可瓷化硅橡胶的制备与性能
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有机硅分解产生大量的 S iO2 可为残余物瓷化提供
收稿日期: 2010 - 06- 28 基金项目: 江苏省科技厅重点基金资助项目 ( BK 2007724) ; 江苏省无机及其复合新材料重点实验室资助项目; 江苏省研究生科 研创新计划项目
( CX 10B _163Z) 作者简介: 邵海彬 ( 1982 ) , 男, 山东巨野人, 博士, 主要研究方向为新型复合材料; 王庭慰 ( 联系人 ) , 教授, E m ai:l w angtw@ n jut. edu. cn.
拉伸性能按照 GB /T 528 1998 硫化橡胶或 热塑性橡胶拉伸应力 应变性能的测定 进行; 试样 表面及断面形貌分析采用日本电子 光学有限公司 JSM 5900型扫描电镜 ( SEM ) ; 试样的相态分析采用
图 1 玻璃粉用量对硅 橡胶 /玻璃粉体系拉伸性能的影响 F ig. 1 E ffects of the am ount o f g lass on tensile properties o f sili
第 1期
邵海彬等: 可瓷化硅橡胶的制备与性能
49
物质基础, 有机硅分解形成的 SiO2 可覆盖在物体表 面, 起到保护作用, 但其强度太低, 经不起机械冲击, 因此需添加成瓷填料。H anu等 [ 9] 以有机硅为基体, 通过向其中加入无机填料, 改善了瓷 化物的强度。 M ansouri等 [ 10] 以有机硅为基体, 通过向其中添加云 母, 提高了体系瓷化物的强度。H anu等 [ 7 ] 以硅橡胶 为基体, 研究了白云母粒径、取向对高温处理前后力 学性能的影响。M ansouri等 [ 11] 研究 了处理温度对 有机硅复合体系微观结构和化学组成的影响。H a nu等 [ 12] 研究了云母、铁氧化物、玻璃料或其复合物 对有机硅体系热稳定 性和燃烧性能的 影响。M an souri等 [ 6 ] 研究了玻璃料对有机硅 /云母复合体系低 温成瓷 性能的 影响。 T hom son 等 [ 8] 以 有机硅 为基 体, 以氢氧化镁、云母、硼酸锌为填料, 采用传统设备 和方法, 制备了可用作耐火密封条或其他耐火用途 的耐火复合体系。梁喆等 [ 13] 介绍了陶瓷化耐火硅 橡胶在电线电缆中的应用研究。彭小弟等 [ 14] 概述 了一种陶瓷化硅橡胶耐 火电缆的研制。梁喆等 [ 15] 对新型陶瓷化耐火硅橡胶进行了探索性研究。苏柳 梅等 [ 16] 阐述了可瓷化高分子复合防火材料的特性、
存在大量气孔, 导致试样的致密性均较差。
关键词: 硅橡胶; 瓷化; 热冲击; 致密性
中图分类号: TQ333 93
文献标志码: A
文章编号: 1671- 7627( 201来自百度文库) 01- 0048- 04
P reparation and properties of ceram ifying silicone rubber
2 结果与讨论
2 1 玻璃粉用量对拉伸性能的影响 图 1是玻璃粉用量对硅橡胶 /玻璃粉复合体系
拉伸性能的影响。从图 1可以看出: 玻璃粉用量虽 然较 大, 但 拉 伸强 度 并 未大 幅 下 降, 而 是 在 6 ~ 7MP a之间 波动, 这可能是因为玻 璃粉经表面处理 后, 与硅橡胶的结合性增强, 使复合体系的拉伸强度 比较稳定。断裂伸长率随玻璃粉用量的增加逐渐下 降, 因为玻璃粉用量的增加在减少硅橡胶含量的同 时, 增加了结合胶, 使参与变形的分子减少, 限制了 分子的变形, 降低了复合体系的伸长率。
SHAO H a ib in1, ZHANG Q itu1, 2, WU L i1, W ANG T ingw ei1
( 1. College o fM ater ia ls Science and Eng ineer ing, N anjing U n iversity o f T echno logy, N an jing 210009, China; 2. Jiangsu P rov inc ia lK ey Labo ra tory o f N ew M a terials of Ino rganic and its Composites, N an jing U niversity of T echnology, N anjing 210009, Ch ina)
1 实验部分
1 1 原料 硅橡胶混炼胶 ( SR) , 扬中市橡胶塑料厂有限公
司; 低软化点玻璃粉 ( T112), 软化点 450 , 佛山市 南方制釉有限公司; 乙烯基三甲氧基硅烷 ( A 171) , 曲阜市万达化工有限公司。 1 2 试样制备
首先将市售玻璃粉球磨 1 h, 按 A 171与玻璃粉质 量比为 1 100的比例以干法进行表面处理。然后按 配比称取原料, 在双辊开炼机上混炼均匀后下片。然 后在 平 板 硫 化机 中 于 180 、10MP a下 模 压 硫 化 10m in。模压片材经裁剪得到测试试样。 1 3 性能测试
