硅橡胶弹性体共混改性研究与应用

蔺笔雄

东莞市正安有机硅科技有限公司广东东莞523465

摘要:硅橡胶以其优异的耐热性、耐老化和耐磨性及优良的导电性在聚合物共混领域得到了大量的研究及应用。采用共混方法,将硅橡胶和其它具有弹性、纤维性或塑性的聚合物共混,产生具有某些特殊性能的新材料。本文介绍了硅橡胶与其它橡胶、树脂及热塑性弹性体共混改性的研究概况。

关键词:硅胶；橡胶;共混;改性;研究与应用

引言：

由于硅橡胶在性价比、耐油、耐热性和耐化学药品等方面的优势,其应用范围不断扩大。但随着石油和汽车工业的发展,对硅橡胶提出了更加苛刻的要求,促进了硅橡胶的改性研究。主要是利用合成阶段的改性、多元化共聚、加工阶段与不同橡胶共混、橡塑并用、添加助剂等方法来改善硅橡胶的综合性能,现已取得很大成效,一系列高性能新品种相继出现。

目前,全世界的橡胶总耗量中约有75%是以共混橡胶的形式进行应用的,因为共混橡胶是经过硫化反应制成的共混硫化胶,具有优良的物理机械性能。橡塑共混、橡胶与橡胶的共混是改善橡胶加工技术及橡胶制品质量的重要途径。本文介绍了硅橡胶在橡胶与橡胶共混、橡胶与树脂、热塑性弹性体共混等领域的研究情况。

1橡胶与橡胶共混改性研究与应用

1.1二元共混

1.1.1硅橡胶为基质胶

1.1.1.1硅橡胶/三元乙丙橡胶(EPDM)

硅橡胶/EPDM共混胶的性能介于硅橡胶和EPDM之间,主要用于汽车配件、软管外层胶、防尘罩、密封条、鞋、胶板、液化石油气软管和各种工业制品中。为了改善硅橡胶/EPDM的相容性,郑金红等采用第三组分增容途径,改善了硅橡胶/EPDM并用胶的相容性、加工性和力学性能。不同增容体系的研究对比表明,乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)的增容效果最为显著,在适当的工艺条件及硫化体系下,可获得最佳的力学性能,可以在不降低并用胶力学性能的同时提高其耐热空气老化、耐大气老化和耐臭氧性能[1]。随着EPDM不饱和度提高,硅橡胶/EPDM的共硫化性能提高,硫化胶的拉伸强度提高明显,但热空气老化性能下降。不同并用比的硅橡胶/EPDM共混胶的力学性能相对单一胶种均有不同幅度下降;经过烘胶处理的硅橡胶/EPDM力学性能提高,SEM分析表明,烘胶处理提高了胶料间的相容性。少量相容剂EVA、氯化聚乙烯(CPE)的加入即可提高硅橡胶/EPDM的拉伸强度等力学性能,EVA、CPE用量分别为0.5份及1份时起到最佳效果。丙烯酸锌(ZDA)的加入,提高了硅橡胶/EPDM共混胶的硫化速率及硫化程度,硫化胶的拉伸强度及拉断伸长率在ZDA用量为5份时达到最大值,此时硫化胶具有最好的综合性能。宋智彬等[8]研究了共混比、增容剂用量、混炼方法对硅橡胶/EPDM共混物性能的影响。研究表明,在以硅橡胶为主胶种的并用胶中加入EPDM可以改善硅橡胶的耐老化性、电绝缘性,而在以EPDM为主胶种的并用胶中加入硅橡胶可以改善EPDM的耐油性及耐磨性;增容剂能改善并用胶的力学性能,CPE用量在5～10份左右为宜;混炼工艺可采用硅橡胶和EPDM分别混炼再按比例掺混的混炼方法。

1.1.1.2硅橡胶/天然橡胶(NR)

蔡海燕等研究了表面处理剂三乙醇胺和硅烷偶联剂对白炭黑填充的不同并用比的硅橡胶/NR胶料低温硫化胶性能的影响。结果表明,表面处理剂可改善硅橡胶/NR胶料的耐磨性;胶料撕裂强度的最低值所对应的并用比随表面处理剂类型和硫化温度而变化;并用胶的自粘性随并用比的变化明显存在最低值,当NR用量大于60份时,并用胶才重新具有纯硅橡胶的自粘性[2]。

