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解析硅橡胶制品的配合、应用及进展
发布时间:2020-12-17 08:18
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一、加工
(1)计量配合。虽然在配合胶料中已经加入了适当的反应抑制剂,如果存放条件不妥当,仍有可能导致室温下部分橡胶产生硫化。因此,通常都是把胶料分成两个配合组分。一种含有催化剂,另一种含有交联剂,以1∶1配合。
(2)硫化。液态硅橡胶的硫化反应属于加成型一部分在侧链的乙烯基则可能发生与乙烯基硅橡胶类似的交联反应。液态硅橡胶能在高温下以很快的速度进行硫化,而又不致焦烧。液态硅橡胶硫化的最大特点就是高温快速。据DowCorning公司的资料,一个7g制件的多孔模,在连续作业中,整个进模、硫化及出模的时间仅需20~30s,是一般橡胶的所谓快速硫化的1/10~1/20。
(3)注射模压。液态硅橡胶的注射模压既不同于普通硅橡胶,也不同于塑料。与其它橡胶注压相比,在注压前液态硅橡胶不需要塑化,粘度低得多,而硫化极快。与塑料相比,液态硅橡胶的粘度和塑料的“熔融”粘度相近,但它是热固性的,而不是热塑性的。从工艺上看,液态硅橡胶主要应用在注压、挤出和涂覆方面。主要的挤出制品是电线、电缆;涂覆制品是以各种材料为底衬的硅橡胶布或以纺织品补强的薄膜;注压则为各种模型制品。由于其流动性能好,强度高,更适宜制作模具和浇注仿古艺术品。因为硫化中没有交联剂等副产品溢出,生胶的纯度很高且生产过程中洁净卫生,液态硅橡胶尤其适合制造要求高的医用制品。
二、硅橡胶研究的新进展
硅橡胶具有卓越的耐高低温、耐臭氧、耐氧、耐光和耐候老化性能,优良的电绝缘性能,特殊的表面性能和生理惰性以及高透气性,应用范围广泛。但硅橡胶的拉伸强度和撕裂强度偏低,耐酸碱性较差,制造复杂产品时加工工艺性能也较差,近年来世界各国为此进行了许多改进研究工作,并取得了一些成果。
(1)利用有机硅与其它单体或聚合物的共聚(共混),获得了新的聚合(共混)物。例如,有机硅与聚碳酸酯的嵌段共聚物可作为选择性透气膜;有机硅与乙丙橡胶共混物的特性介于硅橡胶与乙丙橡胶之间;将硅橡胶与EVA共混,制得的共混物具有优良的物理性能、电性能、耐高温老化性能和热收缩性,经过适当配合可赋予优良的阻燃性能。利用耐高温的硅橡胶与高拉伸强度的PMMA制造互穿聚合物网格,改善了硅橡胶的强度和PMMA的耐热性,通过合成聚二甲基硅氧烷(PDMS)/聚苯乙烯(PS)互穿聚合物网络,提高了有机硅网络的力学和弹性性能。
(2)通过改进配合技术,研制出高强度、高抗撕裂、低压缩变形等性能良好以及耐高温、耐超低温、阻燃、导热和热收缩硅橡胶等各种专用性强的新品种。纯硅橡胶不具备大多数应用所要求的机械强度,因此需要增强。传统的增强方法是在硅橡胶固化之前加入补强填料,然后进行混炼、硫化等工艺。但耗时、耗能,污染环境,而且难以控制填料在胶料中的分散和聚集的程度。研究表明,沉淀法白炭黑、沉淀法二氧化钛和铁氧体、沸石和氧化铝等填料对硅橡胶有较好的增强作用。
(3)在改善加工性能方面,研制了不需二段硫化的硅橡胶、颗粒硅橡胶(又称粉末橡胶) 以及基于含乙烯基聚硅氧烷和含氢硅氧烷之间的催化加成反应,发展了硅橡胶液体注射成型系统。采用加成型双组分体系,研制成触变性好、施工性能优异和使用方便的腻子型制模硅橡胶。
三、硅橡胶的再生
