AEROSIL R 8200 在硅橡胶中的应用

接下来的章节将详细描述 AEROSIL® R 8200 的物理化学特性及 其在单组分,双组分室温硫化（RTV）硅橡胶及液体硅橡胶（LSR） 配方中的一些技术应用特性。
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2．合成二氧化硅 在硅橡胶中应用
合成二氧化硅在聚合物中的补强作用广泛报道于各种出版物中 （见 2－7）。除了提高硫化硅橡胶产品的机械强度，所添加的二 氧化硅经常表现出不期望的增稠作用。比如，在高温硫化（HTV） 硅橡胶应用中出现的“结构性硬化”效果等。有机硅化合物虽然 没有进行交联，但是在很短的几天内就发生了硬化。因此，很难 甚至不可能对它们作进一步的后续加工。在室温硫化（RTV）体 系中，调整增稠作用与增强效果两者之间的平衡关系至关重要。 未交联有机硅化合物的加工比较简单容易, 但是在交联后，聚合 物应具有较高的机械强度。
对于用户来讲，这个工艺还有另外一个优势：整个生产是一个连 续的过程，因此可以确保二氧化硅产品质量波动降到最低程度。
3.2 物理化学特性
通过 3.1 所描述的生产工艺可知，AEROSIL® R 8200 具有所有 AEROSIL®疏水性产品的所有优点。从疏水性能指标之一的碳含 量来看，其含量为 2-4%，高于绝大多数其它类型的疏水性产品。 仅 AEROSIL® R 812S 与它有类似水平的疏水程度。
1.5 13 1.1 510 2.5 44 19.5
AEROSIL® R 104 25.3 165 247
2.0 16 1.1 430 2.2 52 25.4
AEROSIL® R 106 24.7 171 271
2.5 15 1.1 450 2.1 50 27.3
AEROSIL® R 812S 31.7 74 25
% ≤0.003
≤0.01
≤0.01
≤0.01
≤0.01
TiO2
% ≤0.03
≤0.03
≤0.03
≤0.03
≤0.03
HCl
% ≤0.025
≤0.1
≤0.02
≤0.025
表 1：AEROSIL® R 8200 与 AEROSIL® 200，R974，R104，R812S 的物理化学参数比较
≤0.025
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技术简报
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AEROSIL○R R 8200 在硅橡胶中的应用
- 一种特殊的气相法二氧化硅， - 具有优异的补强作用和极低的增稠效果
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1 前言
3
3 2 合成二氧化硅在硅橡胶中的应用
3 AEROSIL® R 8200 的合成及特性
5
3.1 合成
5
3.2 物理化学特性
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4.2 单组分 RTV 硅橡胶 的特性
AEROSIL® R 8200 在单组分 RTV 体系中可以完全体现它的优点 应用于自流平橡胶体系尤其是基于柔性涂层的建筑材料。与其它 产品相比，AEROSIL® R 8200 也显示出非常优秀的流变性能。（见 表 3）
由于具有极低的增稠效果，
2.0 15 1.1 650 2.1 51 28.1
AEROSIL® R 8200 58.0 38 8
1.5 13 0.7 450 2.0 51 23.8
表 3：含 8% AEROSIL® R 8200 和 AEROSIL® R 812S 的单组分 RTV 有机硅密封剂性能以及与 AEROSIL®150， AEROSIL® R 104，AEROSIL® R 106 等产品的比较。 ＊ 等级 1：优秀
在同样条件下的相应粘度将达到几千 Pas。
AEROSIL® R 8200 的低增稠效果保证了其在双组分体系中的高 添加量，而高添加量又保证了硫化物非常强的机械性能。
图 1：双组分 RTV 硅橡胶粘度与填料（AEROSIL® R 8200，AEROSIL®R 812S）添加量的关系。 1-1209-27/Feb06
等级 6：差
在相同添加量下，使用 AEROSIL® R 8200 为补强填料的标准醋酸 类配方的粘度及屈服值均要明显低于其它类型的 AEROSIL®产 品。尽管 AEROSIL® R 8200 具有极低的增稠效果，硫化后产品的 机械性能基本在相同的水平。（见图 3）