硅橡胶具有优异的性能, 虽自身强度较低, 但通 过补强可 得以 改善 [ 1 ] 。现有 耐火电 缆在 生产、施 工、成本等方面存在诸多问题 [ 2- 5] , 人们一直想开发 一种生产效率高、施工方便、价格低的产品。可瓷化
聚合物的诞生为耐火电缆的制造提供了新的选择,
简化 了 耐 火 电 缆 的 生 产、施 工 工 艺, 降 低 了 成 本 [ 6- 7] 。除用于耐火电缆外, 可瓷化聚合物还可用 作其他耐 火制品 [ 8] 。目前在 可瓷化聚合物 复合材 料的研究工作中, 基材多为有机硅基体。这是因为
防火机制及制备的研究进展。 笔者通过向硅橡胶中添加玻璃粉, 尝试制备可
瓷化硅橡胶, 并研究玻璃粉用量对硅橡胶 /玻璃粉复 合体系拉伸性能、残余物瓷化温度、抗热冲击性、致
密性的影响。
美国热电公司 X TRA 型 X 线衍射仪 ( XRD) 。 瓷化性能测试包括瓷化温度测定、瓷化物抗热
冲击性、致密性测试。 1) 瓷化温度: 将硫化片材裁成约 2 cm 2 5 cm
第 33卷第 1期 2011年 1月
南 京 工 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) JOURNAL O F NAN JING UN IV ERS ITY OF TECHNOLOGY ( N atural Science Ed ition)
do:i 10. 3969/ .j issn. 1671- 7627. 2011. 01. 010
cone rubber / glass
2 2 玻璃粉用量对成瓷温度的影响 图 2是玻璃粉用量对成瓷温度的影响。由图 2
可见: 在达到 40% 之前, 玻璃粉用 量对瓷化温度无 明显影响, 用量为 30% 、35% 、40% 试样的瓷化温度 都是 750 。当用量超过 40% , 瓷化温度随玻璃粉 用量的增加迅速降低。瓷化温度由 40% 时的 750 降低到 45% 时的 700 、50% 时的 600 。这是因 为残余物的低温瓷化是靠玻璃粉的烧结、黏结作用
V o .l 33 N o. 1 Jan. 2011
可瓷化硅橡胶的制备与性能
邵海彬 1, 张其土 1, 2, 吴 丽1, 王庭慰1
( 1. 南京工业大学 材料科学与工程学院, 江苏 南京 210009; 2. 南京工业大学 江苏省无机及其复合新材料重点实验室, 江苏 南京 210009)
摘 要: 以硅橡胶为基材、低软化点玻璃粉为成瓷填料, 采用双辊开炼的方法制备一种可瓷化硅橡胶复合材料。研
Abstract: C eram ify ing silicone rubber was prepared by blend ing silicone rubber and low softening po in t glass frit on a two roll m il.l The effects of the g lass frit on the tensile properties, ceram ify ing tem perature, therm al shock resistance and com pactness w ere investigated. T he e longat ion at break of silicone rubber/ glass decreased from about 180% to 110% w ith g lass increasing, while the tensile streng th w as a little change betw een 6 7M Pa, and ceram ify ing tem perature decreased from 750 to 600 w ith glass increas ing. T herm a l shock resistance could be im proved w ith glass increasing. The scanning e lectron m icroscopy ana lysis show ed that there w ere m any pores in the ceram ic residue, thus result ing in a bad com pactness. K ey w ord s: silicone rubber; ceram ify ing; therm al shock; compactness
的试样, 在设定温度的马弗炉中保温 10 m in, 然后取 出, 根据热冲击结果及其强度判断是否瓷化。
2) 热冲击性: 将同样尺寸的试样, 按照上述同 样的方法进行瓷化处理, 取出后直接放在自来水中, 观察试样是否炸裂, 从而判断其抗热冲击性的好坏。
