硅藻土-白炭黑-Si69偶聯(lián)劑-硅橡膠復(fù)合材料性能研究

摘要：采用機(jī)械共混法制備硅藻土-白炭黑-Si69偶聯(lián)劑-硅橡膠復(fù)合材料，分析硅藻土與白炭黑的配比、Si69偶聯(lián)劑用量對復(fù)合材料硫化性能、物理機(jī)械性能和絕緣性能的影響。結(jié)果表明：隨著硅藻土用量的增加，復(fù)合材料的工藝正硫化時間先增加后減小，表面電阻率和體積電阻率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，物理機(jī)械性能下降。當(dāng)硅藻土與白炭黑的配比為10∶10時，用3份Si69偶聯(lián)劑進(jìn)行改性，復(fù)合材料的撕裂強(qiáng)度、扯斷伸長率以及絕緣性能都較好。

關(guān)鍵詞：硅藻土；白炭黑；硅橡膠；絕緣性能

中圖分類號：TQ330.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）09-00-04

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Study on the Properties of Diatomite-Silica-Si69-Silastic Composite

FANG Xiaojing， LUO Zhenggang， WANG Zaixue， YANG Meng， ZHANG Zhaohong

（Xuzhou College of Industrial Technology， Xuzhou 221140， China）

Abstract： The diatomite-silica-Si69-Silastic composites were prepared by mechanical blending. The effects of the ratio of diatomite-silica and the amount of Si69 on the vulcanization， physical and mechanical properties， and insulation properties of the composite were investigated. The results showed that the process vulcanization time first increased and then decreased， and both the surface resistivity and volume resistivity showed a trend of first increasing and then decreasing with the increase of the amount of diatomite， resulting in a decrease in physical and mechanical properties. When the ratio of diatomite to silica is 10∶10， and 3 parts of Si69 was used for modification， the composite material exhibited excellent tear strength， elongation at break， and insulation properties.

Keywords： diatomite; silica; silastic; insulation performance

有機(jī)硅類聚合物是近年來發(fā)展最快的單質(zhì)聚合物，也是最早進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的單質(zhì)聚合物[1]。硅橡膠是一種由二硅醇縮聚而成的線性半有機(jī)聚合物，它是以重復(fù)性Si-O鍵為主鏈，側(cè)基上帶有機(jī)基團(tuán)[2]。這種特殊的結(jié)構(gòu)賦予硅橡膠特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，如耐高低溫、耐紫外、耐輻照、耐候及電絕緣等[3]。因此，硅橡膠在航天航空、電子電氣、輕工、機(jī)械等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[4]。

近年來，利用硅烷偶聯(lián)劑等有機(jī)改性劑對硅藻土進(jìn)行改性，加入橡膠材料中制備復(fù)合材料成為研究熱點(diǎn)[5]。硅藻土在成分和構(gòu)成上基本和白炭黑一致，但硅藻土資源豐富、價格低，因此研究硅藻土在橡膠中的應(yīng)用具有重要的意義[6]。利用機(jī)械共混法制備復(fù)合材料，研究復(fù)合材料的硫化特性、物理機(jī)械性能和絕緣性能等[7-9]。

1 材料與方法

1.1 主要原材料

主要原材料包括甲基乙烯基硅橡膠、硅藻土、沉淀白炭黑、過氧化二異丙苯、羥基硅油及Si69偶聯(lián)劑。其中，甲基乙烯基硅橡膠由東爵有機(jī)硅集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，硅藻土由賽力特硅藻土公司生產(chǎn)，沉淀白炭黑由山東?；煞萦邢薰旧a(chǎn)，過氧化二異丙苯由廣州金昌盛科技有限公司生產(chǎn)，羥基硅油由濟(jì)南興飛隆化工有限公司生產(chǎn)，Si69偶聯(lián)劑由南京經(jīng)天緯化工有限公司生產(chǎn)。

1.2 主要設(shè)備

主要設(shè)備包括XK（S）-160型開煉機(jī)、M2000-F型硫化儀、7080S2型門尼黏度儀、BY12-EST121型高阻計(jì)、XYE-25D型平板硫化機(jī)、JDL-2500N型電子式拉力試驗(yàn)機(jī)及LX-A型邵氏橡膠硬度計(jì)。其中，XK（S）-160型開煉機(jī)由無錫第一橡塑機(jī)械有限公司生產(chǎn)，M2000-F型硫化儀、7080S2型門尼黏度儀、BY12-EST121型高阻計(jì)由中國臺灣高鐵科技股份有限公司生產(chǎn)，XYE-25D型平板硫化機(jī)由上海西瑪偉力橡塑機(jī)械有限公司生產(chǎn)，JDL-2500N型電子式拉力試驗(yàn)機(jī)、LX-A型邵氏橡膠硬度計(jì)由江蘇新真威試驗(yàn)機(jī)械有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)配方如表1所示。

