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矽橡胶(jiāo)配方(fāng)設計(jì)應(yìng)当考慮哪些(xiē)

文(wén)章(zhāng)来源：永輝盛人(rén)气(qì)：880發(fà)表(biǎo)时(shí)間(jiān)：2023-03-16【小中大】

矽橡胶(jiāo)是(shì)一(yī)種(zhǒng)饱和(hé)度(dù)高(gāo)的生(shēng)胶(jiāo)，一(yī)般不能(néng)用(yòng)硫硫化(huà)物(wù)硫化(huà)，而(ér)是(shì)用(yòng)热(rè)硫化(huà)物(wù)。热(rè)硫化(huà)物(wù)是(shì)以(yǐ)有機(jī)过(guò)氧化(huà)物(wù)为(wèi)硫化(huà)劑的，因(yīn)此橡胶(jiāo)不得含有能(néng)與(yǔ)过(guò)氧化(huà)物(wù)分(fēn)解(jiě)産物(wù)産生(shēng)影響的活性(xìng)成(chéng)分(fēn)，否則会(huì)影響硫化(huà)物(wù)。
矽橡胶(jiāo)制品一(yī)般在(zài)高(gāo)温(wēn)下使用(yòng)，其(qí)配合劑應(yìng)在(zài)高(gāo)温(wēn)下保持(chí)穩定(dìng)，因(yīn)此，一(yī)般选用(yòng)無機(jī)氧化(huà)物(wù)作(zuò)为(wèi)補強(qiáng)劑。
在(zài)微量(liàng)酸(suān)或(huò)堿等极性(xìng)化(huà)学物(wù)質(zhì)的影響下，矽橡胶(jiāo)容易導致(zhì)矽氧烷键的裂解(jiě)和(hé)重(zhòng)排，降低(dī)矽橡胶(jiāo)的耐热(rè)性(xìng)。因(yīn)此，在(zài)选擇配合劑时(shí)必須考慮其(qí)pH值，并注意(yì)过(guò)氧化(huà)物(wù)分(fēn)解(jiě)産物(wù)的酸(suān)度(dù)，以(yǐ)免影響硫化(huà)物(wù)的性(xìng)能(néng)。
生(shēng)胶(jiāo)的挑选
在(zài)設計(jì)配方(fāng)时(shí)，應(yìng)根(gēn)據(jù)産品的性(xìng)能(néng)和(hé)使用(yòng)条件(jiàn)选擇具有不同特點(diǎn)的生(shēng)胶(jiāo)。一(yī)般矽橡胶(jiāo)産品的使用(yòng)温(wēn)度(dù)为(wèi)-70℃～乙烯基矽橡胶(jiāo)可(kě)在(zài)250℃範圍內(nèi)使用(yòng)；当産品使用(yòng)温(wēn)度(dù)要(yào)求較高(gāo)时(shí)(-90℃)～300℃)，可(kě)采用(yòng)低(dī)苯基矽橡胶(jiāo)；当産品需要(yào)耐高(gāo)低(dī)温(wēn)和(hé)耐燃油(yóu)或(huò)溶劑时(shí)，應(yìng)采用(yòng)氟矽橡胶(jiāo)。
硫化(huà)劑
用(yòng)于(yú)热(rè)硫化(huà)矽橡胶(jiāo)的硫化(huà)劑主(zhǔ)要(yào)包(bāo)括有機(jī)过(guò)氧化(huà)物(wù)、脂肪族偶氮化(huà)合物(wù)、無機(jī)物(wù)、高(gāo)能(néng)輻射等，其(qí)中最(zuì)常用(yòng)的是(shì)有機(jī)过(guò)氧化(huà)物(wù)。这(zhè)是(shì)因(yīn)为(wèi)有機(jī)过(guò)氧化(huà)物(wù)在(zài)室(shì)温(wēn)下一(yī)般相对(duì)穩定(dìng)，但在(zài)較高(gāo)的硫化(huà)温(wēn)度(dù)下可(kě)以(yǐ)快(kuài)速分(fēn)解(jiě)産生(shēng)遊離基，从而(ér)使矽橡胶(jiāo)交聯。
