特種合成橡膠:矽橡膠
矽橡膠Q是由各種二氯矽烷經過水解、縮聚而得到的一種元素有機彈性體,其分子結構通式可以表示如下:
式中的R可以是相同或不同的烴基或其他元素。
一、熱硫化型矽橡膠主要品種
1、甲基乙烯基矽橡膠
甲基乙烯基矽橡膠簡稱乙烯基矽橡膠,是由二甲基矽氧烷與少量乙烯基矽氧烷共聚而成,乙烯基含量一般為0.1~0.3mol%。少量不飽和乙烯基的引入使它的硫化工藝及成品性能,特別是耐熱老化性和高溫抗壓縮變形有很大改進。甲基乙烯基矽氧烷單元的含量對硫化作用和硫化膠耐熱性有很大影響,含量過少則作用不顯著,含量過大(達0.5mo1%)會降低硫化膠的耐熱性。在矽橡膠生產中,甲基乙烯基矽橡膠是產量最大,應用最廣,品種牌號最多的。
2、甲基乙烯基三氟丙基矽橡膠
甲基乙烯基三氟丙基矽橡膠簡稱氟矽橡膠(MFQ)它是在乙烯基矽橡膠的分子鏈中(乙烯基含量一般為0.3mol%左右)引入氟代烷基(一般為三氟丙基),主要特點是具有優良的耐油,耐溶劑性能(比乙烯基矽橡膠好得多),例如它對脂肪族、芳香族和氯化烴類溶劑、石油基的各種燃料油、潤滑油、液壓油以及某些合成油(如二酯類潤滑油、矽酸酯類液壓油)在常溫和高溫下的穩定性都很好。氟矽橡膠的耐溫性能較乙烯基矽橡膠要差一些,工作溫度範圍約為-50~250℃。
3、腈矽橡膠
腈矽橡膠(MNQ)主要是在分子鏈中含有甲基-β-腈乙基矽氧鏈節或甲基-γ-腈丙基矽氧鏈節的一種彈性體,其主要特點與氟矽橡膠相似;即耐油、耐溶劑,並具有良好的耐低溫性能。
4、二甲基矽橡膠
二甲基矽橡膠簡稱甲基矽橡膠,是矽橡膠中最老的品種,在-60~250℃溫度範圍內能保持良好彈性。由於其硫化活性低,工藝性能差,厚壁製品在二段硫化時易發泡,高溫壓縮變形大等缺點,目前除少量用於織物塗複外,已被甲基乙烯基矽橡膠所取代。
5、甲基乙烯基苯基矽橡膠
甲基乙烯基苯基矽橡膠簡稱苯基矽橡膠,它是在乙烯基矽橡膠的分子鏈中引入二苯基矽氧烷鏈節(或甲基苯基矽氧烷鏈節)而製成的。這是通過引入大體積的苯基來破壞二甲基矽氧烷結構的規整性,降低聚合物的結晶溫度和玻璃化溫度。當苯基含量在5%~10%時(苯基與矽原子比)通稱低苯基矽橡膠,此時,橡膠的玻璃化溫度降到最低值(-115℃),使它具有最佳的耐低溫性能,在-100℃下仍具有柔曲彈力。隨著苯基含量的增加,分子鏈的剛性增大,其結晶溫度反而上升。苯基含量在15%~25%時通稱中苯基矽橡膠,具有耐燃特點。苯基含量在30%以上時,通稱高苯基矽橡膠,具有優良的耐輻射性能。苯基矽橡膠應用在要求耐低溫、耐燒蝕、耐高能輻射、隔熱等場合。
二、矽橡膠的性能及應用
1、優異的耐臭氧老化、耐氧老化、耐光老化和耐天候老化性能。矽橡膠硫化膠在自由狀態下置於室外數年性能無變化。
2、特殊的表麵性能和生理惰性 矽橡膠的表麵能比大多數有機材料低,因此,它具有低吸濕性,長期浸於水中其吸水率僅1%左右,物理機械性能不下降,防黴性能良好;此外,它的許多材料不黏,可起隔離作用。矽橡膠無味、無毒,對人體無不良影響,與機體組織反應輕微,具有優良生理惰性和生理老化性。
3、高透氣性 矽橡膠和其他高分子材料相比,具有極為優越的透氣性,室溫下對氮氣、氧氣和空氣的透過量比天然橡膠高30~40倍,此外,它還具有對氣體滲透的選擇性能,即對不同氣體(例如氧氣,氮氣和二氧化碳等)的透過性差別較大,如對氧氣的透過性是氮氣的一倍左右,二氧化碳透過率為氧氣的5倍左右。
4、卓越的耐高、低溫性能。工作溫度範圍-100~350℃。
5、優良的電絕緣性能。矽橡膠硫化膠的電絕緣性能在受潮、頻率變化或溫度升高時的變化較小,燃燒後生成的二氧化矽仍為絕緣體,此外,矽橡膠分子結構中碳原子少,而且不用碳黑作填料,所以在電弧放電時不易發生焦燒,因而在高壓場合使用它十分可靠。它的耐電暈性和耐電弧性極為良好,耐電暈壽命是聚四氟乙烯的1000倍,耐電弧壽命是氟橡膠的20倍。
矽橡膠具有獨特的綜合性能,使它能成功地用於其他橡膠用之無效的場合,解決了許多技術問題,滿足現代工業和日常生活的各種需要。矽橡膠可以用於汽車配件、電子配件、宇航密封製品、建築工業的粘結縫、家用電器密封圈、醫用人造器官、導尿管等
在紡織高溫設備以及在堿、次氯酸鈉和雙氧水濃度較高的設備上作密封材料也取得良好的效益。綜上所述,可以預見,在以能源、電子、新材料和生命科學為技術革新的先導和核心的二十一世紀,矽橡膠將以其可貴特性展示重要前景,造福於人類。
三、矽橡膠的分類
矽橡膠的分類一般可按硫化方式和化學結構來劃分。通常是按硫化溫度和使用特征分為高溫硫化或熱硫化(HTV)和室溫硫化(RTV)兩大類。前者是高相對分子質量的固體膠,成型硫化的加工工藝和普通橡膠相似。後者是相對分子質量較低的有活性端基或側基的液體膠,在常溫下即可硫化成型。也可分為雙組分RTV矽橡膠(簡稱RTV-2)和單組分RTV矽橡膠(簡稱RTV-1)。
按化學結構分類是根據聚矽氧烷橡膠引入有機側基的不同劃分的。引入側基可顯著地改進其物理機械性能、耐溫性能和加工性能。主要有二甲基矽橡膠、甲基乙烯基矽橡膠、甲基苯基乙烯基矽橡膠和三氟丙基甲基乙烯基矽橡膠等。
我國矽橡膠純膠的品種牌號以英文字母和數字組合而成。英文字母組合表示矽橡膠的組成,後綴數字第一位表示硫化溫度:1為熱硫化(HTV),3為室溫硫化(RTV);對HTV矽橡膠,第二位數字表示側基種類:0為甲基,1為乙烯基,2為苯基,3為腈乙基,4為氟烷基;後兩位數字表示牌號;RTV矽橡膠的第二位數字:1表示單組分RTV矽橡膠,2表示雙組分RTV矽橡膠。
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