硅橡胶具有很多优异的性能,但价格较高,因此废胶的再生利用,对节约原材料、降低生产成本具有经济意义。
硅橡胶再生工艺过程包括精选、切块、裂解、精制和配料。即首先将废,胶进行清洗,去除垃圾和杂质,然后进行挑选和分类,切成小块,送往裂解。裂解的方法很多,有机械轧炼裂解、直接蒸汽热裂解、干热裂解和化学裂解等。其中以前两种较为常用和简便,着重介绍如下。(1)机械轧炼裂解。机械轧炼裂解可在普通轧炼机上进行。即将切成小块的废胶放在炼胶机上轧炼,开始时辊距要大些,待胶料包辊后,减小辊距。当扎得较细碎时,即可薄通。待逐渐形成连续带状后,就可下片存放。该法的缺点是采用气相法白炭黑的废胶不易轧碎,轧炼时间长。为了缩短轧炼时间,提高轧炼再生效率和再生胶质量,可在轧炼过程中适当(10%左右)加入沉淀法白炭黑,使软硬不同的胶料轧碎混合,缩短再生时间。(2)直接蒸汽热裂解。直接蒸汽热裂解是将废胶料小块放入压力约0.5MPa(温度150~160℃)的蒸汽硫化罐中处理3~4h。如果废橡胶硬度较高,可适当延长处理时间,但不宜过长,以免废橡胶过度降解,性能变差。经热处理的废橡胶再在炼胶机上充分轧碎,待包辊后再薄通出片。在轧碎时一般可加入少量酒精,使其增加机械摩擦,提高轧炼效率。若遇粘辊可加一些白炭黑或其它无机填料。该法制得的再生胶质量均匀,塑性大,缺点是加工处理时间长,存放后很难返炼。如果在胶料中加入结构控制剂,如二苯基硅二醇或羟基硅油,则较易返炼。
再生胶性能一般比生胶差,拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度和抗压缩永久变形性能均较低,硬度较大。其拉伸强度一般为2.9~3.8 MPa,扯断伸长率为100%~150%。随填料用量增大,硬度增大,扯断伸长率降低。当单用再生胶时,除加入补强剂白炭黑外,还可加入弱补强性填充剂(如二氧化钛或氧化锌50~100份),以降低成本。并应加入适量的硫化剂(比一般生胶增加约1倍),以便使硫化胶保持一定的硬度。当生胶中掺用30%~50%再生胶时,其硫化胶的物理性能变化不大(仅拉伸强度和扯断伸长率稍低),能耐250~300℃的高温老化。再生胶最高掺用量可达70%~80%。再生胶可单独用于制造胶板,不宜单独用作挤出制品。若再生胶经过过滤后与生胶并用,则可用来制造挤出制品。
四、配合
液态硅橡胶的配合非常简单,由生胶、填充剂、交联剂、催化剂、反应抑制剂以及必要的添加剂等组成,现简述如下。
(1)生胶。采用官能度为2(或2以上)的含乙烯基端基的聚硅氧烷,聚合度为1000以上。
(2)填充剂。填充剂主要是采用气相法白炭黑,并以三甲基封端的聚硅氧烷作表面处理剂。经表面处理气相法白炭黑的加入,除用以补强外,还可以增大粘度,这种粘度的增强比较稳定,较少受时间的影响而变化。
(3)交联剂。交联剂实际上是液态硅橡胶双组分中另一组分的主要成分,由氢端基官能度至少为2以上的聚硅氧烷组成,它与乙烯基基团发生加成反应,形成交联结构,而使胶料固化。其用量不能过大,否则其耐热性会降低。
(4)催化剂。催化剂主要为有机铂的络合物,较新的发展是导入含乙烯基的低分子聚硅氧烷的配位化合物,其用量极小。
(5)反应抑制剂。反应抑制剂用于调整活性期,延长贮存稳定性。一般为炔类化合物,也可利用含胺、锡、磷等化合物。
(6)其它的添加剂。其它添加剂包括着色剂、脱模剂等。上述包括生胶在内的各种配合剂都是分成两个组分供应的,使用时将两个组分混合,在一定的条件下硫化成型,这一点与缩合型硫化硅橡胶的制备相同。