3) 致密性: 将水滴滴在处理后的试样上, 观察 水的渗透速度, 从而判断试样的致密性。
表 1是玻璃粉用量对瓷化物抗热冲击性的影 响。热处理温度较低时, 各体系试样经热冲击, 容易 粉化。在 700 、玻璃粉用量为 45% 和 50% 时试样 不粉化, 其他仍然粉化。之后到 850 , 各体系试样 均不粉化。但超过 900 后, 试样遇水强度降低、易 碎, 950 时, 试样开始炸裂。这是因为当玻璃粉用 量较少时, 低温时烧结作用较弱, 形成的液相较少, 对 SiO2 的粘结作用较弱, 残余物强度较小而容易粉 化。随着温度的升高, 烧结作用加强, 残余物强度提 高而不再粉化。当温度过高时, 热冲击对瓷化物的 破坏加强, 使之容易炸裂。 2 4 瓷化物的致密性
50
南 京 工 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
第 33卷
图 2 玻璃粉用量对残余物瓷化温度的影响 F ig. 2 E ffects of the am ount of glass on the ceram ifying
tempera ture of the residue
实现的。当用量较少时, 残余物烧结作用不明显; 随 着用量的增加, 残余物烧结作用逐渐增强, 使瓷化温 度快速降低。 2 3 玻璃粉用量对抗热冲击性能的影响
究玻璃粉用量对复合材料拉伸性 能及瓷化性能的影响。结 果表明: 玻 璃粉用 量对复合 体系的 拉伸强 度影响 较小,
在 6~ 7M Pa间波动, 对体系的断裂伸长率 有显 著影 响, 从 约 180% 下 降到 110% ; 玻璃 粉用 量较大 时, 瓷化 温度从
750 迅速下降到 600 ; 玻璃粉用量增加可提高低温瓷化物的抗热冲击 性。扫描电镜 观察结果 表明: 瓷化物内部
将试样处理完毕后从马弗炉中取出, 稍微冷却 后, 将水滴滴在试样上, 根据水渗透试样的速度来评 价试样的致密性。如果水在较短时间 ( 例如 3 m in) 内渗透试样, 则判定为致密性差; 如果水在较长时间 ( 例如 2 h) 内渗透或基本不渗透试样, 则判定为致密 性较好。渗透实验表明: 水在所有试样上均迅速扩 散并很快渗透整个试样, 试样的致密性均较差。这 可能是因为瓷化物内部有大量的气孔, 这些气孔可 能会形成穿过整个试样的内部通路, 此时即使试样 表面只有很少的缺陷 ( 例如裂纹、开孔等 ) 就会使水 很容易渗透试样。 2 5 XRD和扫描电镜测试
收稿日期: 2010 - 06- 28 基金项目: 江苏省科技厅重点基金资助项目 ( BK 2007724) ; 江苏省无机及其复合新材料重点实验室资助项目; 江苏省研究生科 研创新计划项目
( CX 10B _163Z) 作者简介: 邵海彬 ( 1982 ) , 男, 山东巨野人, 博士, 主要研究方向为新型复合材料; 王庭慰 ( 联系人 ) , 教授, E m ai:l w angtw@ n jut. edu. cn.
拉伸性能按照 GB /T 528 1998 硫化橡胶或 热塑性橡胶拉伸应力 应变性能的测定 进行; 试样 表面及断面形貌分析采用日本电子 光学有限公司 JSM 5900型扫描电镜 ( SEM ) ; 试样的相态分析采用
图 1 玻璃粉用量对硅 橡胶 /玻璃粉体系拉伸性能的影响 F ig. 1 E ffects of the am ount o f g lass on tensile properties o f sili
第 1期
邵海彬等: 可瓷化硅橡胶的制备与性能
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物质基础, 有机硅分解形成的 SiO2 可覆盖在物体表 面, 起到保护作用, 但其强度太低, 经不起机械冲击, 因此需添加成瓷填料。H anu等 [ 9] 以有机硅为基体, 通过向其中加入无机填料, 改善了瓷 化物的强度。 M ansouri等 [ 10] 以有机硅为基体, 通过向其中添加云 母, 提高了体系瓷化物的强度。H anu等 [ 7 ] 以硅橡胶 为基体, 研究了白云母粒径、取向对高温处理前后力 学性能的影响。M ansouri等 [ 11] 研究 了处理温度对 有机硅复合体系微观结构和化学组成的影响。H a nu等 [ 12] 研究了云母、铁氧化物、玻璃料或其复合物 对有机硅体系热稳定 性和燃烧性能的 影响。M an souri等 [ 6 ] 研究了玻璃料对有机硅 /云母复合体系低 温成瓷 性能的 影响。 T hom son 等 [ 8] 以 有机硅 为基 体, 以氢氧化镁、云母、硼酸锌为填料, 采用传统设备 和方法, 制备了可用作耐火密封条或其他耐火用途 的耐火复合体系。梁喆等 [ 13] 介绍了陶瓷化耐火硅 橡胶在电线电缆中的应用研究。彭小弟等 [ 14] 概述 了一种陶瓷化硅橡胶耐 火电缆的研制。梁喆等 [ 15] 对新型陶瓷化耐火硅橡胶进行了探索性研究。苏柳 梅等 [ 16] 阐述了可瓷化高分子复合防火材料的特性、
