Al_OH_3准纳米材料在硅橡胶配方中的应用_李俭

第17卷　第4期郑州轻工业学院学报(自然科学版)

V ol.17　N o.4

　2002年12月

JOURNA L OF ZHENG ZHOU INSTIT UTE OF LIGHT INDUSTRY (Natural Science )

Dec.2002

收稿日期:2002-05-29

作者简介:李俭(1963—

),女,河南省新密市人,郑州祥和集团绝缘设备制造有限公司工程师,主要从事橡胶加工工艺研究.

文章编号:1004-1478(2002)04-0028-03

Al (OH )3准纳米材料在硅橡胶配方中的应用

李　俭,　郭慧豪

(郑州祥和集团绝缘设备制造有限公司,河南郑州450048)

摘要:研究了A1(OH )3的粒径,A1(OH )3与滑石粉、偶联剂的用量对胶料综合性能的影响.结果表

明,准纳米A1(OH )3补强效果明显,加入量越大(14010份～22010份)补强效果越好;同时加入A1(OH )3用量510%的K H550作为偶联剂、1010份滑石粉作为填充剂可有效提高胶料的强度性能

和混炼工艺性能,其硫化曲线与常用硅橡胶配方的硫化曲线基本一致,且成本大幅度降低.关键词:硅橡胶;氢氧化铝;纳米材料中图分类号:T Q33 文献标识码:A

0　引言

近年来,硅橡胶以其独特优异的性能而被广泛应用,获得了飞速发展.但硅橡胶自身的强度极低,一般采用白炭黑作为补强填料,白炭黑的价格很高,成本因素在很大程度上限制了其在硅橡胶配方中的应用.由于对应用于高电压领域的硅橡胶材料的阻燃性、耐电弧烧蚀性能有非常高的要求,因此需在常规硅橡胶配方中加入大量的氢氧化铝作为阻燃剂.

硅橡胶主链是由硅和氧组成的长链结构,硅橡胶和白炭黑的补强作用机理在于硅橡胶分子链和白炭黑聚集体表面上的羟基之间能形成物理化学作用,从而使彼此孤立的分子链之间形成物理结晶点,使硅橡胶强度得到很大提高[1].白炭黑的补强作用在于其表面羟基,而且补强效果与羟基个数即聚集体比表面积有直接的联系,也就是说,白炭黑的粒径越小、比表面积越大,其补强效果越好.在元素周期表中,硅和铝位于相邻位置,元素铝和硅在化学性质上表现出很大的相似性,如铝有一定的非金属性,铝的氧化物和氢氧化物都是两性物质,同时氢氧化铝表面也有一定的羟基,因此氢氧化铝对硅橡胶也应有一定的补强作用,但普通氢氧化铝填料由于粒子大其补强效果很微弱[2].近年来纳米材料技术飞速发展,从而也带动了氢氧化铝制造技术的发展,使氢氧化铝的粒子可以造得很细(粒径在准纳米范围内),与白炭黑的粒径相近.因此准纳米氢氧化铝微粉也具有很好的补强效果.

本文通过详尽的实验,研究了氢氧化铝微粉的粒子大小、加入量、偶联剂、特殊填料等在硅橡胶配方中的作用,找出了适宜的配比,使胶料的成本大大降低,具有明显的应用价值.

1　实验

111　原料及仪器设备

原料:110—2甲基乙烯基硅橡胶,四川成都晨光二厂产;K H550,晨光研究院产;氢氧化铝微粉,山西铝厂产;氢氧化铝填料,新乡意达铝厂产;DCP ,上海虹桥化工厂产;MgO (分析纯),海中化工厂产;滑石粉,市售;甲基硅油,四川成都晨光二厂产.

　第4期李　俭等:Al(OH)3准纳米材料在硅橡胶配方中的应用・29・　

仪器:XK—160开炼机;Q LB—D600×600×2平板硫化机;LX—A型硬度计;M M4130B无转子硫化仪; X L—250A拉力试验机;H D—10厚度计.

