硅橡胶性能及其研究进展

【摘要】近年来，我国的工业水平不断提高。硅橡胶在工业生产中发展成为一种重要的材料，对它的性能研究具有十分重要的意义，同时对促进材料的利用和工业的发展有一定作用。笔者在本文中针对110和107两种硅橡胶的性能进行分析研究。

【关键字】硅橡胶、性能研究、研究进展

中图分类号：A715文献标识码： A

一、前言

硅橡胶的分子主链是通过重复转换硅原子和氧原子的排列而成链的，对它性能的研究有助于提高产品的质量水平，找准应用领域，为相应的医疗领域、军事领域做出更大的贡献。

二、硅橡胶基本情况

1、基本结构

像丁腈橡胶(NBR)、丁苯橡胶(SBR)、异戊二烯橡胶(IR)和天然橡胶(NR)等碳-碳键的聚合物，其分子链上存在不饱和键，但硅橡胶是通过重复转换硅原子和氧原子的排列而成链的，在其主链上没有不饱和键。对有机聚合物来讲，不饱和键是其硫化的化学活性区域，并且该区域会由于紫外线、臭氧、光照和热量的作用而降解。

硅-氧键的高键能，完全饱和的基本结构以及过氧化物硫化是保持硅橡胶良好耐热和耐天候性能的关键所在。除了更高的键能，对于碳原子而言，更大的硅原子也提供了更大的自由空间，使硅橡胶玻璃化温度低，透气性能更好。由于应用上的不同，透气性能可能是优点亦有可能是缺点。

2、硅橡胶的合成

硅橡胶合成的简要过程是：砂石或二氧化硅还原为单体硅于300℃左右温度下，以铜作催化剂，硅与甲基氯化物相互作用形成甲基氯化硅的混合物(一元、二元或三元)通过蒸馏分离出二甲基氯化硅二甲基氯化硅水解成硅烷又迅速合成为线型或环型硅氧烷线型硅氧烷在氢氧化钾(KOH)的帮助下，形成四元双甲基环状体(D4)在KOH存在下，D4聚合，链终止导致过程的完成。

3、硅氧烷的硫化

硅氧烷一般使用过氧化物硫化，以优化其耐高温能力。硅氧烷中含的乙烯基可被硫黄硫化，但硫键的低热敏性导致硅橡胶的热稳定性能容易受到破坏。

铂硫化体系也是硅橡胶硫化常用的，带来的性能包括：低挥发性、紧密的表面硫化、在任何介质中的超快硫化，铂硫化体系具有比传统过氧化硫化对应物略低的热稳定性能。

三、107硅橡胶和110硅橡胶的性能简介

硅橡胶是一种主链为硅氧烷结构的高分子量线型弹性聚合物。硅橡胶可分为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、氟硅橡胶、腈硅橡胶和硼硅橡胶等。硅橡胶特点是耐高温性能优良（-115～300℃）。

110胶（甲基乙烯基硅橡胶）是可燃、无色透明、无毒、无臭的胶状物。分子量从45万到85万不等，可完全溶于甲苯。生胶中加入适量的补强剂、结构控制剂和硫化剂(或催化剂及交联剂)，经混炼就制成混炼胶。如果在混炼胶中加入一些其他助剂，还可使硫化胶具有许多新的特性。107胶（室温硫化硅橡胶）是无色透明或乳白色半透明粘稠液体，可燃。粘度2000～120000mpa•s，生胶中加入适量的硫化剂(或催化剂及交联剂)，在室温下就可以硫化成交联的硅橡胶。它是DMC在KOH催化剂作用下聚合、然后加水降解生成端基有一个羟基的聚二甲基硅氧，最后脱出低分子物后即为107硅橡胶。由于107胶具有价格较低、使用方便等特点，广泛用于建筑工程，可用作建筑胶黏剂及各种内外墙涂料、地面涂料的基料。

110硅橡胶耐高、低温性，可在-50~250℃下长期工作，防潮、电绝缘性，耐电弧，电晕性，耐老化、耐臭氧性，表面不粘性和憎水性，压缩变形小，耐饱和蒸汽性。

1、力学性能

硅橡胶分子间作用力小、易滑移,冷态下可慢速流动,其拉伸强度和撕裂强度都很低,纯硅橡胶硫化胶的拉伸强度只有0.35MPa左右,补强后才有实用价值。硅橡胶的拉伸强度、撕裂强度和拉断伸长率会随工作温度的升高而均呈下降趋势,且温度越高趋势越加明显。硅橡胶的补强通常采用机械混合法,将补强填料加入到聚合物体系中,填料表面的硅醇基与聚合物分子通过氢键相结合,起到补强作用;然而对硅橡胶最具补强效果的气相法白炭黑极易集聚,颗粒难以均匀分散,在具有较高相对分子质量的聚二甲基硅氧烷基体中,白炭黑颗粒的分散更加困难,极易导致宏观相物质的分离现象发生,影响硅橡胶的力学性能和耐热性能。