过(guò)氧化(huà)物(wù)根(gēn)據(jù)其(qí)活性(xìng)可(kě)分(fēn)为(wèi)两(liǎng)類(lèi)。一(yī)種(zhǒng)是(shì)通(tòng)用(yòng)型，即活性(xìng)高(gāo)，能(néng)硫化(huà)各(gè)種(zhǒng)矽橡胶(jiāo)；另(lìng)一(yī)種(zhǒng)是(shì)乙烯基，即活性(xìng)低(dī)，只(zhī)能(néng)硫化(huà)含乙烯基的矽橡胶(jiāo)。
除了(le)上(shàng)述两(liǎng)種(zhǒng)过(guò)氧化(huà)物(wù)之(zhī)間(jiān)的一(yī)般差异(yì)外(wài)，每種(zhǒng)过(guò)氧化(huà)物(wù)都有自(zì)己的特點(diǎn)。硫化(huà)劑BP是(shì)模壓産品中最(zuì)常用(yòng)的硫化(huà)劑，硫化(huà)速度(dù)快(kuài)，生(shēng)産效率高(gāo)，但不适合生(shēng)産厚産品。
硫化(huà)劑DCBP由(yóu)于(yú)其(qí)産品不易揮發(fà)，硫化(huà)时(shí)不加壓也(yě)会(huì)带(dài)来气(qì)泡，特别适合壓出(chū)産品的热(rè)空(kōng)气(qì)連(lián)續硫化(huà)，但分(fēn)解(jiě)温(wēn)度(dù)低(dī)，容易導致(zhì)焦燒，橡胶(jiāo)儲存时(shí)間(jiān)短(duǎn)。硫化(huà)劑BP和(hé)DCBP都是(shì)結晶粉，易爆。为(wèi)了(le)安(ān)全(quán)操作(zuò)，适合分(fēn)散(sàn)，一(yī)般采用(yòng)分(fēn)散(sàn)在(zài)矽油(yóu)或(huò)矽橡胶(jiāo)中的膏體(tǐ)，一(yī)般含量(liàng)为(wèi)50%。硫化(huà)劑的沸點(diǎn)为(wèi)110℃，易揮發(fà)。
橡胶(jiāo)在(zài)常温(wēn)下儲存时(shí)，硫化(huà)劑会(huì)揮發(fà)，最(zuì)好(hǎo)以(yǐ)分(fēn)子篩为(wèi)载(zài)體(tǐ)。硫化(huà)劑DTBP不会(huì)與(yǔ)空(kōng)气(qì)或(huò)碳黑(hēi)發(fà)生(shēng)反(fǎn)應(yìng)，可(kě)用(yòng)于(yú)制造導電(diàn)橡胶(jiāo)和(hé)模壓産品。硫化(huà)劑DBPMH與(yǔ)DTBP相似，但在(zài)常温(wēn)下不揮發(fà)，其(qí)分(fēn)解(jiě)産物(wù)揮發(fà)性(xìng)大，可(kě)縮短(duǎn)二(èr)次(cì)硫化(huà)时(shí)間(jiān)。硫化(huà)劑DCP在(zài)常温(wēn)下不揮發(fà)，具有乙烯基的特點(diǎn)，分(fēn)解(jiě)産物(wù)揮發(fà)性(xìng)低(dī)，可(kě)用(yòng)于(yú)外(wài)壓小的地(dì)方(fāng)硫化(huà)。硫化(huà)劑TBPB用(yòng)于(yú)制造海(hǎi)綿産品。
过(guò)氧化(huà)物(wù)的用(yòng)量(liàng)受多(duō)種(zhǒng)因(yīn)素的影響。例如(rú)，生(shēng)胶(jiāo)的種(zhǒng)類(lèi)、填料的種(zhǒng)類(lèi)和(hé)用(yòng)量(liàng)、加工工藝等。一(yī)般来说(shuō)，只(zhī)要(yào)能(néng)达到(dào)所(suǒ)需的交聯，硫化(huà)劑就(jiù)應(yìng)該盡可(kě)能(néng)少(shǎo)。但實(shí)際用(yòng)量(liàng)遠(yuǎn)高(gāo)于(yú)理(lǐ)論用(yòng)量(liàng)，因(yīn)为(wèi)必須考慮各(gè)種(zhǒng)加工因(yīn)素的影響，如(rú)混合不均勻、橡胶(jiāo)儲存中过(guò)氧化(huà)物(wù)的消耗、硫化(huà)过(guò)程中气(qì)體(tǐ)等配合劑的阻塞等。