通过增加填料的含量至 14%或 20%，配方的流变性能与市售的 有机硅密封剂相当。但是，在完全硫化后，产品的机械性能却可 达到一个很高的程度。（见表 4）
性能
单位
挤出性 粘度（D=10s-1） 屈服值 易分散性（扩展表 面粗糙度） 邵尔 A 硬度 拉伸强度 断裂伸长率 撕裂强度 回弹性 透明度
德固赛公司在提供疏水性二氧化硅方面已经有多年的历史。这类 产品能够明显简化上面所提到的原位处理工艺。例如，经二甲基 二氯硅烷疏水改性处理的 AEROSIL® R 972 产品在 1962 年就已 经上市。自那以后，采用不同硅烷改性的各种 AEROSIL®产品得 到开发并专门用于硅橡胶中。除 AEROSIL® R 812S 外，还必须专 门提一下 AEROSIL® R104 和 AEROSIL® R106，这些产品与 AEROSIL® R 812S 一样，是经过三甲基硅烷基改性而来，具有很 强的疏水性能。与较大的比表面积亲水性产品相比，这些处理过 的疏水性产品对过氧化物交联，缩合交联和加成交联的有机硅化 合物方面非常有效。现在，德固赛公司开始提供新一代的 AEROSIL® R 8200 产品，以满足极其高难度的应用领域的需求。
AEROSIL® R 8200 还具有很高的压实密度（大约 140g/l），明显高 于其它的气相法二氧化硅产品，它们的压实密度大约在 50g/l。 在加工过程中，如果处置得当，AEROSIL®R 8200 可以产生极少 的灰尘。在 AEROSIL® R 8200 添加到聚合物过程中，其压实密度 高还有一个好处就是能够大大地减少添加时间。 基于我们的经 验，这一特点在混合加工中可以明显提高生产率，并且大大地提 高设备的利用率（9），各种详细的参数呈列于表 1。
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粘度
撕裂强度在添加量 15%以上时将迅速增加，这种情况也即所谓的 “锁定效应”。在高添加量下，撕裂强度持续增加但明显逐渐上升。 （见图 2）
机械强度
撕裂强度[N/mm] 粘度[Pa s]
填料添加量 [%]
图 2：添加了不同量 AEROSIL® R 8200 的双组分 RTV 配方流变性 能及机械性能比较。
表 2 列出了分别添加 AEROSIL® R 8200 和 AEROSIL® R 812S 的双 组分室温硫化(RTV)硅橡胶的性能比较。其它类型的 AEROSIL® 产品没有列入表内是因为他们不能直接用于双组分 RTV 硅橡胶 体系中，如果没有进行原位疏水处理它们具有显著的增稠作用。
表 2：分别添加 20% AEROSIL® R 8200 和 AEROSIL®R 812S 的双组 分 RTV 配方性能比较
性能
单位 AEROSIL®
150
挤出率
g/min
25.8
粘度
（D=10s-1）
Pa s
190
屈服值
Pa
409
易分散性
（扩展表面 粗糙度）
等级*
2.0
邵尔 A 硬度
15
拉伸强度
N/mm2
1.2
断裂伸长率
%
510
撕裂强度
N/mm2
2.6
弹性形变
%
46
透明度
21.7
AEROSIL® R 972 30.3 143 190
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4 AEROSIL® R 8200 在不同 硅橡胶体系中的作用
4.1 在双组分室温硫化（RTV） 硅橡胶的特性
双组分体系在很多领域均有应用，比如齿类材料，纪念碑保护以 及在汽车等工业中塑料部件的快速铸模成型。 双组分硅橡胶的 优点是它在室温下就很容易加工, 优异剥离性能和精确的成型 能力是这种硅橡胶的非常重要特性。为此，聚合物的低粘度特性 必须不受填料含量的明显影响，同时，还需保证硫化后的化合物 具有高水平的机械强度。AEROSIL® R 8200 是满足这些需求首选 的疏水性 AEROSIL®产品。
5
4 AEROSIL ® R 8200 在不同硅橡胶体系中的作用
6
4.1 在双组分室温硫化 (RTV-2) 硅橡胶的特性
6
4.2 在单组分室温硫化 (RTV-1) 硅橡胶的特性
8
4.3 在液体硅橡胶 (LSR) 的特性
10
5 实验部分
11
5.1 双组分室温硫化 (RTV-2) 硅橡胶
11
5.2 单组分室温硫化 (RTV-1) 硅橡胶
%
≤1.5