存在大量气孔, 导致试样的致密性均较差。
关键词: 硅橡胶; 瓷化; 热冲击; 致密性
中图分类号: TQ333 93
文献标志码: A
文章编号: 1671- 7627( 201来自百度文库) 01- 0048- 04
P reparation and properties of ceram ifying silicone rubber
2 结果与讨论
2 1 玻璃粉用量对拉伸性能的影响 图 1是玻璃粉用量对硅橡胶 /玻璃粉复合体系
拉伸性能的影响。从图 1可以看出: 玻璃粉用量虽 然较 大, 但 拉 伸强 度 并 未大 幅 下 降, 而 是 在 6 ~ 7MP a之间 波动, 这可能是因为玻 璃粉经表面处理 后, 与硅橡胶的结合性增强, 使复合体系的拉伸强度 比较稳定。断裂伸长率随玻璃粉用量的增加逐渐下 降, 因为玻璃粉用量的增加在减少硅橡胶含量的同 时, 增加了结合胶, 使参与变形的分子减少, 限制了 分子的变形, 降低了复合体系的伸长率。
SHAO H a ib in1, ZHANG Q itu1, 2, WU L i1, W ANG T ingw ei1
( 1. College o fM ater ia ls Science and Eng ineer ing, N anjing U n iversity o f T echno logy, N an jing 210009, China; 2. Jiangsu P rov inc ia lK ey Labo ra tory o f N ew M a terials of Ino rganic and its Composites, N an jing U niversity of T echnology, N anjing 210009, Ch ina)
1 实验部分
1 1 原料 硅橡胶混炼胶 ( SR) , 扬中市橡胶塑料厂有限公
司; 低软化点玻璃粉 ( T112), 软化点 450 , 佛山市 南方制釉有限公司; 乙烯基三甲氧基硅烷 ( A 171) , 曲阜市万达化工有限公司。 1 2 试样制备
首先将市售玻璃粉球磨 1 h, 按 A 171与玻璃粉质 量比为 1 100的比例以干法进行表面处理。然后按 配比称取原料, 在双辊开炼机上混炼均匀后下片。然 后在 平 板 硫 化机 中 于 180 、10MP a下 模 压 硫 化 10m in。模压片材经裁剪得到测试试样。 1 3 性能测试
硅橡胶具有优异的性能, 虽自身强度较低, 但通 过补强可 得以 改善 [ 1 ] 。现有 耐火电 缆在 生产、施 工、成本等方面存在诸多问题 [ 2- 5] , 人们一直想开发 一种生产效率高、施工方便、价格低的产品。可瓷化
聚合物的诞生为耐火电缆的制造提供了新的选择,
简化 了 耐 火 电 缆 的 生 产、施 工 工 艺, 降 低 了 成 本 [ 6- 7] 。除用于耐火电缆外, 可瓷化聚合物还可用 作其他耐 火制品 [ 8] 。目前在 可瓷化聚合物 复合材 料的研究工作中, 基材多为有机硅基体。这是因为
防火机制及制备的研究进展。 笔者通过向硅橡胶中添加玻璃粉, 尝试制备可
瓷化硅橡胶, 并研究玻璃粉用量对硅橡胶 /玻璃粉复 合体系拉伸性能、残余物瓷化温度、抗热冲击性、致
密性的影响。
美国热电公司 X TRA 型 X 线衍射仪 ( XRD) 。 瓷化性能测试包括瓷化温度测定、瓷化物抗热
冲击性、致密性测试。 1) 瓷化温度: 将硫化片材裁成约 2 cm 2 5 cm
第 33卷第 1期 2011年 1月
南 京 工 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) JOURNAL O F NAN JING UN IV ERS ITY OF TECHNOLOGY ( N atural Science Ed ition)
do:i 10. 3969/ .j issn. 1671- 7627. 2011. 01. 010
cone rubber / glass
2 2 玻璃粉用量对成瓷温度的影响 图 2是玻璃粉用量对成瓷温度的影响。由图 2
可见: 在达到 40% 之前, 玻璃粉用 量对瓷化温度无 明显影响, 用量为 30% 、35% 、40% 试样的瓷化温度 都是 750 。当用量超过 40% , 瓷化温度随玻璃粉 用量的增加迅速降低。瓷化温度由 40% 时的 750 降低到 45% 时的 700 、50% 时的 600 。这是因 为残余物的低温瓷化是靠玻璃粉的烧结、黏结作用
V o .l 33 N o. 1 Jan. 2011
可瓷化硅橡胶的制备与性能
邵海彬 1, 张其土 1, 2, 吴 丽1, 王庭慰1
( 1. 南京工业大学 材料科学与工程学院, 江苏 南京 210009; 2. 南京工业大学 江苏省无机及其复合新材料重点实验室, 江苏 南京 210009)
