馬騰飛，李桂洋，*，郭子民，鄭國棟，李偉明

（1 航天長征睿特科技有限公司，天津 300475；2 航天材料及工藝研究所，北京 100076）

復(fù)合材料軟模成型工藝采用熱膨脹硅橡膠作為芯模，金屬剛性材料為陰模，通過軟模受熱膨脹產(chǎn)生的壓力對復(fù)合材料加壓固化。該方法可以克服多型腔、多筋/肋等復(fù)合材料構(gòu)件傳壓困難的缺點(diǎn)，特別適合形狀復(fù)雜的承力結(jié)構(gòu)復(fù)合材料整體固化成型，如機(jī)身壁板、翼肋、機(jī)載天線罩、工型梁、井字梁、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等［1-5］，通過軟模熱膨脹成型可解決復(fù)雜多型腔復(fù)合材料承力結(jié)構(gòu)高精度、高質(zhì)量、凈尺寸成型的問題，開展復(fù)合材料軟模成型工藝的研究具有重要的軍事和社會效益。

國內(nèi)外已研制了專用的軟模輔助成型技術(shù)的熱膨脹硅橡膠，如美國Airtech 公司開發(fā)的Aircast3700硅橡膠、Dow-coming 公司開發(fā)的Silastic-J 硅橡膠、國內(nèi)中藍(lán)晨光化工研究設(shè)計(jì)院開發(fā)的R-10301 硅橡膠等。國內(nèi)外學(xué)者對復(fù)合材料軟模成型工藝做出了大量研究，Kim 等［6］研究了彈性體材料在熱固性復(fù)合材料固化成型過程中的壓力及黏彈性變化，Ren 等［7］建立了數(shù)值模型來評價(jià)軟模輔助共固化過程中先進(jìn)復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)（AGS）的溫度和固化程度，羅輯等［8］考察了不同尺寸硅橡膠模具對成型過程溫度及預(yù)浸料層間內(nèi)部樹脂壓力的影響，劉鈞等［9］通過軟模膨脹成型制備了力學(xué)性能優(yōu)異的復(fù)合材料承力管，黃其忠等［10］對軟模成型工藝過程進(jìn)行了仿真，研究了軟模間隙等對成型過程參數(shù)的影響，張艷芳等［11］說明了軟模成型復(fù)合材料制件的原理及工藝特點(diǎn)，郭鴻俊等［12］研究了軟模成型膨脹壓力的設(shè)計(jì)及固化工藝的優(yōu)化。

目前對復(fù)合材料軟模成型工藝的研究主要集中在軟模硅橡膠模具設(shè)計(jì)及復(fù)合材料成型過程參數(shù)控制，對軟模成型中芯模使用的關(guān)鍵材料硅橡膠的熱物性評價(jià)及改性研究較少，當(dāng)前復(fù)合材料軟模成型制品仍然存在穩(wěn)定性及尺寸精度較差的問題，限制了軟模成型工藝應(yīng)用。隨著我國新一代運(yùn)載火箭及新型武器型號對小型化、輕質(zhì)化、高強(qiáng)度、長壽命、機(jī)動性、穩(wěn)定性需求的逐步提升，對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的精度及質(zhì)量提出了更高要求，開展硅橡膠的性能研究至關(guān)重要［2-5］。本工作以國內(nèi)外三種常用的熱膨脹硅橡膠為研究對象，比較其流變、密實(shí)、耐熱、力學(xué)、熱膨脹及彈性性能，同時(shí)以低膨脹性二氧化硅為改性填料，考察改性填料粒徑、用量對硅橡膠力學(xué)、耐熱、熱膨脹及彈性性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 主要原材料及儀器

硅橡膠Ⅰ（R-10301），中藍(lán)晨光化工研究設(shè)計(jì)院；硅橡膠Ⅱ（Aircast 3700），美國Airtech 公司；硅橡膠Ⅲ（R-10301G），中藍(lán)晨光化工研究設(shè)計(jì)院；沉淀法SiO2（HGH400，粒徑38 μm），浙江華能硅微粉有限公司；氣相法SiO2（Aerosil 200，粒徑12 nm），贏創(chuàng)德固賽公司。