对(duì)于(yú)乙烯基矽橡胶(jiāo)成(chéng)型産品的橡胶(jiāo)材料，各(gè)種(zhǒng)过(guò)氧化(huà)物(wù)的常見(jiàn)範圍和(hé)重(zhòng)量(liàng)如(rú)下：
成(chéng)分(fēn)重(zhòng)量(liàng)份
BP0.5硫化(huà)劑～1
硫化(huà)劑DCBP1～2
DTBP1硫化(huà)劑～2
硫化(huà)劑DCP0.5～1
DBPMH0～1
TBPB0.5硫化(huà)劑～1
随着乙烯基含量(liàng)的增加，應(yìng)減少(shǎo)过(guò)氧化(huà)物(wù)的消耗。胶(jiāo)漿、壓制産品和(hé)胶(jiāo)粘劑中过(guò)氧倫物(wù)的消耗應(yìng)高(gāo)于(yú)模壓胶(jiāo)中。在(zài)某些(xiē)情況下，两(liǎng)種(zhǒng)过(guò)氧化(huà)物(wù)可(kě)以(yǐ)減少(shǎo)硫化(huà)劑的消耗，并适当调整硫化(huà)温(wēn)度(dù)，以(yǐ)提(tí)高(gāo)硫化(huà)效應(yìng)。
補強(qiáng)劑
未经加固的矽橡胶(jiāo)硫化(huà)胶(jiāo)強(qiáng)度(dù)很低(dī)，只(zhī)有0.3MPa，沒(méi)有實(shí)際使用(yòng)價值。选擇合适的增強(qiáng)劑可(kě)使矽橡胶(jiāo)硫化(huà)胶(jiāo)的強(qiáng)度(dù)达到(dào)3.9-9.8MPa，这(zhè)对(duì)提(tí)高(gāo)矽橡胶(jiāo)的性(xìng)能(néng)和(hé)産品的使用(yòng)寿命非(fēi)常重(zhòng)要(yào)。矽橡胶(jiāo)鋼(gāng)筋填料的选擇需要(yào)考慮矽橡胶(jiāo)的高(gāo)温(wēn)使用(yòng)和(hé)过(guò)氧化(huà)硫化(huà)，特别是(shì)酸(suān)堿物(wù)質(zhì)对(duì)矽橡胶(jiāo)的不利影響。
矽橡胶(jiāo)鋼(gāng)筋填料可(kě)分(fēn)为(wèi)鋼(gāng)筋填料和(hé)非(fēi)鋼(gāng)筋填料。前(qián)者直(zhí)徑为(wèi)10-50nm，比表(biǎo)面(miàn)为(wèi)70-400m/g，加固效果(guǒ)較好(hǎo)；後(hòu)者为(wèi)300-10000nm，比表(biǎo)面(miàn)低(dī)于(yú)30m/g，加固效果(guǒ)較差。
1.加固填料
1.1白(bái)碳黑(hēi)的類(lèi)型和(hé)特點(diǎn)，矽橡胶(jiāo)使用(yòng)的加固填料主(zhǔ)要(yào)是(shì)指合成(chéng)的二(èr)氧化(huà)矽，也(yě)稱为(wèi)白(bái)碳黑(hēi)。白(bái)碳黑(hēi)分(fēn)为(wèi)气(qì)相白(bái)炭黑(hēi)和(hé)沉澱白(bái)炭黑(hēi)。
气(qì)相炭黑(hēi)颗(kē)粒(lì)的大小、比表(biǎo)面(miàn)、表(biǎo)面(miàn)特性(xìng)和(hé)結構與(yǔ)原料气(qì)體(tǐ)的比例、燃燒速度(dù)、SiO2核在(zài)燃燒倉中的停留时(shí)間(jiān)等因(yīn)素有關(guān)。