摘 要: 以硅橡胶为基材、低软化点玻璃粉为成瓷填料, 采用双辊开炼的方法制备一种可瓷化硅橡胶复合材料。研
Abstract: C eram ify ing silicone rubber was prepared by blend ing silicone rubber and low softening po in t glass frit on a two roll m il.l The effects of the g lass frit on the tensile properties, ceram ify ing tem perature, therm al shock resistance and com pactness w ere investigated. T he e longat ion at break of silicone rubber/ glass decreased from about 180% to 110% w ith g lass increasing, while the tensile streng th w as a little change betw een 6 7M Pa, and ceram ify ing tem perature decreased from 750 to 600 w ith glass increas ing. T herm a l shock resistance could be im proved w ith glass increasing. The scanning e lectron m icroscopy ana lysis show ed that there w ere m any pores in the ceram ic residue, thus result ing in a bad com pactness. K ey w ord s: silicone rubber; ceram ify ing; therm al shock; compactness
的试样, 在设定温度的马弗炉中保温 10 m in, 然后取 出, 根据热冲击结果及其强度判断是否瓷化。
2) 热冲击性: 将同样尺寸的试样, 按照上述同 样的方法进行瓷化处理, 取出后直接放在自来水中, 观察试样是否炸裂, 从而判断其抗热冲击性的好坏。
3) 致密性: 将水滴滴在处理后的试样上, 观察 水的渗透速度, 从而判断试样的致密性。
表 1是玻璃粉用量对瓷化物抗热冲击性的影 响。热处理温度较低时, 各体系试样经热冲击, 容易 粉化。在 700 、玻璃粉用量为 45% 和 50% 时试样 不粉化, 其他仍然粉化。之后到 850 , 各体系试样 均不粉化。但超过 900 后, 试样遇水强度降低、易 碎, 950 时, 试样开始炸裂。这是因为当玻璃粉用 量较少时, 低温时烧结作用较弱, 形成的液相较少, 对 SiO2 的粘结作用较弱, 残余物强度较小而容易粉 化。随着温度的升高, 烧结作用加强, 残余物强度提 高而不再粉化。当温度过高时, 热冲击对瓷化物的 破坏加强, 使之容易炸裂。 2 4 瓷化物的致密性
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南 京 工 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
第 33卷
图 2 玻璃粉用量对残余物瓷化温度的影响 F ig. 2 E ffects of the am ount of glass on the ceram ifying
tempera ture of the residue
实现的。当用量较少时, 残余物烧结作用不明显; 随 着用量的增加, 残余物烧结作用逐渐增强, 使瓷化温 度快速降低。 2 3 玻璃粉用量对抗热冲击性能的影响
究玻璃粉用量对复合材料拉伸性 能及瓷化性能的影响。结 果表明: 玻 璃粉用 量对复合 体系的 拉伸强 度影响 较小,
在 6~ 7M Pa间波动, 对体系的断裂伸长率 有显 著影 响, 从 约 180% 下 降到 110% ; 玻璃 粉用 量较大 时, 瓷化 温度从
750 迅速下降到 600 ; 玻璃粉用量增加可提高低温瓷化物的抗热冲击 性。扫描电镜 观察结果 表明: 瓷化物内部
将试样处理完毕后从马弗炉中取出, 稍微冷却 后, 将水滴滴在试样上, 根据水渗透试样的速度来评 价试样的致密性。如果水在较短时间 ( 例如 3 m in) 内渗透试样, 则判定为致密性差; 如果水在较长时间 ( 例如 2 h) 内渗透或基本不渗透试样, 则判定为致密 性较好。渗透实验表明: 水在所有试样上均迅速扩 散并很快渗透整个试样, 试样的致密性均较差。这 可能是因为瓷化物内部有大量的气孔, 这些气孔可 能会形成穿过整个试样的内部通路, 此时即使试样 表面只有很少的缺陷 ( 例如裂纹、开孔等 ) 就会使水 很容易渗透试样。 2 5 XRD和扫描电镜测试