1.2 樣品制備

硅橡膠原材料為雙組分硫化硅橡膠，由A，B 兩種組分組成，其中A 組分中主要由乙烯基硅膠、鉑系催化劑、抑制劑、填料等組成，B 組分主要由含氫硅油交聯(lián)劑、乙烯基硅油、填料等組成。按實(shí)驗(yàn)配方稱取A，B 組分，在共混容器中依次加入A 組分、B 組分，用行星攪拌器將硅橡膠混合物混合均勻，行星攪拌器轉(zhuǎn)速為300 r/min，將攪拌均勻的硅橡膠放入真空釜，抽真空至真空釜的氣壓小于0.002 MPa，抽真空排氣后，制得硅橡膠共混樣品，共混膠液澆注固化得到不同尺寸硅橡膠試樣。

硅橡膠熱物改性：將二氧化硅放入100 ℃烘箱，保溫2 h 后取出。二氧化硅在硅橡膠ⅠA 組分中分級-復(fù)合方法：依次將定量的二氧化硅填料加入硅橡膠的A組分中，使用行星攪拌器將硅橡膠混合物混合均勻，行星攪拌器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為300 r/min，完成硅橡膠基膠A組分與填料的復(fù)合。二氧化硅在硅橡膠中分散：按照實(shí)驗(yàn)配方稱取B 組分，加入到A 組分與填料混合膠中，按照上述步驟完成硅橡膠的共混及排泡，二氧化硅按照粒徑可分為納米級與微米級，填充份數(shù)以A 組分質(zhì)量占比為基準(zhǔn)，共混后的硅橡膠命名如表1 所示，制得硅橡膠共混樣品，進(jìn)行流變性能表征，共混硅橡膠澆注固化制備不同尺寸樣品，進(jìn)行力學(xué)性能、熱膨脹性能、彈性性能及熱穩(wěn)定性分析。

1.3 實(shí)驗(yàn)測試

1.3.1 流變性能

使用MCR102e 流變儀，采用平行鋼板夾具，頻率為10 r/min，振蕩頻率掃描應(yīng)變?yōu)?.1%，測試液體硅橡膠室溫下的黏度變化及流變性能［13］。

1.3.2 微觀形態(tài)

其中，紅色的點(diǎn)表示不滿足約束和任務(wù)要求的目標(biāo)，由密集的點(diǎn)可以看出加速度a在開始階段變動幅度較大，但逐漸趨于平穩(wěn)。在滿足機(jī)械手的任務(wù)要求的前提下，優(yōu)化到第501步時(shí)，a值達(dá)到最優(yōu)，即圖中綠色的點(diǎn)。優(yōu)化前后各參數(shù)如下表1所示。

使用HG-3401TU 顯微鏡，測試不同條件下硅橡膠的內(nèi)部質(zhì)量及微觀形態(tài)。

1.3.3 力學(xué)性能

使用AI-7000S 力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)，按GB/T528—2009 裁切I型啞鈴型試樣，測試熱膨脹硅橡膠的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率，按GB/T 529—2008 裁切直角型試樣，測試熱膨脹硅橡膠的撕裂強(qiáng)度。使用邵氏硬度計(jì)按GB/T531.1—2009，測試熱膨脹硅橡膠的邵氏A硬度。

1.3.4 熱穩(wěn)定及線膨脹系數(shù)性能

使用STA 449F3 熱失重分析儀，在空氣環(huán)境下，采用10 ℃/min 升溫速率，測試熱膨脹硅橡膠的熱穩(wěn)定性。使用中溫膨脹儀，測試室溫～200 ℃下熱膨脹硅橡膠的平均線膨脹系數(shù)。

2 結(jié)果與討論

熱膨脹硅橡膠Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ屬于雙組分室溫硫化硅橡膠，制備模具的步驟依次為組分共混、抽真空脫泡、澆注模具。硅橡膠交聯(lián)固化過程中流動性變化對制模時(shí)間影響很大，流動性差會導(dǎo)致硅橡膠混合均勻性差、制品氣孔多等缺陷。硅橡膠是在復(fù)合材料固化成型溫度下使用，其耐熱穩(wěn)定性是保證軟模成型工藝的關(guān)鍵。硅橡膠模具反復(fù)脫模易造成軟模損壞，力學(xué)性能的優(yōu)劣決定了軟模的使用壽命。復(fù)合材料軟模成型工藝主要通過硅橡膠的受熱膨脹加壓特性來實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的加壓固化，硅橡膠的線膨脹系數(shù)及彈性模量為軟模工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。硅橡膠模具的質(zhì)量及性能評價(jià)對復(fù)合材料軟模成型制品質(zhì)量至關(guān)重要，本工作通過對三種硅橡膠進(jìn)行性能評價(jià)，篩選出適合軟模成型工藝的硅橡膠，同時(shí)對填料改性的硅橡膠性能表征，驗(yàn)證硅橡膠改性效果。