气(qì)相白(bái)炭黑(hēi)颗(kē)粒(lì)越密，比表(biǎo)面(miàn)越大，加固效果(guǒ)越好(hǎo)，但操作(zuò)性(xìng)能(néng)越差。相反(fǎn)，它(tā)的颗(kē)粒(lì)較厚，比表(biǎo)面(miàn)小，加固效果(guǒ)只(zhī)差，但可(kě)操作(zuò)性(xìng)更好(hǎo)。
气(qì)相白(bái)炭黑(hēi)是(shì)矽橡胶(jiāo)中最(zuì)常用(yòng)的增強(qiáng)劑之(zhī)一(yī)，硫化(huà)胶(jiāo)機(jī)械強(qiáng)度(dù)高(gāo)，電(diàn)性(xìng)能(néng)好(hǎo)。气(qì)相白(bái)炭黑(hēi)可(kě)與(yǔ)其(qí)他(tā)增強(qiáng)劑或(huò)弱(ruò)增強(qiáng)劑一(yī)起使用(yòng)，以(yǐ)制造不同使用(yòng)要(yào)求的橡胶(jiāo)材料。
沉澱白(bái)炭黑(hēi)的性(xìng)能(néng)受酸(suān)值、温(wēn)度(dù)等沉澱条件(jiàn)的影響。
與(yǔ)用(yòng)气(qì)相白(bái)炭黑(hēi)加固的矽橡胶(jiāo)材料相比，用(yòng)沉澱白(bái)炭黑(hēi)加固的橡胶(jiāo)材料機(jī)械強(qiáng)度(dù)略低(dī)，介電(diàn)性(xìng)能(néng)差，特别是(shì)受潮(cháo)後(hòu)，但耐热(rè)老(lǎo)化(huà)性(xìng)能(néng)好(hǎo)，混合橡胶(jiāo)成(chéng)本(běn)低(dī)得多(duō)。当对(duì)産品機(jī)械強(qiáng)度(dù)要(yào)求不高(gāo)时(shí)，可(kě)使用(yòng)沉澱白(bái)炭黑(hēi)或(huò)與(yǔ)气(qì)相白(bái)炭黑(hēi)一(yī)起使用(yòng)。
白(bái)碳黑(hēi)可(kě)以(yǐ)通(tòng)过(guò)适当的化(huà)合物(wù)進(jìn)行處(chù)理(lǐ)，形成(chéng)表(biǎo)面(miàn)疏水(shuǐ)物(wù)質(zhì)。處(chù)理(lǐ)方(fāng)法(fǎ)主(zhǔ)要(yào)有液相法(fǎ)和(hé)气(qì)相法(fǎ)。液相法(fǎ)条件(jiàn)易于(yú)控制，産品質(zhì)量(liàng)穩定(dìng)，處(chù)理(lǐ)效果(guǒ)好(hǎo)，但工藝複雜，溶劑需要(yào)回(huí)收(shōu)；气(qì)相法(fǎ)處(chù)理(lǐ)工藝簡單，但産品質(zhì)量(liàng)不穩定(dìng)，處(chù)理(lǐ)效果(guǒ)差。
原則上(shàng)，用(yòng)作(zuò)表(biǎo)面(miàn)處(chù)理(lǐ)劑的物(wù)質(zhì)是(shì)能(néng)與(yǔ)白(bái)碳黑(hēi)表(biǎo)面(miàn)羟基發(fà)生(shēng)作(zuò)用(yòng)的物(wù)質(zhì)：
a.醛類(lèi)
b.氯矽烷類(lèi)
c.烷氧基矽烷
d.六(liù)羟基二(èr)矽醚
e.矽氮烷。
1.2白(bái)碳黑(hēi)的加固機(jī)理(lǐ)，表(biǎo)面(miàn)化(huà)学白(bái)碳黑(hēi)对(duì)矽橡胶(jiāo)的加固機(jī)理(lǐ)。有两(liǎng)種(zhǒng)感(gǎn)覺。
橡胶(jiāo)被填料颗(kē)粒(lì)吸附，填料颗(kē)粒(lì)吸附聚合物(wù)，使橡胶(jiāo)分(fēn)子鍊(liàn)段(duàn)直(zhí)接固定(dìng)在(zài)填料颗(kē)粒(lì)周圍，或(huò)沿填料表(biǎo)面(miàn)方(fāng)向或(huò)被填料聚集體(tǐ)停留。
