＊鐘 偉

（萬新（廈門）新材料有限公司 福建 361023）

引言

硅膠材料是一類由硅氧鏈節(jié)作為基本結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈通過硅原子與其他有機(jī)基團(tuán)相連的高分子量聚有機(jī)硅氧烷，因?yàn)橹麈湹腟i-O（451kJ/mol）具有較高的鍵能和其他特性，因而具有良好的耐化學(xué)穩(wěn)定性、耐候性和抗老化、收縮率低、脫模性好等性能，在電子電氣、密封材料、隔熱材料、導(dǎo)電材料、吸波材料和化工領(lǐng)域等具有廣泛的應(yīng)用。但傳統(tǒng)硅膠材料的力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率等常隨著溫度的變化而降低，并且功能單一，很難滿足社會高速發(fā)展對硅膠的應(yīng)用需求[1-2]。

硅膠材料種類繁多，根據(jù)硫化機(jī)理可分為縮合型與加成型硅膠，而根據(jù)硫化溫度則可以分為高溫硫化硅膠與室溫硫化硅膠。而硅膠材料的制備方法也特別多，根據(jù)固化方式的不同，主要包括有熱固化、紫外光固化等。隨著社會的不斷發(fā)展，生活品質(zhì)逐步提高，可逆變色硅膠材料因具有變色靈敏、性能穩(wěn)定、耐溫性好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有高附加值和較高技術(shù)含量的新型材料，其應(yīng)用前景廣泛，未來市場潛力巨大[3]。一方面，通過顏色變化指示材料溫度，可廣泛應(yīng)用于智能制造、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的示溫或報(bào)警；另一方面，可逆變色硅膠材料在智能建筑、智能醫(yī)療、商標(biāo)防偽和裝飾用品等領(lǐng)域也有諸多應(yīng)用。通常，變色材料大致可以通過光致變色、熱致變色、電致變色和溶劑致變色等方式實(shí)現(xiàn)[4-5]。但是，在制備變色硅膠材料或其他功能硅膠材料時(shí)，往往因添加功能助劑，導(dǎo)致其力學(xué)性能降低，如對于導(dǎo)電功能硅膠材料，由于添加了大量的導(dǎo)電性填充物，會使硅膠失去原來的結(jié)構(gòu)，并降低導(dǎo)電硅膠復(fù)合材料的機(jī)械性能，從而限制其進(jìn)一步應(yīng)用[6]。

為了解決這一問題，研究者們正在不斷探索新的制備方法和配方，以提高功能硅膠材料的力學(xué)性能。例如，采用先進(jìn)的納米技術(shù)、高分子復(fù)合技術(shù)等手段，可以在保證功能性（如可逆變色性能）的同時(shí)，提高硅膠的力學(xué)性能。此外，通過優(yōu)化硅膠的加工工藝，如采用高溫高壓成型技術(shù)等，也可以提高硅膠的力學(xué)性能。

本文針對傳統(tǒng)硅膠材料功能單一以及功能改性過程中往往存在破壞力學(xué)性能的缺陷，通過在硅膠材料中添加不同含量的可逆變色粉，采用開煉機(jī)進(jìn)行充分混合均勻后，利用硫化儀制備得到可逆變色硅膠材料，通過可逆變色粉含有的活性基團(tuán)與硅膠的相互作用，探討可逆變色粉的添加量對材料力學(xué)性能、硬度等的影響，研究可逆變色硅膠材料的可逆變色性能。

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)主要原料和儀器

可逆變色粉，深圳市千色變新材料科技有限公司；硅膠，萬新（廈門）新材料有限公司；架橋劑雙二五，深圳市豪泰興業(yè)科技有限公司；硫化機(jī)、開煉機(jī)，東莞市世研精密儀器有限公司。

(2)可逆變色硅膠材料的制備

將可逆變色粉按0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%的比例分別加入到硅膠和架橋劑雙二五中得到初步混合物，再在兩輥開煉機(jī)中進(jìn)行充分混合，得到均勻膠料。然后，將混合均勻的膠料放在平板硫化機(jī)中，于170℃下硫化8min，得到可逆變色硅膠材料。

(3)性能測試

可逆變色性能測試：將制備的可逆變色硅膠材料分別置于30℃、40℃、50℃的環(huán)境中，觀察其顏色變化。

拉伸性能和撕裂強(qiáng)度采用萬能試驗(yàn)機(jī)分別按照GB/T 528—2009和GB/T 529—2008進(jìn)行測試，拉伸速率為50mm/min，每組樣品至少測量5次，取其平均值。

硬度按照GB/T 531.1—2008測試。

壓縮永久變形測試：壓縮永久變形按GB/T 1683—2018測試。

2.結(jié)果與討論

(1)可逆變色硅膠材料的力學(xué)性能

材料的力學(xué)性能是指材料在外力的作用下抵抗變形和斷裂的宏觀性能，主要指標(biāo)有剛度、塑性、韌性、強(qiáng)度、硬度和疲勞強(qiáng)度等。本文從拉伸性能、撕裂強(qiáng)度、壓縮永久變形性和硬度等方面，研究可逆變色粉用量對可逆變色硅膠材料力學(xué)性能的影響。

