1种单组分高伸长率硅酮密封胶的研究

吉兰平，杨庆红，朱雪锋，徐乔锋，张洪涛

（浙江中天氟硅材料有限公司，浙江 衢州 324000）

1种单组分高伸长率硅酮密封胶的研究

吉兰平，杨庆红，朱雪锋，徐乔锋，张洪涛

（浙江中天氟硅材料有限公司，浙江 衢州 324000）

以107硅橡胶为基础聚合物，采用活性纳米填料补强，在脱醇型交联催化体系下添加扩链剂制备高伸长率RTV-1室温硫化硅酮密封胶，研究对其性能的影响因素。结果表明，采用黏度为50 Pa·s的107硅橡胶，活性纳米钙填料用量、增塑剂用量、交联剂用量分别为107硅橡胶质量的60%～80%、2%～6%、12%时的密封胶贮存前后性能最好，催化剂的用量对密封胶的拉伸性能影响不大，扩链剂A的扩链效果最佳且对断裂伸长率和拉伸强度的影响相对较小。

单组分硅橡胶；高伸长率；扩链剂；交联剂

单组分室温硫化硅橡胶（RTV-1）是通过空气中的湿气固化成弹性体的一类有机硅产品，按缩合时脱除的小分子种类可分为脱醋酸型、脱酮肟型、脱丙酮型、脱酰胺型、脱胺型及脱醇型等几类[1]。硅酮密封胶对绝大多数材料均具有较好的粘接强度和密封性能，并具有良好的耐高低温性能，耐温-45～250℃。

随着有机硅密封胶行业的蓬勃发展，各个应用领域对其性能的要求也越来越高。在一些领域中，除了对硅酮密封胶的耐高低温、粘接性以及密封性等一些基本性能有较高的要求外，还需要有一定的伸长率。例如密封汽车安全气囊拼接，建筑玻璃幕墙密封拼接等。因此，开发具有高伸长率的单组份室温硫化硅酮胶具有一定的实际意义。

本实验采用α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶）为基础聚合物，活性纳米填料补强，对提高密封胶的拉伸强度及断裂伸长率有较好的作用。采用甲基三乙氧基硅烷作为交联剂，钛络合物作为催化剂具有绿色环保的特点，通过调节助剂之间的配比来控制密封胶的表干时间以及其他一些力学性能。采用多种扩链剂在实验中进行对比，扩链剂能使交联体系中分子链的扩展，有利于提高密封胶的力学性能。最终，根据测试结果研究不同助剂的配比以及扩链剂对密封胶伸长率的影响。

1 实验部分

1.1 原材料

107硅橡胶，201甲基硅油，活性纳米钙，甲基三甲氧基硅烷，钛络合物。

1.2 仪器与设备

NHZ-5实验型捏合机，LXXJB-5型行星双搅拌混合机，三辊研磨机，WDW-20型拉力试验机，电子天平。

1.3 RTV-1硅橡胶的制备

将107硅橡胶、201甲基硅油和活性纳米填料按一定的配比加入捏合机中加热，真空脱水，捏合均匀后冷却。通过三辊研磨机研磨后置入双行星搅拌机中，按配比加入交联剂、扩链剂以及钛络合物，混合均匀后出料包装。

1.4 性能测试

性能测试用样品分别装封入塑料筒和金属软管中，经常温存放和热老化处理后测试其硫化性能以及硫化胶性能如表干时间、拉伸强度、断裂伸长率等。常温测试样品存放条件为室温密封24 h；热老化处理操作是将胶样密封置于恒温烘箱中在95℃条件下放置16 h（相当于常温下贮存6个月）。

表干时间按GB/T 13477.5—2002测试，拉伸性能按GB/T 528—2009测试[2-3]。

2 结果与讨论

2.1 107硅橡胶黏度的影响

107硅橡胶黏度的大小与其相对分子质量成正比关系，而107硅橡胶的相对分子质量对密封胶的交联密度与力学性能有着决定性的作用。实验通过控制变量研究了不同黏度的107硅橡胶对密封胶性能的影响，活性纳米钙填料、增塑剂、交联剂、催化剂、扩链剂分别为107硅橡胶比质量的60%、10%、5%、0.8%、%、。结果见表1。

表1 107硅橡胶黏度对密封胶贮存前后拉伸性能的影响Tab 1 Effect of 107 silicone rubber viscosity on the tensile properties of sealant before and after storage

由表1可知，随着107硅橡胶黏度的增大，贮存前后胶的力学性能总体呈上升趋势。因为107硅橡胶黏度增大可以大大提高分子链的柔顺性，在利于应力通过交联点在分子链之间的传递，从而进一步提高了密封胶拉伸强度TS与断裂伸长率Eb。当其107硅橡胶黏度为50 Pa·s时贮存前后拉伸性能最为优异。

2.2 活性纳米钙用量的影响

纳米材料的补强机理首先是纳米粒子物理吸附效应，当填充纳米粒子到达一定量时使胶料的黏度大大增加。在剪切力的作用下有利于纳米粒子团聚体的破坏而改善填料在基体中的均匀分散，与基体的相互作用点增多，交联密度增加，从而提高硅橡胶的力学性能[4-6]。除此之外，活性纳米填料在硅橡胶中分散较好时，粒子之间有很大的界面，相互作用增强，从而产生补强作用[7]。活性纳米钙用量（与107硅橡胶的质量比）对密封胶贮存前后拉伸性能的影响见表2。

