聚異丁烯改性硅橡膠的耐介質(zhì)性能研究

趙 瑞， 王翠花， 張虎極

（湖北回天膠業(yè)股份有限公司，湖北 襄陽 441003）

聚異丁烯改性硅橡膠的耐介質(zhì)性能研究

趙 瑞， 王翠花， 張虎極

（湖北回天膠業(yè)股份有限公司，湖北 襄陽 441003）

聚異丁烯（PIB）具有優(yōu)異的耐介質(zhì)性能，作為化工添加劑被廣泛應(yīng)用于各種化工材料，將聚異丁烯應(yīng)用于膠黏劑及密封膠可有效穩(wěn)定黏度，降低黏溫性；同時促進(jìn)粘接，提高耐介質(zhì)性能，增加低溫下的柔韌性。研究了4種不同的聚異丁烯在單組分室溫硫化硅橡膠（RTV-1）中的應(yīng)用。通過在RTV-1中添加不同相對分子質(zhì)量的PIB，重點(diǎn)考查PIB對于RTV-1拉伸強(qiáng)度、伸長率及耐介質(zhì)老化性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加PIB所制得的RTV-1拉伸強(qiáng)度可達(dá)2MPa，伸長率370%左右，同時耐機(jī)油、耐水性、耐熱氧老化性能優(yōu)異。

室溫硫化硅橡膠（RTV）；聚異丁烯；耐介質(zhì)

前 言

單組分室溫硫化（RTV-1）硅橡膠具有眾多優(yōu)點(diǎn)，如耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性,密封效果好等[1-2]，被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電氣、建筑、運(yùn)輸、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療等行業(yè)，其中有機(jī)硅主要應(yīng)用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等方面[3-4]。隨著有機(jī)硅數(shù)量和品種的持續(xù)增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，形成化工新材料界獨(dú)樹一幟的重要產(chǎn)品體系，許多品種是其他化學(xué)品無法替代而又必不可少的。

另一方面，聚異丁烯（簡稱PIB）是一種無色、無味、無毒的黏稠或半固體物質(zhì)，具有良好的耐熱、耐氧、耐臭氧、耐化學(xué)品及耐候、耐紫外線、耐酸、耐堿性能，且因其體積電阻率高、膨脹系數(shù)小、不含電介質(zhì)有害物質(zhì)、電絕緣性優(yōu)良、裂解無殘?zhí)康忍攸c(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電絕緣材料、潤滑油添加劑、石油添加劑、膠黏劑以及與橡膠等高聚物的共混改性等領(lǐng)域，開發(fā)利用前景十分廣闊[5]。

聚異丁烯具有良好的柔順性，滲透力強(qiáng)，應(yīng)用于膠黏劑及密封膠可有效穩(wěn)定黏度，降低黏溫性；同時促進(jìn)粘接，提高相容性及耐介質(zhì)性能，增加低溫下的柔韌性。

聚異丁烯按其相對分子質(zhì)量分為高相對分子質(zhì)量聚異丁烯(相對分子質(zhì)量＞1000)和低相對分子質(zhì)量聚異丁烯(相對分子質(zhì)量＜1000)，二者性能和應(yīng)用不同。本文選取4種不同相對分子質(zhì)量聚異丁烯添加到室溫硫化硅橡膠中，利用聚異丁烯的特殊性能改性室溫硫化硅橡膠，提高其耐介質(zhì)性能，詳細(xì)考察PIB對于RTV的力學(xué)性能及耐介質(zhì)性能的影響。

4 種聚異丁烯 PIB1，PIB2，PIB3，PIB4 相關(guān)性能指標(biāo)如表1。

表1 聚異丁烯性能數(shù)據(jù)Table1 Performances of PIB

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

α,ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（俗稱107膠），甲基硅油（100mPa·s），日本信越化學(xué)公司；酮肟型硅烷交聯(lián)劑，自制；納米碳酸鈣，蘇威；KH550，湖北武大有機(jī)硅材料股份有限公司；聚異丁烯，韓國大林。

1.2 儀器與設(shè)備

動力混合機(jī)，廣東省佛山市金銀河機(jī)械設(shè)備有限公司；萬能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，日本島津。