①拉伸性能

拉伸試驗(yàn)可測定材料的強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)，如拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率等，是表征材料力學(xué)性能重要的表征手段之一。圖1是可逆變色硅膠材料老化前后的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率曲線，從圖1中可以看出，可逆變色硅膠材料老化前后的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率均隨著可逆變色粉含量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。當(dāng)可逆變色粉添加量為0.8%時(shí)，達(dá)到最大值，拉伸強(qiáng)度為10.6MPa，斷裂伸長率為497.9%，老化后拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率分別為9.9MPa和464.9%，具有良好的力學(xué)性能，這主要是因?yàn)榭赡孀兩酆械幕钚曰鶊F(tuán)可與硅膠反應(yīng)，起到增強(qiáng)作用。而隨著含量的進(jìn)一步增加，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率降低，主要是由于可逆變色粉在硅膠材料中部分團(tuán)聚所致[3]。

②撕裂強(qiáng)度

撕裂強(qiáng)度是指撕裂薄型試樣所需的力，它是測定薄膜或薄片耐撕裂性的一個(gè)重要的試驗(yàn)方法。圖2是可逆變色硅膠材料老化前后的撕裂強(qiáng)度，從圖中可以看出，可逆變色硅膠材料的撕裂強(qiáng)度在老化前隨著可逆變色粉的增加同樣呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)可逆變色粉的含量為0.8%時(shí)，最大撕裂強(qiáng)度為42.1N/mm。而在老化后，雖然不同可逆變色粉含量的可逆變色硅膠材料的撕裂強(qiáng)度有所降低，但最大值仍保持在40.6N/mm，強(qiáng)度保留率達(dá)到96.4%，具有良好的抗撕裂性能。

圖2 可逆變色硅膠材料老化前后的撕裂強(qiáng)度

③壓縮永久變形性

壓縮永久變形性是硅膠材料的一個(gè)重要特性，特別是在制作壓縮型硅膠產(chǎn)品時(shí)尤為重要。硅膠的壓縮永久變形性是指在施加一定的壓力后，硅膠材料發(fā)生的不可逆的形變。圖3是可逆變色硅膠材料老化前后的壓縮永久變形性，從圖3中可以看出，可逆變色硅膠材料的壓縮永久變形較小，尤其是當(dāng)可逆變色粉的含量為0.8%時(shí)，老化前后的壓縮永久變形量分別為10.2%和14.8%，表明該類材料具有較好的回彈能力，抗變形能力越強(qiáng)。

圖3 可逆變色硅膠材料老化前后的壓縮永久變形性

④硬度

硬度是表征材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力，是比較各種材料軟硬的指標(biāo)。圖4是可逆變色硅膠材料老化前后的硬度，同樣地，可逆變色硅膠材料老化前后都具有較高的硬度，分別達(dá)到71.3和70.7，與拉伸性能和撕裂強(qiáng)度具有類似的變化規(guī)律，表明添加可逆變色粉制備的可逆變色硅膠材料在老化前后，均具有良好的力學(xué)性能，使其能夠應(yīng)用于對力學(xué)性能要求較高的領(lǐng)域，對拓寬該類材料的應(yīng)用具有重要的意義。

圖4 可逆變色硅膠材料老化前后的硬度

(2)可逆變色硅膠材料的可逆變色

圖5是可逆變色硅膠材料的可逆變色測試結(jié)果，可逆變色硅膠材料在30℃時(shí)，呈現(xiàn)出樣品本身固有的顏色（綠色），隨著溫度的升高，當(dāng)達(dá)到40℃時(shí)，樣品由綠色變?yōu)辄S綠色，繼續(xù)升高至50℃時(shí)，變?yōu)闄幟庶S色，而后隨著溫度降低至30℃時(shí)，樣品的顏色又由檸檬黃色變?yōu)闃悠繁旧砉逃械念伾ňG色），并且這種顏色變化是可循環(huán)的。這是因?yàn)榭赡孀兩凼且活愲娮愚D(zhuǎn)移型有機(jī)化合物，該類材料是含有特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)色體，使其能夠在不同溫度時(shí)呈現(xiàn)出特定的顏色，從而賦予可逆變色硅膠材料具有可逆變色的特性，進(jìn)一步拓寬硅膠的應(yīng)用范圍。

圖5 可逆變色硅膠材料的可逆變色測試結(jié)果

3.結(jié)論

本文通過在硅膠中添加不同含量的可逆變色粉，制備了可逆變色硅膠材料，溫度在30～50℃范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)由綠色到檸檬黃色的可逆變換，當(dāng)可逆變色粉添加含量為0.8%時(shí)，可逆變色硅膠材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、撕裂強(qiáng)度和硬度均顯著提高，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率分別為10.6MPa和497.9%，最大撕裂強(qiáng)度為42.1N/mm，壓縮永久變形量為10.2%，硬度最大值為71.3，具有最佳的綜合力學(xué)性能。此外，所制備的可逆變色硅膠材料經(jīng)過老化后，強(qiáng)度和硬度保留率較高（大于95%），仍表現(xiàn)出良好的力學(xué)強(qiáng)度，使其能夠在智能材料等領(lǐng)域有著較好的應(yīng)用前景，拓寬了該類改性硅膠材料的應(yīng)用范圍。