2.1 硅橡膠交聯(lián)固化過程流變性能對比

膠料共混后會發(fā)生硅橡膠高分子鏈的化學(xué)交聯(lián)與物理交聯(lián)，隨反應(yīng)的進(jìn)行硅橡膠黏度逐漸升高，膠料混合、抽真空排泡及模型澆注過程需要一定的操作時(shí)間，黏度增加過快會導(dǎo)致澆注后的模型內(nèi)部存在大量氣孔，影響硅橡膠的制模質(zhì)量。

雙組分硅橡膠共混后硅橡膠黏度變化如圖1（a）所示，硅橡膠反應(yīng)初期黏度隨時(shí)間的延長而緩慢增加，隨反應(yīng)的進(jìn)行硅橡膠黏度迅速增加，對比三種硅橡膠黏度變化可知，硅橡膠Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ的黏度增加逐步加快，硅橡膠Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ具備流動性的時(shí)間逐漸減少。隨著硅橡膠加成反應(yīng)的進(jìn)行會發(fā)生交聯(lián)固化，G′和G″隨反應(yīng)時(shí)間的變化如圖1（b）所示，G′為儲能模量，為形變能力中彈性部分；G″為損耗模量，為形變能力中的黏性部分。反應(yīng)的起始階段G′小于G″，表明此時(shí)體系的交聯(lián)點(diǎn)很少，體系處于液體狀態(tài)。隨反應(yīng)的進(jìn)行，G′及G″隨時(shí)間逐步變大，硅橡膠的交聯(lián)逐漸增多，交聯(lián)程度逐漸增加，G′＜G″時(shí)硅橡膠狀態(tài)為以黏性為主的流體，G′＞G″時(shí)硅橡膠狀態(tài)為以彈性為主的凝膠體，G′=G″時(shí)硅橡膠狀態(tài)的黏性和彈性相等，為溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變點(diǎn)。分析可知，硅橡膠Ⅰ，Ⅱ達(dá)到溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變點(diǎn)的時(shí)間比硅橡膠Ⅲ長，說明硅橡膠Ⅰ，Ⅱ組分共混后具備流動性的時(shí)間比硅橡膠Ⅲ長，硅橡膠Ⅰ，Ⅱ流動性優(yōu)于硅橡膠Ⅲ，制模的周期更長，利于熱膨脹硅橡膠制模工藝。

圖1 硅橡膠流變特性分析 （a）黏度曲線；（b）G′與 G″曲線Fig.1 Rheological analysis of silicone rubber （a）viscosity curves；（b）G′ and G″ curves

2.2 硅橡膠熱穩(wěn)定性對比

硅橡膠軟模在復(fù)合材料成型溫度下使用，硅橡膠的熱穩(wěn)定性應(yīng)高于復(fù)合材料成型溫度。硅橡膠Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ均為雙組分加成型硅橡膠，主鏈以Si—O 鍵組成，Si—O 的鍵能較高，因此硅橡膠具有良好的耐熱性能。積分程序分解溫度（TIPD）與材料內(nèi)部不穩(wěn)定組分密切相關(guān)，常用于評價(jià)材料的內(nèi)部熱穩(wěn)定性，TIPD越高，材料的熱穩(wěn)定性越高，TIPD可用式（1）～（4）計(jì)算。硅橡膠Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ熱重曲線如圖2 所示，熱分解溫度如表2 所示，硅橡膠質(zhì)量損失5%，硅橡膠Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ溫度（T5%）分別為391.1，403.3，409.5 ℃；硅橡膠質(zhì)量損失10%，硅橡膠Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ溫度（T10%）分別為429.6，443.3，459.0 ℃；硅橡膠質(zhì)量損失30%，硅橡膠Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ溫度（T30%）分別為513.6，534.8，581.5 ℃；硅橡膠Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ積分程序分解溫度分別為480.7，485.7，537.6 ℃，在質(zhì)量損失較小時(shí)，三種硅橡膠分解溫度相差較小，隨著溫度繼續(xù)升高，硅橡膠Ⅲ的熱穩(wěn)定性優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，硅橡膠Ⅲ的TIPD比硅橡膠Ⅰ高約11.8%。熱膨脹硅橡膠主要用于樹脂基復(fù)合材料軟膜成型，基體材料主要為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬樹脂等，固化溫度均低于250 ℃，因此硅橡膠Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ均能很好滿足軟膜成型溫度要求。