1.3 制備工藝

原料基本配比：107膠50%～70%，增塑劑10%～30%，碳酸鈣20%～40%，交聯(lián)劑6%～10%，硅烷偶聯(lián)劑1%～4%。

將計(jì)量的107膠、碳酸鈣及增塑劑放入動混機(jī)內(nèi)，攪拌升溫，在120℃下抽真空，除去體系中的水分，冷卻至室溫得到預(yù)混料；然后加入交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑，抽真空攪拌一定時間，最后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將制得的RTV-1膠裝入塑料包裝管中密封貯存。

1.4 性能測試

硬度：按GB/T 531-1999測試。

拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率：按照GB/T-1701測試?yán)鞆?qiáng)度及斷裂伸長率。

耐油測試：將固化7d后的試片切成規(guī)定尺寸的啞鈴型，放于30#機(jī)油中，在溫度125±5℃下放置保存24h。

耐水測試：將固化7d后的試片切成規(guī)定尺寸的啞鈴型，放于封閉水槽中，在溫度90±5℃下放置保存24h，然后取出擦拭干凈測試力學(xué)性能。

耐溫測試：將固化7d后的試片切成規(guī)定尺寸的啞鈴型，并放于200℃烘箱中168h后取出測試力學(xué)性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚異丁烯對RTV-1力學(xué)性能的影響

表2 PIB對于RTV-1力學(xué)性能的影響Table 2 Effectof PIB on RTV mechanical performances

通常室溫硫化硅橡膠均采用硅油作為增塑劑，主要是兩者相容性好，且對膠體的本體強(qiáng)度不產(chǎn)生影響，穩(wěn)定性好[6-7]。本實(shí)驗(yàn)選用4種不同相對分子質(zhì)量的PIB及硅油進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，表2為PIB對于RTV-1力學(xué)性能的影響，由表中可以看到4種PIB與硅油所制得的硅橡膠拉伸強(qiáng)度及伸長率基本一致，而且邵A硬度也基本一致。這說明PIB與107硅橡膠相容性好，起到增塑劑效果；另一方面，PIB的添加并不會導(dǎo)致膠體本體強(qiáng)度的衰減。PIB能夠增塑的原因主要是由于其自身的分子結(jié)構(gòu)所致，PIB是線性長鏈分子結(jié)構(gòu)，內(nèi)旋自由度高，立體構(gòu)象多，具有優(yōu)異的柔順性[8]，可在RTV各組分中降低黏度，增加韌性；另一方面，聚異丁烯分子與硅氧烷結(jié)構(gòu)基本一致，聚異丁烯分子鏈為-C-C-基本單元的重復(fù)，而硅氧烷分子鏈為-Si-O-基本單元的重復(fù)，兩者均為重復(fù)單元的線性長鏈，結(jié)構(gòu)基本一致，因此兩者相容性好，故不會導(dǎo)致本體強(qiáng)度衰減。

2.2 聚異丁烯對RTV-1老化性能的影響

本文通過測試在不同老化條件下RTV-1力學(xué)性能研究了PIB對于RTV-1的耐水性、耐油性及耐溫性的影響。表3分別是經(jīng)過機(jī)油以及高溫老化后RTV-1的力學(xué)性能。

表3 PIB對于RTV老化性能的影響Table 3 Effectof PIB on RTV-1 aging property

耐油性：

從表3中看到RTV-1在熱油浸泡老化后力學(xué)性能的變化率均小于15%，說明其耐油性能優(yōu)異，這主要與填料及特種性能增塑劑有關(guān)。眾所周之，有機(jī)硅密封膠的主體成分聚硅氧烷是非極性的[9]，而同時機(jī)油也呈非極性，相似相容，故兩者具有較大的親和力,所以機(jī)油對于RTV-1的腐蝕性不可避免。一般來說，機(jī)油分子與RTV-1膠內(nèi)部各組分的各種大小分子間的相互作用主要是機(jī)油分子的浸滲與RTV-1內(nèi)部分子的反浸滲，這是分子間的范德華力作用，這是一個動態(tài)的平衡過程。當(dāng)機(jī)油分子進(jìn)浸入RTV-1內(nèi)部達(dá)到飽和狀態(tài)后，機(jī)油分子基本不再繼續(xù)浸入。本實(shí)驗(yàn)中使用特殊性能PIB增塑劑添加于RTV-1中，目的在于降低機(jī)油的飽和吸附量，有效阻止機(jī)油分子的浸入，從而提高耐油性。

