热硫化型硅橡胶可以生胶或混炼胶形式出售，为了适应使用目的，一般配制成具有各种特性的胶料供用户选择，国外各专业公司都有自己的牌号，品种极其繁多。 按不同特性分成下列几大类。 （1）通用型（一般强度型）采用乙烯基硅橡胶与补强剂等组成，硫化胶物理机械性能属中等强度，拉伸强度为4.9～ 6.9MPa（50～70kgf/cm2），伸长率为200～300％，是用量最多、通用性最大的一种类型的胶料。 （2）高强度型 采用乙烯基硅橡胶或低苯基硅橡胶，以比表面积较高的气相白炭黑或经过改性处理的白炭黑作补强剂，并加入适宜的加工助剂和特殊添加剂等综合性配合改进措施，改进交联结构（产生“集中交联”），提高撕裂强度。这种胶料的拉伸强度为7.8～9.81MPa（80～100kgf/cm2），扯断伸长率为500～1000％，撕裂强度为29.4～49kN/m。 （3）耐高温型 采用乙烯基硅橡胶或低苯基硅橡胶，补强剂的种类和耐热添加剂经适当选择，可制得耐300～350℃高温的硅橡胶。 （4）低温型 主要采用低本基硅橡胶，脆性温度达-120℃，在-90℃时不丧失弹性。 （5）低压缩永久变形型 主要采用乙烯基硅橡胶，以乙烯基专用的有机过氧化物作硫化剂；当压缩率为30％肘，在150℃下压缩24～72小时后的压缩永久变形为7.0～15％（普通硅橡胶为20～30％）。 （6）电线、电缆型 主要采用乙烯基硅橡胶，选用电绝缘性能良好的气相白炭黑为补强剂，具有良好的压出工艺性能。 （7）耐油耐溶剂型 主要采用氨硅橡胶，一般分为通用型和高强度型两大类。 （8）阻燃型 采用乙烯基硅橡胶，添加含卤或铂化合物作阻燃剂组成的胶料，具有良好的抗燃性。 （9）导电性硅橡胶 采用乙烯基硅橡胶，以乙炔炭黑或金属粉末作填料，选择高温硫化或加成型硫化方法，可得到体积电阻系数为2.0～102Ω·cm的硅橡胶。 （10）热收缩型 乙烯基硅橡胶中加入具有一定熔融温度或软化温度的热塑性材料，硅橡胶胶料的热收缩率可达35～50％。 （11）不用二段硫化型 采用乙烯基含量较高的乙烯基硅橡胶，通过控制生胶和配合剂的PH值，加入特殊添加剂等制得。据Dow Corning公司资料，胶料可分为高抗撕、低压缩变形以及电线、电缆用等几种。它的硫化胶（一段）之压缩永久变形和普通二段硫化胶的压缩永久变形相似，耐热老化性能亦相同。普通硅橡胶不经二段硫化，压缩永久变形为80～100％，而经二段硫化后降为10～50％（250℃×24h）。 （12）海绵硅橡胶 在乙烯基硅橡胶中加入亚硝基化合物、偶氮和重氮化合物等有机发泡剂，可制得发孔均匀的海绵。 除上述之外，国外尚有导热性硅橡胶、萤光性硅橡胶及医用级混炼胶等品种出售。 随着硅橡胶应用的广泛开发，胶料的品种牌号逐日增加。可是，过多的牌号却造成生产、贮运和销售工作的忙乱，因此，目前有些生产厂已相应的改变为将各种品种归纳成典型的几种基础胶与几种特性添加剂（包括颜料、硫化剂等）出售，使用者根据需要，按一定配方和混合技术分别配伍，即得最终产品。这种方法不但使品种简单明了，而且生产批量大，质量稳定，成本降低，也提高了竞争性。以美国General Electric公司为例，该公司目前热硫化硅橡胶只设有十一个品种的基础胶与五种添加剂，代替原来为数众多的牌号（见表9-8～表9-10） 表9-8 美国General Electric公司十一种基础胶品种和牌号（热硫化型硅橡胶）
二、配 合 与一般的通用橡胶比较，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（如槽法炭黑、某些有机促进剂和防老剂等），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。 （一）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。 （二）硫化剂和硫化机理 1．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。硅橡胶常用硫化剂列于表9-11。 这些过氧化物按其活性高低可以分为二类。一类是通用型，即活性较高，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。