圖2 三種硅橡膠的TG 與DTG 曲線Fig.2 TG and DTG curves of three kinds of silicone rubber

表2 三種硅橡膠的熱分解溫度Table 2 Thermal decomposition temperature of three kinds of silicone rubber

式中：TA為物質(zhì)完全分解的假設(shè)溫度；Ti為實(shí)驗(yàn)起始溫度；Tf為實(shí)驗(yàn)終止溫度；A*，K*計(jì)算如圖3 所示；SOXECY為圖3 中O，X，E，C，Y圍起來的面積；SOXNY為圖3 中O，X，N，Y圍起來的面積；SFBCY為圖3 中F，B，C，Y圍起來的面積；SFBDY為圖3 中F，B，D，Y圍起來的面積。

圖3 求取A*，K*所需的區(qū)域示意圖Fig.3 Schematic representation of demand for A* and K*

2.3 硅橡膠受熱膨脹加壓性能對比

硅橡膠的線膨脹系數(shù)如圖4（a）所示，在室溫～200 ℃溫度范圍內(nèi)，硅橡膠Ⅰ平均線膨脹系數(shù)為254×10-6℃-1，硅橡膠Ⅱ平均線膨脹系數(shù)為239×10-6℃-1，硅橡膠Ⅲ平均線膨脹系數(shù)為232×10-6℃-1。隨著溫度的升高，硅橡膠平均線膨脹系數(shù)未見明顯波動，硅橡膠Ⅰ的平均線膨脹系數(shù)最高，是硅橡膠Ⅱ的1.06 倍、是硅橡膠Ⅲ的1.09 倍，在受熱后硅橡膠Ⅰ軟模具有最大的膨脹量。彈性模量是衡量材料抵抗彈性變形能力大小，硅橡膠彈性模量變化如圖4（b）所示，硅橡膠Ⅰ彈性模量范圍為2.40～2.88 MPa，硅橡膠Ⅱ彈性模量范圍為3.37～5.07 MPa，硅橡膠Ⅲ彈性模量范圍為4.07～4.76 MPa。硅橡膠Ⅰ的彈性模量最低，在同等體積壓縮變形量下，軟模產(chǎn)生的壓力越小。高溫下軟模產(chǎn)生的附加壓力決定了復(fù)合材料構(gòu)件的質(zhì)量，附加壓力與硅橡膠軟模的線膨脹系數(shù)及彈性模量成正比，不同樹脂體系的復(fù)合材料所需附加壓力的溫度、壓力值不同，采購的硅橡膠材料只具有單一的線膨脹系數(shù)與彈性模量，難以滿足不同樹脂體系的復(fù)合材料成型需求，對硅橡膠的膨脹性能進(jìn)行改性，可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料軟模成型工藝多體系應(yīng)用。

圖4 三種硅橡膠線膨脹系數(shù)（a）及彈性模量（b）Fig.4 Linear expansion coefficient（a） and elastic modulus（b） of three kinds of silicone rubber

2.4 填料種類和用量對硅橡膠性能影響

填料SiO2由硅和氧原子組成，硅原子連接四個(gè)氧原子，氧原子連接兩個(gè)硅原子，組成硅氧四面體。SiO2常用于增強(qiáng)材料填充到硅橡膠中，在硅橡膠基體內(nèi)形成與硅橡膠聚合物分子鏈的纏結(jié)交聯(lián)，改善硅橡膠基體的性能，本工作通過分級-復(fù)合-分散填充不同粒徑的SiO2調(diào)節(jié)硅橡膠Ⅰ的力學(xué)性能、熱膨脹性能及熱穩(wěn)定性［14-17］，納米填料比表面積高，增稠效果明顯高于微米填料，導(dǎo)致納米SiO2填充量遠(yuǎn)低于微米SiO2，硅橡膠Ⅰ微米填料最大填充份數(shù)為60 phr，納米填料最大填充份數(shù)為2 phr。