同時，為提高耐油性需要使用填料，降低了非極性聚硅氧烷的含量并起到補(bǔ)強(qiáng)效果；同時分散在膠中的CaCO3對聚硅氧烷有一定的屏蔽作用,降低了聚硅氧烷與機(jī)油的接觸，有效阻止機(jī)油的腐蝕[10]。

耐水性：

由表3中可以看到經(jīng)過熱水浸泡后，RTV-1的邵A硬度、拉伸強(qiáng)度及伸長率均保持的很好，與老化前比較并沒有發(fā)生明顯變化，這意味著浸水對密封膠幾乎沒有影響,其優(yōu)異的耐水性完全是由其疏水的主鏈結(jié)構(gòu)決定的。

熱氧老化：

由表3看到RTV-1的耐溫性非常優(yōu)異，這主要是由于RTV-1主體材料聚硅氧烷以及PIB兩者的特殊耐溫性能。通常硅橡膠在高溫下發(fā)生主鏈降解和側(cè)基氧化反應(yīng)。端基為硅羥基(Si—OH)的硅橡膠的主鏈斷裂主要以解扣降解方式進(jìn)行，同時也有無規(guī)斷裂降解方式存在，而端基為乙烯基(Si—C=C)的甲基硅橡膠可以采用無規(guī)斷裂方式降解，也可按殘余催化劑參與解扣的方式降解。

3 結(jié)論

本文選取4種不同相對分子質(zhì)量聚異丁烯添加到室溫硫化硅橡膠中，利用聚異丁烯的特殊性能改性室溫硫化硅橡膠，詳細(xì)考察PIB對于RTV的力學(xué)性能及耐介質(zhì)性能的影響。結(jié)果表明：由于其線性長鏈結(jié)構(gòu)，聚異丁烯與107硅橡膠具有優(yōu)異的相容性，添加PIB所制得的RTV-1具有優(yōu)異的力學(xué)性能；同時經(jīng)過系列對比試驗(yàn)看出PIB改性后的RTV-1的耐油性、耐水性及耐熱氧老化性能均較好。綜合比較，PIB改性后的RTV-1具有優(yōu)異的力學(xué)性能及耐介質(zhì)性能，可應(yīng)用于環(huán)境惡劣條件下的粘接密封領(lǐng)域。

［1］呂紹良．汽車工業(yè)用單組份室溫硫化硅橡膠密封/粘接劑［J］．特種橡膠制品，1991，（5）：6-9．

［2］王強(qiáng)華，賀孝明．導(dǎo)電型室溫硫化硅橡膠的研究［J］．有機(jī)硅材料及應(yīng)用，1999,(6)：11-12．

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Research on Resistance to M edium of Silicone Rubber M odified by Polyisobutylene

ZHAORui,WANGCui-hua and ZHANGHu-ji(Hubei HuiTian adhesive&sealant Co.,Ltd.,Xiangyang,441003,China)

Because of the perfectmedium-resistance,polyisobutylene (PIB)is employed in various chemical materials as chemical additives.Polyisobutylene used in adhesive and sealant can effectively make the viscosity stable,reduce the viscosity-temperature characteristics,as well as promote bonding,compatibility ability and medium resistance and enhance the flexibility at low temperature.The applications of 4 kinds of PIB in room-temperature vulcanized silicone rubber(RTV-1)have been investigated.The effects of PIB on tensile strength,elongation and resistance to medium aging of RTV-1 are studied through adding PIB with differentmolecular weights into RTV-1.The results indicate that the RTV-1 with adding PIB has good mechanical properties.Its tensile strength is 2.0MPa,and the elongation at break is 370%.And its oil-resistance,water-resistance and heat-resistance are excellent.

Room temperature vulcanized silicone rubber(RTV);polyisobutylene(PIB);resistance tomedium

TQ 333.93

A

1001-0017（2013）01-0030-30

2012-07-28

趙瑞（1982-），男，湖北襄陽人，碩士研究生，主要從事有機(jī)硅材料的研究。