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        填料對(duì)硅酮膠性能的影響

        2021-12-23 03:33:52楊育其陳炳耀彭小琴全文高楊永強(qiáng)
        化學(xué)與粘合 2021年6期
        關(guān)鍵詞:碳酸鈣

        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(guò)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(chē)車(chē)架裝配、機(jī)械設(shè)備密封及建筑行業(yè)門(mén)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(guò)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(huì)得到很大的提高,但是過(guò)量使用氣相白炭黑,會(huì)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(huì)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(duì)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(xiāo)售處;電子萬(wàn)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(cè)定儀,北京海天友誠(chéng)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(kāi)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(cè)。

        (3)拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率:按GB/T 528-2009用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)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(duì)折并用圓筒輕輕碾壓,然后拉開(kāi)紙片觀察膠料中是否有顆粒。通常要求可見(jiàn)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(cè)定儀的托盤(pán)中,在105℃條件下加熱5min,讀出快速水分測(cè)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(wú)烘烤對(duì)硅橡膠性能的影響

        表1 氣相白炭黑有無(wú)烘烤對(duì)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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)80℃烘烤,各方面性能更好。

        2.2 氣相白炭黑添加量對(duì)硅橡膠性能的影響

        表2 氣相白炭黑含量對(duì)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(lái)的硅膠,其拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)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(méi)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(duì)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(zhǎng)率呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì),在添加量為20%時(shí),拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)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(zhǎng)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(huì)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(zhǎng)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(duì)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(duì)硅酮膠性能的影響

        表3 不同含量水分的納米碳酸鈣對(duì)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(shuō)明納米碳酸鈣產(chǎn)品的含水量對(duì)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(huì)有個(gè)相互凝聚的趨勢(shì),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(guò)高與交聯(lián)劑等反應(yīng)會(huì)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(wú)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(duì)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。

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