这两类过氧化物性能比较如表9-12所示。 除了两类过氧化物的上述一般区别外，每一种过氧化物有其自己的特点。硫化剂BP是模压制品最常用的硫化剂，硫化速度快，生产效率高、但不适宜于厚制品的生产。硫化剂DCBP因其产物不易挥发，硫化时不加压也会产生气泡，特别适宜于压出制品的热空气连续硫化，但它的分解温度低，易引起焦烧，胶料存放时间短。硫化剂BP和DCBP均为结晶状粉末，易爆，为安全操作和宜于分散，通常采用它们分散于硅油或硅橡胶中的膏状体，一般含量为50％。硫化剂DTBP的沸点为110℃，极易挥发。胶料在室温下存放时硫化剂就挥发，最好以分子端为载体的形式使用。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度，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 表9-11 硅橡胶常用硫化剂
①甲基硅橡胶硫化剂BP膏状物用量（膏状物内含硫化剂BP为50%）。 ②乙烯基硅橡胶硫化剂BP膏状物用量（膏状物内含硫化剂BP为50%）。 表9-12 两种不同类型硫化剂的比较
气及其它配合剂的阻化等。对于乙烯基硅橡胶（乙烯基含量0.15mol％）模压制品用胶料来说，各种过氧化物常用范围重量份如下（以100份生胶计）；硫化剂BP 0.5～1；硫化剂DCBP1～2；硫化剂DTBP 1～2；硫化齐DCP 0.5～l；硫化剂DBPMH 0.5～1；硫化剂TBPB 0.5～1。随乙烯基含量增高，过氧化物用量应减少。胶浆、压出制品胶料及胶粘剂用胶料中过氧化物用量应比模压用胶料中的高。某些场合下采用两种过氧化物并用，能减少硫化剂的用量，并可适当降低硫化温度，提高硫化效应。 2．硫化机理 硅橡胶以过氧化物硫化时，过氧化物对硅橡胶的交联是在二个活化的甲基或乙烯基之间通过自由基反应进行的。 二甲基硅橡胶的交联按下列反应式进行 乙烯基硅橡胶的交联按下列反应式进行 由以上反应式可以看到：①过氧化物分解产物大部分不结合到硅橡胶分子链上而残留在胶料中，需要通过二段硫化除去，②在乙烯基硅橡胶的硫化过程中，过氧化物起催化作用，在交联过程中重新生成可继续反应的自由基，最后被各种副反应消耗掉，因此在硅橡胶中引入少量乙烯基可大大提高硫化活性，提高硫化胶的交联效率，减少过氧化物用量。 不同类型的硅橡胶中各种有机基的交联活性如下：乙烯基＞甲基＞氟丙基＞苯基＞γ腈丙基。苯基和γ-腈丙基与过氧化物反应生成的自由基由于活性太低不能进行交联，含多量苯基和γ-腈两基的硅橡胶胶料，必须采用多量的过氧化物或在生胶中提高乙烯基的含量，才能达到良好的硫化效果。 硅橡胶除常用上述过氧化物硫化外，还可用高能射线进行辐射硫化，当生胶中的乙烯基含量较高时（1mol％）或与其它橡胶井用，也可用硫黄硫化，但性能极差，因此没有实际应用。 硅橡胶的辐射硫化也是按游离基反应机理进行的。用CO60同位素作能源（产生γ-射线）进行的试验表明，在与空气中的氧隔绝的水介质中进行辐照时，硫化胶具有最佳辐照剂量为104～105GY；当以（3～5）×104GY的剂量辐照硫化时，硫化胶的撕裂强度、扯断伸长率为用过氧化二异丙苯（硫化剂DCP）硫化胶的1.5倍，耐热老化性能也好。增加辐照剂量至（8～10）×104GY时，硫化胶的高温压缩变形性能有所提高，在辐照剂量为1.3 ×105GY时，硫化胶具有最好的耐寒性。目前辐射硫化已用于压出制品的工业化生产中，例如电线及电缆。 （三）补强剂及相关的机理 未经补强的硅橡胶硫化胶强力很低，只有0.3MPa左右，没有实际的使用价值。采用适当的补强剂可使硅橡胶硫化胶的强度达到3.9～9.8MPa，这对提高硅橡胶的性能，延长制品的使用寿命是极其重要的。硅橡胶补强填充剂的选择要考虑到硅橡胶的高温使用及用过氧化物硫化，特别是有酸碱性的物质对硅橡胶的不利影响。 硅橡胶用补强填充剂按其补强效果的不同可分为补强性填充剂和非补强性填充剂，前者的直径为10～50nm，比表面积为70～400m2/g，补强效果较好；后者为300～10000nm，比表面积在30m2/g以下，补强效果较差。 1．补强填充剂 （1）白炭黑的种类和特性 硅橡胶所用的补强填充剂主要是指合成的二氧化硅，又称白炭黑。白炭黑分为气相白炭黑和沉淀白炭黑。 a.气相白炭黑 气相白炭黑由四氯化硅、氢气和空气的混合物在1000℃以上的高温下燃烧，经捕集在袋中而制成，其反应式为：
