硅橡胶的结构特点和优良性能、硅橡胶配方设计
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硅橡胶具有无味无毒,不怕高温和抵御严寒的特点,在三百摄氏度和零下九十摄氏度时"泰然自若"、"面不改色",仍有较好的强度和弹性。硅橡胶还有良好的电绝缘性、耐氧抗老化性、耐光抗老化性以及防霉性、化学稳定性等。自高温硫化的二甲基硅橡胶问世以来,硅橡胶的发展迅猛,使得硅橡胶得到广泛应用。
硅橡胶的结构特点和优良性能
1、分子键能高:
C-C 键能为 348 KJ/mol;Si-O 键能高达444 KJ/mol;而紫外线(300 nm)能量只有400 KJ/mol。分子链呈螺旋形,硅氧烷的键角更大(130°- 160°),分子间作用力小。
2、硅橡胶的独特性能:
优异的耐候性能,耐UV、O2、O3、盐雾等;
表面能低,优异的憎水性及憎水迁移性;
优异的绝缘性能,在宽广的温度及频率范围内,介电性能稳定。抗电弧性和耐漏电性非常好;
耐高温性能好,可在180-200℃连续使用。虽然常温下硅橡胶的强度仅是天然橡胶或某些合成橡胶的一半,但在200℃以上的高温环境下,硅橡胶仍能保持一定的柔韧性、回弹性和表面硬度,且力学性能无明显变化;
弹性好、低温柔顺性好,能在-50℃下使用。硅橡胶的玻璃化温度一般为-70~-50℃,特殊配方可达-100℃,表明其低温性能优异。这对航空、宇航工业用线的意义重大。
阻燃性能好,燃烧时,几乎不释放有毒有害气体;
可做成透明制品,目视便可轻易检测出气泡或杂质等缺陷。
硅橡胶与一般的通用橡胶相比较,所有三大类的硅橡胶的配合组分都比较简单,热硫化型也是这样。除生胶外,配合剂主要包括补强剂、硫化剂及某些特殊的助剂,一般只需有5~6个组分即可组成实用配方。
硅橡胶配方设计应当考虑到以下几点:
(1)硅橡胶为饱和度高的生胶,通常不能用硫黄硫化,而采用热硫化。热硫化是以有机过氧化物作硫化剂的,因此胶料中不得含有能与过氧化物分解产物发生作用的活性物质,否则会影响硫化。
(2)硅橡胶制品一般在高温下使用,其配合剂应在高温下保持稳定,为此,通常选用无机氧化物作补强剂。
(3)硅橡胶在微量的酸或碱等极性化学试剂的作用下易引起硅氧烷键的裂解和重排,导致硅橡胶耐热性的降低.所以在选用配合剂时必须考虑到它们的酸碱性,同时还应考虑到过氧化物分解产物的酸性,以免影响硫化胶的性能。
生胶的选择
设计配方时应根据产品的性能和使用条件,选用具有不同特性的生胶。对一般的硅橡胶制品要求使用温度在-70℃~250℃范围内,都可采用乙烯基硅橡胶;当制品的使用温度要求较高时(-90~300℃),可采用低苯基硅橡胶;当制品要求耐高低温又需耐燃油或溶剂时,则应当采用氟硅橡胶。
硫化剂
用于热硫化硅橡胶的硫化剂主要有有机过氧化物、脂肪族偶氮化合物、无机化合物、高能射线等,其中最常用的是有机过氧化物。这是因为有机过氧化物一般在室温下比较稳定,但在较高的硫化温度下能迅速分解产生游离基,从而使硅橡胶交联。
过氧化物按其活性高低可以分为二类。一类是通用型,即活性高,对各种硅橡胶均能起硫化作用;另一类是乙烯基专用型,即活性较低,仅能对含乙烯基的硅橡胶起硫化作用。
胶料在室温下存放时硫化剂就挥发,最好以分子筛为载体的形式使用。硫化剂DTBP不会与空气或炭黑起反应,可用于制造导电橡胶及模压操作困难的制品中。硫化剂DBPMH与DTBP类似,但常温下不挥发,它的分解产物挥发性很大,可以缩短二段硫化时间。硫化剂DCP在室温下不挥发,具有乙烯基专用型的特点,同时分解产物挥发性也较低,可以用于外压小的场合硫化。硫化剂TBPB用于制造海绵制品。
过氧化物的用量受多种因素的影响。例如,生胶品种、填料类型和用量、加工工艺等。一般来说,只要能达到所需的交联,硫化剂应尽量的少。但实际用量要比理论用量高得多,因为必须考虑到多种加工因素的影响,如混炼不均匀,胶料贮存中过氧化物损耗,硫化时空气及其它配合剂的阻化等。