2.4.1 填料對硅橡膠流變特性影響

增加填料的硅橡膠共混后黏度變化如圖5（a）所示，隨微米級填料HGH400 用量的增加，硅橡膠黏度增加的速度先減緩后增快，隨納米級填料Aerosil 用量的增加，硅橡膠黏度增加的速度逐漸加快，硅橡膠Ⅰ-N-3黏度增加得最快，硅橡膠ⅠA組分與3 phr Aerosil混合后膠料狀態(tài)如圖6 所示，黏度增加非常明顯，操作困難，主要是由于SiO2在硅橡膠分散后，不同粒子間通過表面的硅羥基產(chǎn)生的氫鍵作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得體系的黏度增加。增加填料的硅橡膠共混后G′和G″隨反應(yīng)時(shí)間的變化如圖5（b）所示，硅橡膠Ⅰ溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變時(shí)間為180 min，硅橡膠Ⅰ-M-60 溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變時(shí)間為195 min，硅橡膠Ⅰ-N-2 溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變時(shí)間為150 min，硅橡膠Ⅰ-N-3 溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變時(shí)間為76 min。隨著氣相法SiO2的增加，硅橡膠凝膠時(shí)間縮短，主要由于形成了硅橡膠-填料交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，填料對空間交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)起到了促進(jìn)作用，使得硅橡膠的交聯(lián)反應(yīng)速度加快。沉淀法SiO2使得硅橡膠凝膠時(shí)間延長，可能由于填料表面有較多的羥基，羥基的相互作用會使得硅醇基團(tuán)增多，硅醇基團(tuán)與含氫硅油交聯(lián)劑活潑氫反應(yīng)，導(dǎo)致主反應(yīng)受影響，交聯(lián)固化速率降低。綜合兩種填料對硅橡膠黏度及凝膠時(shí)間的影響，氣相法SiO2對硅橡膠黏度及固化交聯(lián)速率影響較大，共混膠料黏度較大，難以流平，反應(yīng)較快，操作時(shí)間窗口較小，不適合作為熱膨脹硅橡膠Ⅰ的改性填料。沉淀法SiO2的增加對硅橡膠的黏度及固化交聯(lián)速率影響較小，更適合作為熱膨脹硅橡膠Ⅰ的改性填料。

圖5 填料對硅橡膠流變特性影響分析 （a）黏度曲線；（b）G′與G″曲線Fig.5 Effect of fillers on rheological properties of silicone rubber （a）viscosity curves 線；（b）G′ and G″ curves

圖6 硅橡膠A 組分與3 phr 納米SiO2共混后狀態(tài)Fig.6 Silicone rubber state of component A filled with 3 phr nano-SiO2

2.4.2 填料對硅橡膠受熱膨脹加壓性能的影響

圖7（a）是硅橡膠在不同填料份數(shù)下的線膨脹系數(shù)，硅橡膠的線膨脹系數(shù)與填料填充量相關(guān)，隨著填料的增加，硅橡膠線膨脹系數(shù)呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。硅橡膠復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)與各相熱膨脹系數(shù)相關(guān)，SiO2是一種熱膨脹系數(shù)較低的無機(jī)材料（約3×10-6～5×10-6℃-1），線性尺寸穩(wěn)定性保持良好，隨著低膨脹系數(shù)填料SiO2的增加，硅橡膠復(fù)合材料膨脹系數(shù)降低，基本符合復(fù)合材料混合定律。硅橡膠彈性模量與填料填充量的關(guān)系如圖7（b）所示，純硅橡膠Ⅰ彈性模量為2.4 MPa，隨著填料添加量的增加，硅橡膠室溫彈性模量逐漸增加。SiO2為剛性無機(jī)粒子，在硅橡膠中填充后會與硅橡膠分子鏈發(fā)生纏結(jié)，阻礙基體硅膠的變形，隨填料的增加，對基體活動的限制越多，導(dǎo)致硅橡膠彈性模量不斷增加。

圖7 填料用量對SR/SiO2線膨脹系數(shù)（a）及彈性模量（b）的影響Fig.7 Effect of filler amount on linear expansion coefficient（a） and elastic modulus（b） of SR/SiO2

