填料对硅酮胶性能的影响

2021-12-23杨育其陈炳耀彭小琴全文高杨永强

化学与粘合 2021年6期

关键词：硅酮白炭黑硅橡胶

杨育其，陈炳耀，彭小琴，全文高，杨永强

（广东三和控股有限公司，广东中山528429）

关键字：气相白炭黑；纳米碳酸钙；硅橡胶

引言

硅橡胶经过快速的发展，已被广泛应用于各个行业中，例如汽车车架装配、机械设备密封及建筑行业门窗和石材的粘接等。硅橡胶以其优异的耐候性、良好的化学稳定性及粘接特性得到了各行业的认可[1]。

经过补强填料的加入（气相白炭黑和纳米碳酸钙），硅橡胶的力学性能往往会得到很大的提高，但是过量使用气相白炭黑，会使胶料结构化严重，操作性变差；纳米碳酸钙的不同含水量会影响硅胶的外观，所以本文主要讨论不同用量的气相白炭黑、不同纳米碳酸钙的水分对单组分脱醇RTV-1 硅橡胶性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验原料

107 胶，黏度20000mPa·s 和黏度80000mPa·s，湖北实兴化工有限公司；纳米碳酸钙，广州腾而焰商贸有限公司；甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、KH550、KH560、二月桂酸二有机锡，湖北新蓝天新材料有限公司；3#白矿油，斯卡兰石油（重庆）有限公司。

1.2 实验仪器及设备

行星搅拌机，QF-5L，东莞市全丰机械有限公司；鼓风干燥箱，101-2，献县鑫龙建筑仪器销售处；电子万能力学试验机，CMT-4104，济南一诺世纪试验仪器有限公司；水分测定仪，北京海天友诚科技有限公司SH10A 型；硬度计,LX-A 上海元菱仪器厂。

1.3 实验步骤

（1）基料的制备

按一定配方，将107 胶和气相白炭黑及纳米碳酸钙投入捏合机中室温捏合10min，再抽真空，待温度升到110℃，再开始计时，搅拌3h，然后降温，得到基料[2]。

（2）硅酮密封胶的制备

在高速分散机中加入定量基料，抽真空5min，再加入白色色浆、20000 mPa·s 107 胶、抽真空使它们混合均匀，之后加入交联剂，搅拌2min 后抽真空搅拌15min，最后加入催化剂和白油，搅拌2min 后抽真空搅拌25min，挤入300mL 空白管密封待用[2]。

1.4 性能表征

（1）表干时间：按照GB/T13477.5-2003 试验。

（2）邵A 硬度：按照GB/T 531.1-2008 用硬度计检测。

（3）拉伸强度和断裂伸长率：按GB/T 528-2009用电子万能试验机测定。

（4）触变性：将胶料挤出于铝膜上，若胶浆呈现圆柱状，表明其触变性较好，若胶浆已经流淌成扁平状则表明触变性较差。

（5）蝴蝶效应：取一张A4 纸大小纸片，在其中间部位打上一堆胶浆，将纸对折并用圆筒轻轻碾压，然后拉开纸片观察胶料中是否有颗粒。通常要求可见颗粒数少于10 个[3]。

（6）水分：称取10.0g 纳米碳酸钙于快速水分测定仪的托盘中，在105℃条件下加热5min，读出快速水分测定仪面板上水分读数即可[4]。

（7）挤出性：按GB/T 13477.3-2017 实验。

2 结果与讨论

2.1 气相白炭黑有无烘烤对硅橡胶性能的影响

表1 气相白炭黑有无烘烤对硅橡胶性能的影响Table 1 The effect of fumed silica and baked fumed silica on the properties of silicone rubber

从表1 中可以看出，无烘烤的气相白炭黑，制得的硅橡胶性能较差，可能的原因是气相白炭黑由于表面含有硅羟基，其吸引力较强，它可以通过与空气中的水分子形成一定作用力的化学键而吸收水分[5,6]，未烘烤的气相白炭黑水分含量过高，导致硅胶表面出现颗粒，以及呈现半固化状态，使其性能受到影响。实验表明气相白炭黑使用前，要经过80℃烘烤，各方面性能更好。

2.2 气相白炭黑添加量对硅橡胶性能的影响

表2 气相白炭黑含量对硅橡胶性能的影响Table 2 The effect of fumed silica content on the properties of silicone rubber

从表2 中可知，未加入气相白炭黑制作出来的硅胶，其拉伸强度和拉断伸长率及硬度比加入气相白炭黑低，因为气相白炭黑作为补强填料，能与硅胶形成物理交联，提高了材料的交联密度[7]，所以添加了气相白炭黑的硅胶比没有添加气相白炭黑的硅胶各方面的性能好。

图1 气相白炭黑的添加量对力学性能的影响Fig. 1 The effect of the amount of fumed silica on the mechanical properties

从图1 中可知，随着气相白炭黑含量的增大，拉伸强度和拉断伸长率呈现先增加后下降的趋势，在添加量为20%时，拉伸强度和拉断伸长率达到最大值。这是因为气相白炭黑加入，易分散在基料中，其与硅橡胶发生了物理交联，提高了材料的交联密度，从而使拉伸强度和拉断伸长率提高，但随着气相白炭黑含量达到一定程度后，气相白炭黑不再易于分散，可能会出现团聚现象，导致硅橡胶拉伸强度和拉断伸长率下降[8]。

从图2 中可知，随着气相白炭黑含量的增多，其胶条的硬度也逐渐增大，这是因为气相白炭黑表面剩余的羟基与硅橡胶结合并形成物理交联，提高了材料的交联密度，从而提高了其硬度。

图2 气相白炭黑含量对硬度的影响Fig. 2 The effect of fumed silica content on the hardness

2.3 不同含量水分的纳米碳酸钙对硅酮胶性能的影响

表3 不同含量水分的纳米碳酸钙对硅酮胶性能的影响Table 3 The effect of nano-calcium carbonate with different water contents on the performance of silicone adhesive

从表3 可看出，随着水分的增大，纳米碳酸钙在硅酮胶体系中的旋转黏度逐渐增大、挤出性逐渐减小，且当样品水分＞0.53，其外观变粗糙，说明纳米碳酸钙产品的含水量对产品外观影响大。这是因为其水份较高时，其表面的羟基增多，胶料会有个相互凝聚的趋势，在基胶作用下形成三维网络，从而使胶料黏度变大，水分含量过高与交联剂等反应会生成颗粒物，从而造成产品分散性变差，出现颗粒[4]。