ca.50 ≤0.5
ca.50 -
ca.50 ≤0.5
ca.140 ≤0.5
pH 值（4%水溶液）
3.7-4.7
3.7-4.7
≥4.0
5.5-7.5
≥5.0
碳含量
%
-
0.7-1.3
1.0-2.0
3.0-4.0
2.0-4.0
SiO2
% ≥99.8
≥99.8
≥99.8
≥99.8
≥99.8
Fe2O3
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பைடு நூலகம்
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屈服值[Pa] 粘度[Pa s]
图 3：添加 AEROSIL® R 8200 及其它类型 AEROSIL®产品的单组分 RTV 体系流变性能比较（填料含量为 8%）
表 4： 在单组分 RTV 体系中，AEROSIL® R 8200 不同添加量时的性能比 较。
性能 亲水/疏水性 BET 比表面积
AEROSIL® 200
亲水性
AEROSIL® R 974
AEROSIL® AEROSIL® R 104 R 812S 疏水性
AEROSIL® R 8200
m2/g 200±25
170±20
150±25
220±25
160±25
压实密度
g/l ca.50
干燥失重（105OC，2h）
通过高强度原位疏水改性工艺，“结构性硬化”效应能够被克服， 且补强用的二氧化硅产生的增稠作用可以调整到一个期望的水 平。此种效果是在物料混合阶段采用疏水剂对二氧化硅进行化学 后处理而获得的。在二氧化硅表面的硅羟基基团，可以通过与有 机硅化合物的结合而被封闭， 因而避免了由于氢键形成的多维 网状结构。但是，在这个工艺中缩合反应所形成的副产物必须除 去，否则将会严重影响硫化后化合物的性能。这一必需的处理费 力而且耗时，进一步而言，如果从生态角度考虑，在这个工艺中 还需要对排放气体进行处理。
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3 AEROSIL® R 8200 的合成 及特性
3.1 合成
和 AEROSIL®其它产品一样，AEROSIL® R 8200 是通过 SiCl4(8) 在氧氢焰中水解而来。在这个过程中，会有大量的氯化氢副产物 产生。它可以通过特殊的方法从气相法二氧化硅中除去。这种工 艺的新颖之处在于用三甲基硅烷基团在二氧化硅表面进行密集 的疏水化处理以及通过后续的处理使得二氧化硅的增稠效果降 低到相当低的水平。
图 1 描 述 了 同 为 三 甲 基 硅 烷 改 性 的 AEROSIL® R8200 和 AEROSIL® R 812S 产品添加量与粘度的关系。在 20%添加量下， 使用 AEROSIL® R 812S 的聚合物的粘度是 AEROSIL® R 8200 的 10 倍。对于 AEROSIL®200 或 300 等未经处理的气相法二氧化硅，
在传统的补强用亲水性二氧化硅发展的同时，用于特殊领域的疏 水性产品也随之开发出来。这些产品的疏水特性是用硅烷在亲水 性 AEROSIL®气相法二氧化硅颗粒表面改性而获得的（2,3）。
本技术资料着重介绍 AEROSIL® R 8200，这是一种经过特殊处理 的二氧化硅用以提高硅橡胶的混合效率。为了满足客户的需要， 这种二氧化硅在合成以及疏水性处理步骤之后还进行了一些特 殊的处理。这种产品具有极低的增稠效果，同时保留了其优异的 增强作用。
性能
粘度（混合后） 粘度（7 天后） 邵尔 A 硬度 拉伸强度 断裂伸长率 撕裂强度 回弹性 透明度
单位 Pa s
AEROSIL® R 812S
421
AEROSIL® R 8200
26
Pa s
433
32
46
41
N/mm2
3.9
2.7
%
370
340
N/mm2
25.3
17.5
%
60
63
37.2
28.8
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5.3 液体硅橡胶（LSR）配方
11
6 参考文献
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1. 前言
自从 Rochow(1)在二十世纪四十年代开发出聚硅氧烷体系以来， 合成二氧化硅一直作为补强填料应用于有机硅橡胶工业。特别是 采用 AEROSIL®工艺合成的气相法二氧化硅，对于硅橡胶的成功 发展起了非常重大的作用。