1.1.2硅橡胶为分散相

1.1.2.1氢化丁腈橡胶(HNBR)/NBR

HNBR的综合性能十分优异,缺点是价格昂贵,限制了其在我国橡胶工业中的广泛应用。以DCP、S和促进剂CZ(质量份分别为4、0.3、1.5)作为硫化体系,选择饱和度较低的HNBR(95%)与硅橡胶共混,可获得具有较好物理机械性能和热空气老化性能的共混胶[3]。而且HNBR/硅橡胶共混物有较好的相容性,随HNBR用量增加,共混物性能尤其是热空气老化性能提高。

1.1.2.2二元共聚氯醚橡胶(ECO)/NBR

ECO具有良好的耐老化性和耐臭氧性,优异的耐油性和耐透气性,较好的低温性能。ECO属于特种橡胶,价格昂贵,通常采用与其它橡胶共混的方法来降低其成本。邹华等研究了将促进剂TT加入到ECO/硅橡胶共混胶中作为共硫化剂,使得共混胶的300%定伸应力、拉伸强度等物理机械性能有所下降,但其耐油性大幅度提高。

2树脂与硅橡胶共混改性研究与应用

2.1普通型树脂/硅橡胶共混

2.1.1聚苯胺粉末(PAN)/硅橡胶

把化学法合成的具有高导电性能的PAN与硅橡胶共混,从而制备PAN/硅橡胶复合材料。PAN粉末与硅橡胶复合后可显著提高硅橡胶的性能,具有一定的导电性和较好的综合力学性能,对硅橡胶具有一定的补强作用,且加工工艺性能好。这种复合材料很有发展前途,能够解决结构导电聚合物加工成型困难。

2.1.2聚丙撑碳酸酯(PPC)/硅橡胶

将硅橡胶和PPC在一定温度下充分混合,加入炭黑及增塑剂,最后加入防老剂等,再硫化,从而制得PPC/硅橡胶共混体。填充PPC/硅橡胶共混性弹性体具有良好的加工性和较小的扯断永久变形。加入PPC在一定程度上能改善填充硅橡胶弹性体的热氧老化稳定性,同时能大幅度地改善填充硅橡胶弹性体的耐油特性。在经MA改性后,填充PPC/硅橡胶弹性体热氧老化稳定性和耐油特性得到进一步提高。

2.2硅橡胶/树脂共混

2.2.1硅橡胶/CPE

过氧化二异丙苯(DCP)和三巯基均三嗪(TMT)并用作为硅橡胶/CPE共混物的共硫化体系。在DCP和TMT用量均为2份时,共混硫化胶的拉伸强度、扯断伸长率达到最大,而硬度、100%定伸应力最小;压缩永久变形随硫化体系中TMT的增加略有增加,但变化不明显。此外硅橡胶与CPE135B并用,分散相粒径较小,两相分散均匀,相容性好于NR与CPE135B并用。并用20～40份CPE135B能改善硅橡胶耐3#油性能;并用CPE135B提高了NBR并用胶的阻燃性。

2.2.2硅橡胶/聚甲醛(POM)

硅橡胶为非结晶性极性橡胶,耐油性极佳,大量用于密封件。POM则是高度结晶且具有优异的耐磨性、自润滑性及优异的机械性能。将二者共混,预期可获得综合性能优良的共混物。硅橡胶中丙烯腈含量增加,共混物的拉伸强度显著提高;随着POM用量增加,共混物的拉伸强度变化不大,而撕裂强度明显提高,伸长率下降,硬度有规律地增加,耐油性能有所改善;选用过氧化物硫化体系或低硫高促硫化体系制备的硅橡胶/POM二元共混物的性能较好。

结束语：

硅橡胶以其优异的耐热性、耐老化和耐磨性及优良的导电性在聚合物共混领域得到了大量的研究及应用。在新材料不断涌现的今天,加强对硅橡胶的共混改性研究,积极探索硅橡胶改性的新方法,对于扩大硅橡胶的应用并充分发挥其本身性能优势具有重要意义。

参考文献：

[1]赵敏.一种绝热节能环保硅橡胶材料及其制备方法[J].橡胶工业,2019,66(03):202.

[2].瓦克在全球扩大硅橡胶产能[J].橡胶工业,2019,66(03):206.

[3]柯玉超,王识君,吴蕾.发泡硅橡胶本构模型与力学性能的研究[J].橡胶工业,2019,66(03):177-183.