五、应用
硅橡胶具有独特的综合性能,尤其是硅橡胶的生物相容性更是一种关键的特性,它已成功地用于其它橡胶用之无效的场合,解决了许多技术问题,满足了现代工业和日常生活的各种需要。与其它橡胶一样,硅橡胶可加工成各种型材、胶管、胶条、胶辊、胶布等制品;室温硫化型硅橡胶可就地大面积施工,使用方便。
(1)汽车工业:硅橡胶在汽车工业中的应用增长速度很快,硅橡胶(特别是具有各种特性的硅橡胶)可耐燃油、润滑油的侵蚀,提高汽车各部件的使用性能,降低维修费用。可用于汽车点火线、火花塞保护罩、加热及散热器用软管、消声器衬里、蓄电池接头以及用氟硅橡胶制的加油泵等。随着车辆电子电气化的发展,室温硫化硅橡胶广泛用于电子零件、电气装配件的灌封料、风挡玻璃、车体四周密封及反射镜等处的粘接密封剂。
(2)电子、电气工业:硅橡胶作为绝缘材料使用最早,需求量较大的一个领域。硅橡胶主要用于电视机阳极罩、高压保护罩、高压引出线、冰箱除霜器电线、功率或讯号传递用电线和电缆等。用硅橡胶制造的绝缘子将替代陶瓷制品广泛用于输电线路,特别是超高压线路。导电硅橡胶用于电子计算机、电话等仪器的电接点件及液晶显示触点件。阻燃和耐辐射硅橡胶制造的电线、电缆广泛用于原子能发电站。硅橡胶加热片、加热带用于控制多种精密仪表和输油管道的工作温度,在医疗上作理疗热敷器用的加热毯。室温硫化型硅橡胶可作为防水、防潮和防震用灌封材料。硅橡胶因具有耐热洗涤液性能,目前已广泛用于洗碗机和洗衣机的泵用密封上。硅橡胶非常适于用作咖啡锅、电气油炸锅和蒸汽熨斗等用具上的垫圈。立体声耳机耳部和头部的衬垫改用硅橡胶,能排除外界杂音,且柔软舒适。
(3)宇航工业:硅橡胶是宇航工业中不可缺少的高性能材料,它能承受太空的超冷和返回大气层的灼热,延长飞机零件寿命,降低检修保养费用,减少意外事故。主要用于飞机机体孔穴密封件、电接头、密封开关、防尘和防水罩、垫圈垫片、喷气式引擎和液压装置的“O”型密封环、氧气面罩、调控膜片、热空气导管和雷达无线减震器等。耐烧灼硅橡胶适用于作火箭燃油阀门、动力源电缆和火箭发射井盖涂层,以免受火箭喷射流的烧灼。室温硫化硅橡胶可作为机体气密性密封、窗框密封和防震、防潮灌封材料。
(4)建筑工业:硅橡胶具有良好的耐候性和施工性,作为粘接密封剂在建筑工业中得到了广泛应用,超过了其它类型的密封剂。近年来,又开发了低模量高伸长型双组分密封剂,它用于接缝移动大的混凝土预制件和幕墙等大型构件。室温硫化硅橡胶还用于石棉水泥板连接处的密封、浴室砖缝和盥洗用具的密封。随着今后橡胶价格的下降,将进一步扩大应用范围,如在公路接缝的应用中替代沥青和氯丁橡胶。高温硫化型硅橡胶海绵条用作建筑物的门窗密封嵌条。
(5)医疗领域:硅橡胶具有良好的生物相容性,对机体反应小,性能稳定,血凝性低,能承受高温高压多次蒸煮,而且能加工成各种形状的制品,如薄膜、海绵、气囊,是目前医学上应用最广的一种材料。
(6)其它领域:除了上述各种应用外,硅橡胶在纺织、印刷、机械、塑料、化学、造纸及食品和化妆等领域的应用也明显增加。典型的产品是用硅橡胶制成的辊筒,用作织物、塑料的热定型、压纹、压延和复印机的定影。硅橡胶薄膜制成的气调窗已用于贮存果品蔬菜。此外,硅橡胶在纺织高温设备以及在碱、次氯酸钠和双氧水浓度较高的设备上作密封材料也取得良好的效果。


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