2、耐氧化性

硅橡胶在高温下的老化性能与其分子结构和环境条件密切相关，通常硅橡胶在高温下发生主链降解和侧基氧化反应。端基为硅羟基（Si―OH）的硅橡胶的主链断裂主要以解扣降解方式进行，同时也有无规断裂降解方式存在；而端基为乙烯基（Si―CC）的甲基硅橡胶可以采用无规断裂方式降解，也可按残余催化剂参与解扣的方式降解。

3、耐寒性

硅橡胶具有优异的耐寒性。硅橡胶的耐低温性与其玻璃化转变温度和低温结晶性有关。硅橡胶的玻璃化转变温度取决于聚硅氧烷大分子链中有机基团的属性,特别是其体积和内聚能。由于硅橡胶具有低温结晶性,一般硅橡胶在-30℃时力学性能会发生变化,且随温度的降低力学性能有所下降。改善硅橡胶的耐寒性可通过共聚改性法来实现,在聚二甲基硅氧烷分子链上引入大体积基团和适当改性链节来调节硅橡胶的玻璃化温度,有效地抑制了结晶过程,提高了耐低温性能。乙基硅橡胶除了一般甲基硅橡胶所具有的特殊性能外,还具有耐超低温性能,乙基硅橡胶中硅氧烷链节摩尔分数为30%时不出现结晶,耐超低温性能优异。

4、耐温性

一般高分子合成材料大多是以碳-碳（C-C）键为主链结构，而有机硅产品是以硅-氧键（Si-O）键为主链结构。硅-氧键的键能504KJ/mol比碳-碳键的键能345KJ/mol要高出很多，所以有机硅材料的热稳定性较其它高分子材料高，使用温度＞180℃，有些硅树脂使用温度高达500℃以上。燃烧时生成不燃的二氧化硅而自熄，释放出二氧化碳和水，毒性很低。有机硅材料既可以耐高温，也可以耐低温（通常情况下为-60℃）。更可贵的是其化学性能和物理机械性能随温度变化很小，这与有机硅材料分子易挠曲的螺旋状结构有关。螺旋结构的伸展消除了分子间距离的变化，使分子间平均距离只受温度变化的轻微影响，因此各项性能基本无太大变化。

5、耐候性

有机硅材料的主链为－Si（R）2－O－Si（R）2－，无双键存在，因此不易被紫外光和臭氧所分解。硅-氧键的键长大约是碳-碳键键长的1.5倍，因此相比其它高分子合成材料有机硅材料具有更好的耐候性和耐辐照能力。

四、硅橡胶的研究进展

110胶粘剂于2O世纪8O年代由日本钟渊公司开发。它是结合了聚醚和有机硅特色而开发出来的新型弹性胶粘剂，近来发展迅速。这类弹性胶粘剂主链结构是聚醚，二端基由多官能团的烷氧基硅烷封端，室温可以硫化成弹性体，硫化机理与单组分室温硫化硅橡胶相同。即利用端基多官能团烷氧基硅烷的可水解性同空气中潮气反应，完成硫化。110胶粘剂的主体材料是硅烷封端聚醚，它是由高饱和度和相对高分子质量的端烯丙基聚氧化丙烯经氢化硅烷在铂催化剂催化下制得，通过填料和配合剂的组合，胶粘剂可获得各种有用的性能。110胶粘剂具有粘度低、耐候性能优良、模量低、回弹性好、粘接面广泛、对环境友好的特点，另外还具有本身不易污染、上漆性良好和储存稳定的优点；适合于建筑领域作为粘合剂和密封剂使用。在伸缩等高位移场合使用也是适宜的。日本的建筑密封胶消耗量中这种110胶粘剂用量约占35.1％。高于有机硅和聚氨酯。除此之外，在汽车和运输领域也有较大的市场。

五、结束语

硅橡胶不仅具有笔者在本文中介绍的耐寒性、力学性能、耐氧化性能、耐温性、耐候性，与此同时还具有耐热性，阻燃性等多种性能。在挑选硅橡胶材料时，一定要根据具体需要选择性能合适，性价比高的材料，从而满足人们不同的需求。对于笔者在本文中没有研究到的硅橡胶性能，可以在今后继续研究和探讨。

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