混炼硅胶的配方组成和设计
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一、生胶:
硅橡胶生胶种类有:二甲基硅橡胶(简称甲基硅橡胶)、甲基乙烯基硅橡胶(简称乙烯基硅橡胶)、甲基苯基乙烯基硅橡胶(简称苯基硅橡胶)以及氟硅、腈硅橡胶等。热硫化硅橡胶绝大部分使用的是甲基乙烯基硅橡胶,特别是生胶分子链末端用乙烯基二甲基硅氧烷(乙烯基双封头)链节封端的类型为市场主要产品类型。
市售的乙烯基生胶一般为110甲基乙烯基硅橡胶,按其乙烯基含量不同分为110-1,110-2和110-3三种型号。每种型号按分子量大小又分为A和B两种牌号。
生胶的粘度对于硫化硅橡胶的性能有一定的影响,生胶的粘度越小,分子量越小,(端)乙烯基含量越高。低粘度的乙烯基硅油其乙烯基含量较高,交联点增加,使得交联的密度大,从而可以使硅橡胶的硬度得到提高;而随着生胶粘度的增加,乙烯基含量减少,交联点密度降低,硫化之后的橡胶硬度减小,但趋势渐减慢。
刚开始随着生胶粘度的增加,硅橡胶分子量增大,其分子链增长,分子链缠绕程度增强,硫化后的硅橡胶的撕裂强度、伸长率增加而到峰值;同时分子链缠结程度提高使其相互滑动的可能性减小,硫化后的硅橡胶的撕裂强度、永久变形小幅上升后减小。但当生胶粘度继续增加时,乙烯基含量减少,交联点减少,使得交联的密度降低,从而导致硫化硅橡胶的撕裂强度、伸长率和拉伸强度都下降,最终趋于稳定值。
2、填料:
添加填料可以提高硅橡胶的机械性能,填料用量对硅橡胶的电学性能及机械性能的影响比较大。填料一般为无机物质,主要有白炭黑、二氧化钛、石英粉、高岭土、微粉化的滑石以及沉淀碳酸钙等等。硅橡胶中使用的增强填料主要是白炭黑,包括气相法和沉淀法白炭黑。硅橡胶生胶由于分子间内聚能密度低,硫化胶的拉伸强度只有0.35MPa左右,几乎无使用价值,需要用气相法或沉淀法白炭黑进行补强来提高硫化硅橡胶机械性能。随着白炭黑用量的增加,硫化后的硅橡胶的撕裂和拉伸强度都增加,硬度逐渐增而后减小,而体积电阻率逐渐减小。
由于有机硅化合物本身具有良好的绝缘性,填料的加入会对分子链造成影响,使得硫化后的硅橡胶电阻率下降。但是由于填料有补强效果,从而可以提高硅橡胶的机械性能,使得硅橡胶的硬度提高,不过若填料加入过多,会影响到聚合物分子链间的交联,使得硅橡胶的硬度反而降低。
3、结构控制剂
采用气相白发黑补强的硅橡胶胶料贮放过程中会变硬,降低可塑性,从而逐渐失去加工工艺性能,这种现象称作“结构化”效应。实验表明,胶料的硬化程度与白炭黑的比表面积及白炭黑表面的隔离羟基有关。
究其原因:由于白炭黑粒子的比表面积大且表面含大量Si-OH基(粒子间的凝聚力相当强,容易团聚而使其在硅橡胶生胶中分散困难,不利于补强),活性Si-OH基及其吸附水在常温下与生胶分子末端的硅羟基及残留烷氧基发生缩合反应,某些活性羟基还能与硅橡胶分子链形成氢键型的化学吸附,而形成立体网络结构。
为防止和减弱这种“结构化”倾向而加入的配合剂,称为“结构控制剂”。结构控制剂能防止或延缓结构化作用,是由于这些物质的活性基团与白炭黑表面的活性羟基发生缩合反应,从而防止了白炭黑和生胶之间的作用。
通常可采取处理补强填料白炭黑和混炼时添加结构化控制剂两种方法。但处理白炭黑的成本太高,现在大多采用混炼时添加结构化控制剂就地处理白炭黑的办法。加入适宜的结构化控制剂不仅解决了硅橡胶混炼胶的加工性和贮存稳定性,也可明显改善混炼胶的抗撕、伸长率、流变性等综合性能,而且可以在保证硫化胶的性能的情况下增加填料的用量从而降低成本。
4、脱模剂
分内、外脱模剂。大部分内脱模剂会降低混炼胶的透明度,可在返炼薄通时加入。