化物損耗，硫化時空氣及其它配合劑的阻化等。對於乙烯基矽橡膠模壓製品用膠料來說，各種過氧化物常用範圍重量份如下：硫化劑BP0.5～1；硫化劑DCBP1～2；硫化劑DTBP1～2；硫化劑DCP0.5～1；硫化劑DBPMH0.5～1；硫化劑TBPB0.5～1。隨乙烯基含量增高，過氧化物用量應減少。膠漿、壓出製品膠料及膠粘劑用膠料中過氧倫物用量應比模壓用膠料中的高。某些場合下采用兩種過氧化物並用，能減少硫化劑的用量，並可適當降低硫化溫度，提高硫化效應。
（三）補強劑
未經(jīng)補強的矽橡膠硫化膠強力很低，隻有0.3MPa左右，冇有實際的使用價值。采用適當?shù)难a強劑可使矽橡膠硫化膠的強度達到3.9～9.8MPa，這對提高矽橡膠的性能，延長製品的使用壽命是極其重要的。矽橡膠補強填充劑的選擇要考慮到矽橡膠的高溫使用及用過氧化物硫化，特彆是有酸堿性的物質(zhì)對矽橡膠的不利影響。
矽橡膠用補強填充劑按其補強效果的不同可分為補強性填充劑，和非補強性填充劑，前者的直徑為10～50nm，比表麵積為70～400m2/g，補強效果較好；後者為 300～10000nm,比表麵積在30m2/g以下，補強效果較差。
1 補強填充劑
（1）白炭黑的種類和特性，矽橡膠所用的補強填充劑主要是指合成的二氧化矽，又稱白炭黑。白炭黑分為氣相白炭黑和沉澱白炭黑。
氣相白炭黑粒子的大小、比表麵積、表麵性質(zhì)、結構等與原料氣體的比例、燃燒速度、SiO2核在燃燒室中停留時間等因素有關。
氣相白炭黑粒子越細，它的比表麵積就越大，則補強效果就越好，但操作性能就越差。反之它的粒子粗些，比表麵積也小，補強效果就差，但操作性就要好一些。
氣相白炭黑為矽橡膠*常用的補強劑之一，由它補強的膠料其硫化膠的機械強度高，電性能好。氣相白炭黑並可與其它補強劑或弱補強劑並用，以製取不同使用要求的膠料。
b.沉澱白炭黑
沉澱白炭黑的性能受沉澱條件如酸度、溫度等的影響。
與用氣相白炭黑補強的矽橡膠膠料相比，用沉澱白炭黑補強的膠料機械強度稍低，介電性能，特彆是受潮後的介電性能較差，但耐熱老化性能較好，混煉膠的成本要低得多。當對製品的機械強度要求不高時，可用沉澱白炭黑或使之與氣相白炭黑並用。
白炭黑可以通過適宜的化合物對其進行處理而製成一種表麵疏水的物質(zhì)。處理的方法主要有液相法和氣相法二種。液相法的條件易於控製，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，處理效果好，但工藝複雜，溶劑需要回收；氣相法處理工藝簡單，但產(chǎn)品的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，處理效果較差。
用作表麵處理劑的物質(zhì)原則上為能與白炭黑表麵的羥基發(fā)生作用的物質(zhì)，有以下幾種。
1）醇類2）氯矽烷類3）烷氧基矽烷4）六甲基二矽醚5）矽氮烷。
（2）白炭黑的補強機理和表麵化學白炭黑對矽橡膠的補強機理被認為有以下二種。
a.橡膠被填料粒子吸附填料粒子吸附聚合物，使橡膠分子鏈段直接固定在填料粒子的附近或者沿著填料表麵定向或被填料聚集體滯留。
b.橡膠與填料粒子結合填料粒子與聚合物鏈段結合產(chǎn)生有效的交聯(lián)以及聚合物纏結了填料粒子。
基於上述二種作用，使白炭黑對矽橡膠起到補強作用。
白炭黑由於其生產(chǎn)方法不同，其酸堿性是不同的。氣相白炭黑呈酸性，沉澱白炭黑呈堿性。*純的無HCL的氣相法白炭黑的pH值為6，這是由於白炭黑表麵的羥基在水中離解產(chǎn)生了H+所致。pH值低於4.6時,則是由於高溫水解留存下來的HCL引起的。
（3）白炭黑物理化學性能的測定方法
白炭黑的物理化學性能直接反映質(zhì)量情況，因而準確進行測定對不同的使用要**十分重要的。目前國外各廠家的指標不儘相同，但公認的一些重要指標各家都要測定。*重要的指標是：反映其初級結構的指標，如粒徑尺寸和分散度，比表麵積；反映其二次結構的指標，如吸油值等；反映其表麵化學情況的指標，如表麵各種羥基的濃度等。
a粒徑大小和粒徑分布由於生成條件、粒子增長的情況存在差彆，故白炭黑的粒子直徑並不均一，平常所說的粒子直徑，隻具有統(tǒng)計平均的意義。
b比表麵積的測定比表麵積是反映粉料物質(zhì)的外表麵積大小的指標，對於一種多孔隙性的粉料物質(zhì)來說，其比表麵積為孔隙內(nèi)的表麵積和外表麵積之和。
一般來說，粉料物質(zhì)的粒徑與其比表麵積呈反比關係，所以比表積的測定可定性地反映粉體的粒徑大小。由於電子顯微鏡並非所有工業(yè)單位都能具備，粉體的粒徑就無法獲得，因而比表麵積的測定就具有重要的實際應用價值。
c表麵羥基的測定白炭黑的表麵存在著矽醇基團，而白炭黑的許多應用直接與這種基團有關，因此，定量地測定表麵羥基是十分重要的。
白炭黑表麵羥基的則定的數(shù)據(jù)，一般包括總羥基、相鄰羥基、隔離羥基等。後兩種是以Si-OH的形式結合在白炭黑表麵的，統(tǒng)稱為結合羥基；總羥基則是結合羥基與吸附在白炭黑表麵上的水分子中的羥基之和，這幾種羥基數(shù)據(jù)可分彆在不同條件下測定。測定條件為：
1)由白炭黑袋中直接取樣測得的羥基為總羥基量；
2）將白炭黑於110℃下烘乾3小時後測定的羥基為結合羥基；
3）將白炭黑於600℃下烘乾3小時後測定的羥基為隔離羥基；
4）結合羥基和隔離基之差則為相鄰羥基。
d二次結構的測定國外一般認為二次結構的程度直接影響填料的補強行為，所以測定二次結構也很重要。但迄今還冇有一種很好的測定方法，目前應用*廣的方法有二種：一是測定在壓縮下的表觀比容；二是測定吸油值。
2 弱補強填充劑
弱補強填充劑也可稱作惰性填料，對矽橡膠隻起很小的補強作用，它們在矽橡膠中一般不單獨使用，而是與白炭黑作用，以調(diào)節(jié)矽橡膠的硬度，改善膠料的工藝性能和硫化膠的耐油性能及耐溶性能，降低膠料的成本。
常用的弱補強劑有矽藻土、石英粉、氧化鋅、二氧化鈦、矽酸鋯和碳酸鈣等。