SiO2填充量小于30 phr，隨著填料的增加，硅橡膠線膨脹系數(shù)明顯降低，SiO2填充量大于30 phr 以后，硅橡膠的線膨脹系數(shù)降低趨勢減緩。SiO2在硅橡膠中分散狀態(tài)的掃描電鏡照片如圖8 所示，填料填充量在30 phr 時(shí)，填料間距離較大，填料填充量在40 phr 時(shí)，填料緊密相連。SiO2填充量小于30 phr 時(shí)，硅橡膠內(nèi)部未形成有效的填料網(wǎng)絡(luò)，低膨脹系數(shù)填料的引入必然降低整體線膨脹系數(shù)，同時(shí)填料與硅橡膠分子鏈纏結(jié)作用力也使得硅橡膠基體膨脹系數(shù)降低。當(dāng)SiO2填充量大于30 phr 時(shí)，硅橡膠內(nèi)部形成填料網(wǎng)絡(luò)，填料間距變小，填料對硅橡膠分子鏈的影響減弱，硅橡膠基體膨脹系數(shù)增加，導(dǎo)致硅橡膠復(fù)合材料膨脹系數(shù)降低速率減小。SiO2填充量小于30 phr，未形成填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，隨著填料的增加，硅橡膠彈性模量緩慢增加。SiO2填充量大于30 phr，隨填料的增加，填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越完善，硅橡膠彈性模量快速增加。當(dāng)微米SiO2填充份數(shù)為60 phr 時(shí)，硅橡膠線膨脹系數(shù)降低約22%，彈性模量提高約96%，表明在硅橡膠基體中加入微米SiO2填料，能大幅改變硅橡膠的膨脹性能，可用于調(diào)節(jié)硅橡膠的線膨脹系數(shù)與彈性模量，定向改善與復(fù)合材料的加壓匹配性，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料軟模成型工藝優(yōu)化。

圖8 SiO2在硅橡膠中的分散狀態(tài)的掃描電鏡照片 （a）30 phr；（b）40 phrFig.8 SEM images of SiO2 dispersed in silicone rubber （a）30 phr；（b）40 phr

2.4.3 填料對硅橡膠熱穩(wěn)定性能的影響

填料用量對硅橡膠熱重（TG）曲線及微商熱重分析（DTG）曲線的影響如圖9 所示。硅橡膠在溫度低于300 ℃，無明顯熱失重現(xiàn)象。熱重?cái)?shù)據(jù)見表3，分別列出了熱失重5% 的溫度T5%，熱失重10% 的溫度T10%，熱失重40%的溫度T40%，填充填料的硅橡膠復(fù)合材料熱分解溫度均高于純SR，隨著填料用量的增加，硅橡膠復(fù)合材料的熱分解溫度呈現(xiàn)上升態(tài)勢，由于無機(jī)粒子的比熱容高于SR，在高溫下復(fù)合材料吸收熱量更多，同時(shí)填料與硅橡膠分子鏈之間會形成較多物理或化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)，分子間作用力的引入降低了硅橡膠基體發(fā)生分子鏈斷裂的概率，進(jìn)而提高了硅橡膠的熱穩(wěn)定性，因此填料的加入會提高硅橡膠的熱穩(wěn)定性。

圖9 不同填料份數(shù)的SR/SiO2的TG（a）與DTG（b）曲線Fig.9 TG（a） and DTG（b） curves of SR/SiO2 with different fillers

表3 不同填料份數(shù)的SR/SiO2熱分解溫度Table 3 Thermal decomposition temperatures of SR/SiO2 with different fillers

3 結(jié)論

（1）對比熱膨脹硅橡膠Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ的各項(xiàng)性能，三種硅橡膠熱穩(wěn)定性能均很優(yōu)異，線膨脹系數(shù)及彈性模量比較穩(wěn)定。硅橡膠Ⅰ組分混合后黏度增加及交聯(lián)過程較慢，硅橡膠制模工藝窗口寬，適合進(jìn)行硅橡膠熱物性能改性研究。

（2）分別采用納米二氧化硅及微米二氧化硅對熱膨脹硅橡膠Ⅰ進(jìn)行填充，其中納米二氧化硅因比表面積大在硅橡膠中的填充量較小，納米二氧化硅填充量最大為2 phr，微米二氧化硅填充量最大為60 phr。

（3）對比二氧化硅填料種類及用量對熱膨脹硅橡膠Ⅰ性能的影響，填料的增加對熱膨脹硅橡膠熱穩(wěn)定性影響較小，微米二氧化硅對硅橡膠膨脹加壓性能影響較大，當(dāng)微米二氧化硅填充份數(shù)為60 phr 時(shí)，線膨脹系數(shù)降低約22%，彈性模量提高約96%。

（4）通過調(diào)節(jié)微米二氧化硅的填充量可實(shí)現(xiàn)硅橡膠的熱膨脹性能的定向及定量調(diào)節(jié)，為熱膨脹硅橡膠的評價(jià)及熱物改性設(shè)計(jì)提供參考。