气相白炭黑粒子的大小、比表面积、表面性质、结构等与原料气体的比例、燃烧速度、SiO2核在燃烧室中停留时间等因素有关。 气相白炭黑粒子越细，它的比表面积就越大，则补强效果就越好，但操作性能就越差。反之它的粒子粗些，比表面积也小。补强效果就差，但操作性能就要好一些。 气相白炭黑为硅橡胶最常用的补强剂之一，由它补强的胶料其硫化胶的机械强度高，电性能好。气相白炭黑并可与其它补强剂或弱补强剂并用，以制取不同使用要求的胶料。表9-13为美国Cabot公司生产的气相白炭黑品种及规格。 表9-13 美国Cabot公司生产的气相白炭黑品种
目前国内生产气相白炭黑的单位是沈阳化工厂和上海电化厂。沈阳化工厂的气相白炭黑有4个牌号，上海电化厂则只有2个牌号，虽属同一牌号，但在性能指标上也有差异，故在生产应用中应作适当的调整。表9-14为上海电化厂和沈阳化工厂生产的气相白炭黑的牌号和性能． 表9-14 国产气相白炭黑的牌号和性能
①沈阳化工厂采用染料（甲基红）吸附法测定，上海电化厂用酸碱滴定法测定，前者实测值比后者小 b 沉淀白炭黑 沉淀白炭黑是由可溶性硅酸盐进行酸化处理使之成为不溶的SiO2沉淀下来，其反应式如下： Na2SiO3+2HCl SiO2+2NaCl+H2O 沉淀白炭黑的性能受沉淀条件如酸度、温度等的影响。 与用气相白炭黑补强的硅橡胶胶料相比，用沉淀白炭黑补强的胶料机械强度稍低，介电性能，特别是受潮后的介电性能较差，但耐热老化性能较好，混炼胶的成本要低得多。当对制品的机械强度要求不高时，可用沉淀白炭黑或使之与气相白炭黑并用。表9-15为国外气相白炭黑和沉淀白炭黑的商品牌号和制造厂。 国内最早生产沉淀白炭黑的是吉林省通化县第二化工厂，后来上海沪东化工厂和苏州东吴化工厂也相继生产。吉林通化县第二化工厂生产用于硅橡胶胶料的牌号是36-5或通用型；沪东化工厂的则为S-600和S-760，苏州东吴化工厂的是TS-3。各生产厂所制造的白炭黑在性能上有所差异，故在使用时也必须作适当的调整。必须指出，由于沉淀白炭黑所含的水分较高，由它补强的硅橡胶胶料不适于采用热空气连续硫化工艺，否则制品将起泡。表9-16为三个厂生产的沉淀白发黑的牌号和性能。 白炭黑可以通过适宜的化合物对其进行处理而制成一种表面疏水的物质。处理的方法主要有液相法和气相法二种。液相法的条件易于控制，产品质量稳定，处理效果好，但工艺复杂，溶剂需要回收，气相法处理工艺简单，但产品的质量不够稳定，处理效果较差。 用作表面处理剂的物质原则上为能与白炭黑表面的羟基发生作用的物质，有以下几种。 ①醇类 一般用丁醇处理，处理的产品称之谓“脂化”白炭黑。沉淀白炭黑的表面丁醇化处理，美国曾一度生产过，后因耐热性差，已宣布放弃。 表9-15 国外白炭黑牌号和生产厂商
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类 别 | 名称 | 用量，份（重量，以100生胶计） | 硫化胶性能 | |
拉伸强度，MPa (kgf/cm2） | 扯断伸长率，% | |||
补强填充剂 | 气相白炭黑 沉淀白炭黑 处理白炭黑 乙炔炭黑 | 30～60 40～70 40～80 40～60 | 3.9～8.8 (40～90) 2.9～5.9 (30～60) 6.9～13.7 (70～140) 3.9～8.8 (40～60) | 200～600 200～400 400～800 200～350 |
弱补强填充剂 | 硅 藻 土 钛 白 粉 石 英 粉 碳 酸 钙 氧 化 锌 氧 化 铁 | 50～200 50～300 50～150 | 2.9～3.9 (30～60) 1.5～3.4 (15～35) — 2.9～3.9 (30～40) 1.5～3.4 (15～35) 1.5～3.4 (15～35) | 75～200 300～400 — 100～300 100～300 100～300 |
图 9-4 结构化的氢键模型 |
本文发布于:2024-09-22 11:27:13，感谢您对本站的认可！
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