1.4 試樣制備

將甲基乙烯基硅橡膠在開煉機(jī)上包輥，依次加入過氧化二異丙苯、羥基硅油、白炭黑、硅藻土及Si69偶聯(lián)劑，混煉均勻制成混煉膠，下片停放待用[10-12]。將混煉膠在平板硫化機(jī)上硫化成試片，硫化溫度為170 ℃，硫化時間為T90+5 min，硫化壓力為10 MPa。其中，T90表示工藝正硫化時間。

1.5 性能測試

依據(jù)《橡膠用無轉(zhuǎn)子硫化儀測定硫化特性》（GB/T 16584—1996）測試混煉膠硫化特性，測試溫度為170 ℃。依據(jù)《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》（GB/T 528—2009）和《硫化橡膠或熱塑性橡膠撕裂強(qiáng)度的測定》（GB/T 529—2008）分別測試硫化膠的拉伸性能和撕裂性能。依據(jù)《硫化橡膠絕緣電阻率的測定》（GB/T 1692—2008）測試硫化橡膠的絕緣電阻率，試樣規(guī)格為100 mm×100 mm×2 mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 硅藻土與白炭黑的配比對復(fù)合材料性能的影響

從硫化特性、物理機(jī)械性能、絕緣性能3個方面分析硅藻土與白炭黑的配比對復(fù)合材料性能的影響。

2.1.1 硫化特性

復(fù)合材料的硫化特性如表2所示。其中，MH和ML分別表示最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩，T10表示焦燒時間。

從表2可以看出，隨著硅藻土用量的增加，ML基本呈現(xiàn)增加的趨勢，而MH基本呈現(xiàn)降低的趨勢。這是因?yàn)楣柙逋林谐卸趸枰酝?，還含有少量Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3及有機(jī)雜質(zhì)等，使得硅藻土中的二氧化硅含量低于白炭黑中的二氧化硅含量，導(dǎo)致ML升高、MH降低。硅藻土用量為20份時的ML和MH低于二者配合使用的ML和MH，說明硅藻土和白炭黑有一定的協(xié)同效果。硅藻土的表面吸附性較強(qiáng)，易于吸附硫化過程產(chǎn)生的離子，導(dǎo)致T90有所延長。

2.1.2 物理機(jī)械性能

復(fù)合材料的物理機(jī)械性能如表3所示。由表3可知，隨著硅藻土用量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、100%定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度都呈現(xiàn)下降趨勢，而扯斷伸長率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢?？梢?，硅藻土的添加降低了復(fù)合材料的物理機(jī)械性能，其對硅橡膠的補(bǔ)強(qiáng)效果低于白炭黑對硅橡膠的補(bǔ)強(qiáng)效果。這可能是因?yàn)楣柙逋恋亩趸韬康陀诎滋亢?，而粒徑大于白炭黑所致?/p>

2.1.3 絕緣性能

復(fù)合材料的絕緣性能如圖1所示。從圖1可以看出，隨著硅藻土的加入，復(fù)合材料的表面電阻率和體積電阻率都呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。硅藻土用量從5份增加到15份時，復(fù)合材料的表面電阻率和體積電阻率增加。當(dāng)單獨(dú)使用硅藻土?xí)r，復(fù)合材料的體積電阻率高于同樣份數(shù)的白炭黑，而表面電阻率低于使用同樣份數(shù)的白炭黑，這可能是由于硅藻土的結(jié)構(gòu)一致性比白炭黑差，造成復(fù)合材料的導(dǎo)電通道少，使得復(fù)合材料的體積電阻率高。

2.2 Si69偶聯(lián)劑用量對復(fù)合材料性能的影響

2.2.1 Si69偶聯(lián)劑用量對復(fù)合材料物理機(jī)械性能的影響

在硅藻土、白炭黑用量都是10份時，研究Si69偶聯(lián)劑用量對復(fù)合材料物理機(jī)械性能的影響，結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，隨著Si69偶聯(lián)劑的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度降低，但當(dāng)Si69偶聯(lián)劑質(zhì)量份為3時，復(fù)合材料的扯斷伸長率出現(xiàn)最大值623%，撕裂強(qiáng)度也最高，為4.27 N/mm。這是因?yàn)檫m量的Si69偶聯(lián)劑對硅藻土和白炭黑表面所含有的大量硅羥基進(jìn)行改性，從而與橡膠形成較強(qiáng)的化學(xué)作用，提高了伸長率和撕裂強(qiáng)度。

2.2.2 Si69偶聯(lián)劑用量對復(fù)合材料絕緣性能的影響

Si69偶聯(lián)劑用量對復(fù)合材料絕緣性能的影響如表5所示。從表5可以看出，當(dāng)Si69偶聯(lián)劑用量為3份時，復(fù)合材料的表面電阻率和體積電阻率均最高。

3 結(jié)論

隨著硅藻土用量的增加，復(fù)合材料的ML呈增加趨勢，而T90先增加而后減小，復(fù)合材料的物理機(jī)械性能下降，表面電阻率和體積電阻率都呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。當(dāng)硅藻土、白炭黑用量均為10份時，用3份Si69偶聯(lián)劑進(jìn)行改性，復(fù)合材料的撕裂強(qiáng)度、扯斷伸長率、表面電阻率和體積電阻率都較高。

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