112　实验方法

11211　工艺路线　先使硅橡胶初步包辊,加入MgO,甲基硅油,滑石粉等用量少的填料,混炼至初步均匀,然后再加入氢氧化铝和K H550混炼均匀后加入DCP硫化剂,再细炼薄通至各种填料充分分散,即可进行硫化. 11212　基本配方　硅橡胶10010份,MgO510份,DCP115份,甲基硅油410份,氢氧化铝14010份～22010份,滑石粉1010份,偶联剂510%(与氢氧化铝用量之比).

2　结果与讨论

211　不同粒径氢氧化铝对硅橡胶补强效果的影响

由实验1#和2#(见表1)的比较可以得出,普通的氢氧化铝几乎没有什么补强效果,但换用粒径在准纳米范围内的氢氧化铝微粉时,补强作用得到很大提高,拉伸强度由016MPa提高到110MPa1可见,只有粒径在一定范围内才有补强效果[3].

212　氢氧化铝用量对硅橡胶补强效果的影响由实验3#,4#,5#(见表2)对比可知,这3个配方中其他填料保持不变,仅改变氢氧化铝微粉用量,当用量从14010份增加至22010份时,其硬度、拉伸强度、撕裂强度都有很大的提高,永久变形也有很大的改善.可见,随补强剂的用量增加,其补强效果增强,这与一般补强材料的规律一致.

　表1　氢氧化铝粒径对硅橡胶补强效果的影响

实验

序号

氢氧化铝

硬度(邵尔)

A

永久变形

/%

拉伸强度

/M P a

撕裂强度

/kN・m-1 1#普通原料40810016117

2#特殊微粉42715110312　表2　氢氧化铝微粉用量对硅橡胶补强效果的影响

实验

序号

微粉用量

/份

硬度(邵尔)

A

永久变形

/%

拉伸强度

/MPa

撕裂强度

/kN・m-1 3#1401040715110312

4#1801045715118615

5#2201053510311715

213　偶联剂K H550用量对硅橡胶补强效果的影响

由于硅橡胶分子链呈现较多的有机特性,而氢氧化铝微粉为无机填料,在硅橡胶混炼胶凝胶体系中,硅橡胶分子链与氢氧化铝聚集体之间仅有较弱的物理作用.为了增强二者之间的结合力,使其由弱的物理作用变为较强的化学作用,需加入偶联剂对其进行改性[4].由实验6#,7#,8#,9#(见表3)可以看出,当K H550用量由0增加到氢氧化铝用量的5%时,强度有较大提高,撕裂强度由711kN/m提高到715kN/m,而拉伸强度由214MPa提高到311MPa,偶联剂的加入增强了硅橡胶高分子网络的结合力,因此K H550在对胶料的改性上,对拉伸强度的提高要比撕裂强度明显.当K H550用量由510%提高到710%时,强度指标几乎不再提高,

当用量达1010%时性能反而呈下降趋势,可见偶联剂的用量以一定份数为宜.

214　滑石粉用量对硅橡胶补强效果的影响

滑石粉为含硅的无机物质,加入滑石粉可以有效提高硅橡胶分子网络的定伸应力,从而使强度得到提高.这可能缘于滑石粉与硅橡胶基体之间由于吸附可形成聚集体.从实验10#,11#,12#,13#(见表4)对比可知,随滑石粉用量的增加,其强度都有一定提高,但当用量增加到2010份时,强度反而有一定程度的下降,硬度有较大的提高.综合比较,滑石粉的用量以1010份为宜.

215　硫化曲线与工艺性能

对上述实验进行硫化曲线分析,结果如图1、图2所示.图中,M L(最小转矩)为未硫化试样的硫化特性(黏度)的测定值;M H(最大转矩)为试件充分硫化

　表3　K H550用量对硅橡胶补强效果的影响

实验

序号

K H550

含量/%

硬度(邵尔)

A

永久变形

/%

拉伸强度

/MPa

撕裂强度

/kN・m-1 6#—53510214711

7#51053510311715

8#71054510219715

9#101054511214713　表4　滑石粉用量对硅橡胶补强效果的影响

实验

序号

滑石粉

用量/份

硬度(邵尔)

A

永久变形

/%

拉伸强度

/MPa

撕裂强度

/kN・m-1 10#—50510219610 11#51050610310617 12#101053510311715 13#201065610218516