氧化硅与氧化铝填充高硬度硅橡胶

科研开发

弹性体,2005 06 25,15(3):28~33

CHINA EL AST OM ERICS

收稿日期:2004-12-26

作者简介:强军锋(1974-),男,陕西咸阳人,讲师,硕士,主要从事有机硅复合材料的研究工作。

氧化硅与氧化铝填充高硬度硅橡胶

强军锋1,井新利2,余竹焕1

(1.西安科技大学,陕西西安710054;2.西安交通大学,陕西西安710049)

摘 要:以Wacker R401/70S 为基础,通过加入气相二氧化硅或氧化铝获得了高硬度的硅橡胶。研究表明,通过加入气相二氧化硅和氧化铝可以由硬度为70(邵尔A)的硅橡胶制得硬度为90(邵尔A)的硅橡胶,为达到同样的硬度前者比后者的用量小得多,但采用后者作填料时具有更好的热稳定性;采用有机硅烷偶联剂可以显著改善高硬度硅橡胶的机械性能和热稳定性,用有机硅烷偶联剂对无机填料进行处理后再加入硅橡胶,比直接将偶联剂加入硅橡胶效果要好;加入氧化铈可以显著改善高硬度硅橡胶的热稳定性。

关键词:硅橡胶;气相二氧化硅;氧化铝;氧化铈;偶联剂;高硬度;热稳定性

中图分类号:T Q 333.93 文献标识码:A 文章编号:1005 3174(2005)03 0028 06

有机硅橡胶的性能优越,在航天航空、电子电气、汽车制造、医疗、整容、婴儿用品等领域广泛应

用。近年来,随着科学技术的迅速发展,硅橡胶的应用领域进一步扩大[1,2],对高硬度( 邵尔A70)硅橡胶的需求与日俱增。目前市售的硅橡胶硬度只有70,远远不能满足使用的要求。随着硅橡胶硬度的增加,硅橡胶的力学性能、耐热性能下降[3,4],当硅橡胶的硬度大于70时,其力学性能、耐热性能下降较多而无法使用或使用寿命很短,这是很不经济的。笔者以Wacker R401/70S 为基础,通过气相二氧化硅与氧化铝的填充获得高硬度硅橡胶(硬度达90),并加入偶联剂、氧化铈等,改善了硅橡胶的力学性能和耐热性能。1 实验部分

1.1 主要原材料

硅橡胶(401/70):德国Wacker 公司;硅橡胶(110-II):晨光化工研究院;过氧化二异丙苯(DCP):国营太仓塑料助剂厂;氧化铁红(S130):上海氧化铁红颜料厂;镉红、镉黄:湖南立发颜料

化工有限公司;氧化铝粉(150 m 、30 m 、15 m 、1 m):中国长城铝业公司水泥厂;气相二氧化硅:沈阳化工股份有限公司;2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、乙烯基三乙氧基硅烷(A -151)、六甲基二硅氮烷:哈尔滨化工研究所;氧化铈:广东西陇化工厂。

1.2 设备与仪器

开放式炼胶机:SK -160B 型,上海橡胶机械厂生产;硫化机:YX(D)-45型,江苏省海门县轻工机械厂生产;鼓风干燥箱:CS101-2A 型,重庆银河试验仪器有限公司生产。

1.3 实验方法

1.3.1 填料的表面处理

依次称取300g 去离子水、50g 无水乙醇、偶联剂(ATS),搅拌下加入浓度为1mol/L 的盐酸,调节pH 值为4~5;加入100g 气相二氧化硅或氧化铝,搅拌15min,放入120 烘箱中,烘干后球磨为粉末。

1.3.2 炼胶

炼胶在SK-160B 型开放式炼胶机上进行,调整始炼辊距3~5mm,放入Wacker R401/70S 塑炼,胶包辊后按顺序加入填料、颜料和硫化剂,调宽辊距,翻割胶料,混炼30m in,辊距调至0.5~1mm 薄通数次,最后打成5~8mm 厚的胶片下机。

1.3.3 硫化

橡胶试样的制备在YX(D)-45型硫化机上进行,硫化工艺参数为:模具温度160 !5 ,

硫化压力(模内)5MPa,成型时间10min/mm。

二段硫化在CS101-2A型鼓风干燥箱中进行,工艺参数为:150处理1h,随后升温至200处理4h。

1.3.4 老化方法

热老化在CS101-2A型鼓风干燥箱中完成,恒温250下保持一定时间,随烘箱冷却至室温。

1.4 性能测试

硫化橡胶的硬度、拉伸强度、撕裂强度和断裂伸长率分别按GB351∀83、GB828∀82测试。

将试样干燥,称重后放入电热烘箱中加热至250开始计时。在规定的时间间隔取出试样,置于干燥器中冷却至室温。然后称重,计算热失

重。计算式:W=G0-G

G0

#100%,式中:W为热

失重率,G为老化后试样的质量,G0为老化前试样的质量。

2 结果与讨论

2.1 气相二氧化硅填充硅橡胶

通过加入气相二氧化硅获得高硬度的硅橡胶是直接而且简便的方法,其组成为Wacker R401/ 70S100份,DCP0.8份,Fe2O33.0份,镉红2.0份,镉黄1.5份,气相二氧化硅14.5份。通过这一途径,可以将Wacker R401/70S的硬度提高到90,但可能导致其它力学性能下降,尤其是热稳定性变差,如图1所示。气相二氧化硅颗粒很小,平均直径为5~20nm,比表面积为200~ 400m2/g[5],因而能在硅橡胶中分散均匀,并和硅橡胶分子产生很强的相互作用,使硅橡胶的模量 和硬度升高;但过多填料的加入又会导致其它力学性能如拉伸强度、撕裂强度和断裂伸长率下降。对于Wacker R401/70S,硫化后硬度为80。再进一步加入气相二氧化硅时,除硬度提高外,其它力学性能均下降,尤其在较高温度(250)下的力学性能衰减较快,这是气相二氧化硅表面存在的大量羟基所引起的[6]。反应机理如下[7]

:

式中:R为CH C或∀H。

这种倾向可以通过在硅橡胶中加入有机硅烷偶联剂得到抑制,如图2所示。ATS分子上的烷氧基可以和气相二氧化硅表面的羟基作用而形成化学结合,ATS分子上的乙烯基又有可能与硅橡胶形成化学键,这样在气相二氧化硅和硅橡胶之间架起∃桥梁%,增加了两者之间的相互作用,增加了橡胶基体与填料粒子间的结合,提高了高硬度硅橡胶的机械性能,同时又消耗了气相二氧化硅表面的羟基,提高了高硬度硅橡胶的热稳定性[8]。AT S 在硅橡胶体系中的作用可通过如下模型来解释:

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第3期强军锋,等.氧化硅与氧化铝填充高硬度硅橡胶