填料對硅酮膠性能的影響

楊育其，陳炳耀，彭小琴，全文高，楊永強(qiáng)

（廣東三和控股有限公司，廣東 中山528429）

關(guān)鍵字：氣相白炭黑；納米碳酸鈣；硅橡膠

引 言

硅橡膠經(jīng)過快速的發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中，例如汽車車架裝配、機(jī)械設(shè)備密封及建筑行業(yè)門窗和石材的粘接等。硅橡膠以其優(yōu)異的耐候性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性及粘接特性得到了各行業(yè)的認(rèn)可[1]。

經(jīng)過補(bǔ)強(qiáng)填料的加入（氣相白炭黑和納米碳酸鈣），硅橡膠的力學(xué)性能往往會得到很大的提高，但是過量使用氣相白炭黑，會使膠料結(jié)構(gòu)化嚴(yán)重，操作性變差；納米碳酸鈣的不同含水量會影響硅膠的外觀，所以本文主要討論不同用量的氣相白炭黑、不同納米碳酸鈣的水分對單組分脫醇RTV-1 硅橡膠性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

107 膠，黏度20000mPa·s 和黏度80000mPa·s，湖北實(shí)興化工有限公司；納米碳酸鈣，廣州騰而焰商貿(mào)有限公司；甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、KH550、KH560、二月桂酸二有機(jī)錫，湖北新藍(lán)天新材料有限公司；3#白礦油，斯卡蘭石油（重慶）有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

行星攪拌機(jī)，QF-5L，東莞市全豐機(jī)械有限公司；鼓風(fēng)干燥箱，101-2，獻(xiàn)縣鑫龍建筑儀器銷售處；電子萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，CMT-4104，濟(jì)南一諾世紀(jì)試驗(yàn)儀器有限公司；水分測定儀，北京海天友誠科技有限公司SH10A 型；硬度計(jì),LX-A 上海元菱儀器廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）基料的制備

按一定配方，將107 膠和氣相白炭黑及納米碳酸鈣投入捏合機(jī)中室溫捏合10min，再抽真空，待溫度升到110℃，再開始計(jì)時(shí)，攪拌3h，然后降溫，得到基料[2]。

（2）硅酮密封膠的制備

在高速分散機(jī)中加入定量基料，抽真空5min，再加入白色色漿、20000 mPa·s 107 膠、抽真空使它們混合均勻，之后加入交聯(lián)劑，攪拌2min 后抽真空攪拌15min，最后加入催化劑和白油，攪拌2min 后抽真空攪拌25min，擠入300mL 空白管密封待用[2]。

1.4 性能表征

（1）表干時(shí)間：按照GB/T13477.5-2003 試驗(yàn)。

（2）邵A 硬度：按照GB/T 531.1-2008 用硬度計(jì)檢測。

（3）拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率：按GB/T 528-2009用電子萬能試驗(yàn)機(jī)測定。

（4）觸變性：將膠料擠出于鋁膜上，若膠漿呈現(xiàn)圓柱狀，表明其觸變性較好，若膠漿已經(jīng)流淌成扁平狀則表明觸變性較差。

（5）蝴蝶效應(yīng)：取一張A4 紙大小紙片，在其中間部位打上一堆膠漿，將紙對折并用圓筒輕輕碾壓，然后拉開紙片觀察膠料中是否有顆粒。通常要求可見顆粒數(shù)少于10 個(gè)[3]。

（6）水分：稱取10.0g 納米碳酸鈣于快速水分測定儀的托盤中，在105℃條件下加熱5min，讀出快速水分測定儀面板上水分讀數(shù)即可[4]。

（7）擠出性：按GB/T 13477.3-2017 實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣相白炭黑有無烘烤對硅橡膠性能的影響

表1 氣相白炭黑有無烘烤對硅橡膠性能的影響Table 1 The effect of fumed silica and baked fumed silica on the properties of silicone rubber

從表1 中可以看出，無烘烤的氣相白炭黑，制得的硅橡膠性能較差，可能的原因是氣相白炭黑由于表面含有硅羥基，其吸引力較強(qiáng)，它可以通過與空氣中的水分子形成一定作用力的化學(xué)鍵而吸收水分[5,6]，未烘烤的氣相白炭黑水分含量過高，導(dǎo)致硅膠表面出現(xiàn)顆粒，以及呈現(xiàn)半固化狀態(tài)，使其性能受到影響。實(shí)驗(yàn)表明氣相白炭黑使用前，要經(jīng)過80℃烘烤，各方面性能更好。

2.2 氣相白炭黑添加量對硅橡膠性能的影響

表2 氣相白炭黑含量對硅橡膠性能的影響Table 2 The effect of fumed silica content on the properties of silicone rubber

從表2 中可知，未加入氣相白炭黑制作出來的硅膠，其拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率及硬度比加入氣相白炭黑低，因?yàn)闅庀喟滋亢谧鳛檠a(bǔ)強(qiáng)填料，能與硅膠形成物理交聯(lián)，提高了材料的交聯(lián)密度[7]，所以添加了氣相白炭黑的硅膠比沒有添加氣相白炭黑的硅膠各方面的性能好。

圖1 氣相白炭黑的添加量對力學(xué)性能的影響Fig. 1 The effect of the amount of fumed silica on the mechanical properties

從圖1 中可知，隨著氣相白炭黑含量的增大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，在添加量為20%時(shí)，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率達(dá)到最大值。這是因?yàn)闅庀喟滋亢诩尤?，易分散在基料中，其與硅橡膠發(fā)生了物理交聯(lián)，提高了材料的交聯(lián)密度，從而使拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率提高，但隨著氣相白炭黑含量達(dá)到一定程度后，氣相白炭黑不再易于分散，可能會出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致硅橡膠拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率下降[8]。

從圖2 中可知，隨著氣相白炭黑含量的增多，其膠條的硬度也逐漸增大，這是因?yàn)闅庀喟滋亢诒砻媸Ｓ嗟牧u基與硅橡膠結(jié)合并形成物理交聯(lián)，提高了材料的交聯(lián)密度，從而提高了其硬度。

圖2 氣相白炭黑含量對硬度的影響Fig. 2 The effect of fumed silica content on the hardness

2.3 不同含量水分的納米碳酸鈣對硅酮膠性能的影響

表3 不同含量水分的納米碳酸鈣對硅酮膠性能的影響Table 3 The effect of nano-calcium carbonate with different water contents on the performance of silicone adhesive

從表3 可看出，隨著水分的增大，納米碳酸鈣在硅酮膠體系中的旋轉(zhuǎn)黏度逐漸增大、擠出性逐漸減小，且當(dāng)樣品水分＞0.53，其外觀變粗糙，說明納米碳酸鈣產(chǎn)品的含水量對產(chǎn)品外觀影響大。這是因?yàn)槠渌葺^高時(shí)，其表面的羥基增多，膠料會有個(gè)相互凝聚的趨勢，在基膠作用下形成三維網(wǎng)絡(luò)，從而使膠料黏度變大，水分含量過高與交聯(lián)劑等反應(yīng)會生成顆粒物，從而造成產(chǎn)品分散性變差，出現(xiàn)顆粒[4]。

3 結(jié) 論

研究發(fā)現(xiàn)：氣相白炭黑烘烤后比無烘烤的氣相白炭黑，制備的硅酮膠性能好；不同添加量的氣相白炭黑，對硅酮膠的性能有影響，當(dāng)添加量為20%時(shí)，其性能到達(dá)最佳；納米碳酸鈣的含水量≤0.5%時(shí)，其制備的硅酮膠外觀、黏度、擠出性效果更好。