由表2可知，随着纳米补强填料的用量不断增加，密封胶的拉伸强度与断裂伸长率也在呈上升走势，活性纳米钙填料为107硅橡胶质量的60%～80%时性能表现最为突出。

2.3 增塑剂用量的影响

通常向体系中添加增塑剂可以提高密封胶的可加工性，并且还有助于提高密封胶的伸长率。但是加入增塑剂之后会出现小分子向材料表面迁移的现象，因此增塑剂的用量应控制在一定范围内。塑剂用量（与107硅橡胶的质量比）对密封胶贮存前后拉伸性能的影响见表3。

表2 活性纳米钙用量对密封胶贮存前后拉伸性能的影响Tab 2 Effect of active nano calcium dosage on the tensile properties of sealant before and after storage

表3 增塑剂用量对密封胶贮存前后拉伸性能的影响Tab 3 Effect of plasticizer dosage on the tensile properties of sealant before and after storage

由表3可知，在添加少量增塑剂的前提下，随着用量的不断增加密封胶的拉伸强度和断裂伸长率呈上升趋势，综合贮存前后的密封胶性能，增塑剂用量适宜选择107硅橡胶质量的2%～6%。

2.4 交联剂用量的影响

交联剂用量对密封胶贮存前后拉伸性能及固化深度h的影响见表4。

表4 交联剂用量对密封胶贮存前后拉伸性能及固化深度的影响Tab4 Effectofcrosslinkingagentdosageonthetensileproperties ofsealantbeforeandafterstorageandonthecuringdepth

由表4可知，随着交联剂量的增加，拉伸强度前期有明显的上升趋势，在用量为12%以后上升缓慢；同时固化深度以及断裂伸长率在不断的下降。其说明在一定范围内添加交联剂的用量可以提高密封胶的力学性能，但是添加过量时，会造成体系交联密度过大伸长率降低，胶表面固化后水汽不易渗入影响固化深度。

2.5 催化剂的影响

催化剂有利于加快反应速度，主要对密封胶的表干时间t、固化深度等性能其决定性作用。催化剂用量对密封胶贮存前后性能的影响见表5。

表5 催化剂用量对密封胶贮存前后性能的影响Tab 5 Effect of catalyst dosage on the propertiesof sealant before and after storage

由表5可知，随着催化剂用量的增加，密封胶的力学性能变化不大，其表干时间在不断缩短，表干速度过快将影响密封胶的使用。因此催化剂的用量应控制在一定范围内，在0.8%时较为合适。

2.6 扩链剂的影响

在体系中添加扩链剂是实现密封胶高伸长率的有效方法之一，扩链剂可以能使交联体系中分子链扩展，改变网络拓扑结构，从而降低交联点疏密程度及分布达到提高伸长率的目的[8]。实验比较了几种扩链剂的对密封胶贮存前后拉伸性能的变化，结果见表6。

表6 不同扩链剂对密封胶贮存前后拉伸强度的影响Tab 6 Effect of different chain extender on the tensile properties of sealant before and after storage

由表6可知，扩链剂A的扩链效果最佳，且贮存前后断裂伸长率和拉伸强度的变化率相对较小，而二甲基二甲氧基硅烷贮存前后力学性能变化最为明显。

3 结论

随着107硅橡胶黏度的增加，密封胶的力学性能也随之提高。采用黏度为50 Pa·s的107硅橡胶贮存前后性能表现优异。

增加一定量的活性纳米钙填料对密封胶的拉伸性能与断裂伸长率都有不同程度提高，用量为107硅橡胶质量的60%～80%时性能最为突出；添加增塑剂有助于胶力学性能的提高，考虑到小分子向材料表面迁移现象，增塑剂用量为107硅橡胶质量的2%～6%为宜；适量增加交联剂用量有利于密封胶拉伸性能的提高，过量使用会影响深层固化，且用量在107硅橡胶质量的12%以后由于交联密度过大，对胶的断裂伸长率产生负影响；催化剂的用量对密封胶的拉伸性能影响不大，主要起到调节密封胶的交联固化速度的作用。

通过对不同扩链剂的扩链效果的比较，发现扩链剂A的贮存前后扩链效果最为优异，其次是干硅烷，二甲基二甲氧基硅烷具有扩链效果但是贮存前后性能差异较为明显。

[1]幸松民,王一路.有机硅合成工艺及产品应用[M].北京:化学工业出版社,2006.

[2]建筑密封材料试验方法第5部分:表干时间的测定:GB/T 13477.5－2002[S].

[3]硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定:GB/T 528－2009[S].

[4]邸明伟,张丽新,何世禹,等.室温硫化硅橡胶的增强改性研究进展[J].中国胶黏剂,2005,14(3):5-7.

[5]罗穗莲,潘慧铭,王跃林.超细碳酸钙表面处理及其在RTV硅橡胶中的应用(2)[J].中国胶黏剂,2005,14(3):5-7.

[6]李伟明,王钰,周庶勤,等.超细碳酸钙补强脱酮肟型RTV-1硅橡胶的制备及性能[J].化学与黏合,2006,28(3):157-160.

[7]杨中文,王强华.单组份脱酮肟型有机硅密封胶的研制[J].有机硅材料及应用,1997(3):7-9.

[8]徐古月,陆纪平,阚新宇.低模量高延伸率高粘接强度有机硅密封材料及其制备方法:CN100376633[P].2008-03-26.

TQ436+.6

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2016.05.012

2016-06-12