橡胶(jiāo)與(yǔ)填料颗(kē)粒(lì)結合填料颗(kē)粒(lì)與(yǔ)聚合物(wù)鍊(liàn)段(duàn)結合，産生(shēng)有效的交聯和(hé)聚合物(wù)纏結填料颗(kē)粒(lì)。
基于(yú)以(yǐ)上(shàng)两(liǎng)種(zhǒng)功能(néng)，白(bái)碳黑(hēi)可(kě)以(yǐ)加固矽橡胶(jiāo)。
由(yóu)于(yú)生(shēng)産方(fāng)法(fǎ)不同，白(bái)炭黑(hēi)的pH值也(yě)不同。气(qì)相白(bái)炭黑(hēi)偏酸(suān)，沉澱白(bái)炭黑(hēi)呈堿性(xìng)。最(zuì)純的無HCL气(qì)相白(bái)炭黑(hēi)的pH值为(wèi)6，这(zhè)是(shì)由(yóu)于(yú)白(bái)炭黑(hēi)表(biǎo)面(miàn)的羟基在(zài)水(shuǐ)中離解(jiě)産生(shēng)H因(yīn)此。当pH值低(dī)于(yú)4.6时(shí)，是(shì)由(yóu)高(gāo)温(wēn)水(shuǐ)解(jiě)保留的HCL引起的。
1.3白(bái)碳黑(hēi)物(wù)理(lǐ)化(huà)学特性(xìng)的測定(dìng)方(fāng)法(fǎ)
白(bái)碳黑(hēi)的物(wù)理(lǐ)化(huà)学性(xìng)能(néng)直(zhí)接反(fǎn)映了(le)質(zhì)量(liàng)狀況，因(yīn)此準确的測量(liàng)对(duì)不同的使用(yòng)要(yào)求非(fēi)常重(zhòng)要(yào)。目前(qián)，海(hǎi)外(wài)制造商有不同的指标(biāo)，但一(yī)些(xiē)公(gōng)認的重(zhòng)要(yào)指标(biāo)需要(yào)确定(dìng)。最(zuì)重(zhòng)要(yào)的指标(biāo)是(shì)：反(fǎn)映其(qí)主(zhǔ)要(yào)結構的指标(biāo)，如(rú)粒(lì)度(dù)尺(chǐ)寸(cùn)和(hé)分(fēn)散(sàn)度(dù)，比表(biǎo)面(miàn)；反(fǎn)映其(qí)二(èr)次(cì)結構的指标(biāo)，如(rú)吸油(yóu)值；反(fǎn)映其(qí)表(biǎo)面(miàn)化(huà)学狀況的指标(biāo)，如(rú)表(biǎo)面(miàn)各(gè)種(zhǒng)羟基的濃度(dù)。
a.由(yóu)于(yú)生(shēng)成(chéng)条件(jiàn)和(hé)颗(kē)粒(lì)生(shēng)长(cháng)条件(jiàn)的差异(yì)，白(bái)碳黑(hēi)颗(kē)粒(lì)直(zhí)徑不均勻，通(tòng)常稱为(wèi)颗(kē)粒(lì)直(zhí)徑，只(zhī)具有统計(jì)平均值的意(yì)義。
b.比表(biǎo)面(miàn)測量(liàng)比表(biǎo)面(miàn)是(shì)反(fǎn)映粉末(mò)材料表(biǎo)面(miàn)積大小的指标(biāo)。对(duì)于(yú)多(duō)孔粉末(mò)材料，其(qí)比表(biǎo)面(miàn)是(shì)孔內(nèi)表(biǎo)面(miàn)積和(hé)表(biǎo)面(miàn)積之(zhī)和(hé)。
一(yī)般来说(shuō)，粉末(mò)材料的粒(lì)度(dù)與(yǔ)其(qí)比表(biǎo)面(miàn)成(chéng)反(fǎn)比，因(yīn)此比表(biǎo)面(miàn)積的粒(lì)度(dù)是(shì)反(fǎn)比的

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