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技术,重塑未来!加成型液体硅橡胶(LSR)的研究进展

来源:广州市白云化工实业有限公司  作者:byonline  日期:2020-7-14
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    硅橡胶按其硫化机理可以分为3大类: 有机过氧化物引发自由基交联型(简称热硫化型HTV) 、缩聚反应型( 简称室温硫化型RTV) 和加成反应型LSR。作为硅橡胶中一个重要分支,加成型液体硅橡胶是发展较快的一个品种。加成型液体硅橡胶是20世纪70年代末才发展起来的,它一般以含硅乙烯基的聚硅氧烷为基础聚合物,以含硅氢键的聚硅氧烷(含氢硅油)为交联剂,硫化前呈膏状或油状,在铂催化剂的作用下,通过氢硅加成反应形成具有立体网络结构的柔软弹性体。

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  硅橡胶按其硫化(词条“硫化”由行业大百科提供)机理可以分为3大类: 有机过氧化(词条“氧化”由行业大百科提供)物引发自由基交联型(简称热硫化型HTV) 、缩聚反应型( 简称室温硫化型RTV) 和加成反应型LSR。作为硅橡胶中一个重要分支,加成型液体硅橡胶是发展较快的一个品种。加成型液体硅橡胶是20世纪70年代末才发展起来的,它一般以含硅乙烯基的聚硅氧烷为基础聚合物,以含硅氢键的聚硅氧烷(含氢硅油)为交联剂,硫化前呈膏状或油状,在铂催化剂的作用下,通过氢硅加成反应形成具有立体网络结构的柔软弹性体

图1.硅氢加成反应过程

  1、加成型液体硅橡胶的性能特点

  与自由基交联型液体硅橡胶或缩聚型液体硅橡胶相比,LSR具有室温固化(词条“室温固化”由行业大百科提供)或中温固化之特点,固化过程不需要水汽。交联过程中无低分子物质及副产物生成,安全无毒,硫化过程中体积变化小,尺寸稳定。而且其电气性能优良、机械强度(词条“机械强度”由行业大百科提供)高、抗高温稳定性好、压缩形变低、无腐蚀、无毒和易于灌注,同时LSR具有工艺简便、成本低廉、加工成型方便和易实现自动化等突出优点,更适合工业化生产。目前加成型液体硅橡胶可作为粘接,灌封、防水防潮绝缘导热导电、电磁屏蔽等特殊用途的材料。

表1.加成型硅橡胶与缩合型硅橡胶的性能区别

  2、加成型液体硅橡胶的配方组成

  加成型液体硅橡胶一般是由基础聚合物、交联剂、催化剂和抑制剂组成。此外,通过添加功能性填料可以赋予其各种特性,满足不同应用需求。

  (1)基础聚合物

  聚甲基乙烯基硅氧烷是LSR的基础聚合物,加成型液体硅橡胶最常用的基础聚合物就是乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷

图2.加成型液体硅橡胶常用的基础聚合物结构式

  当基础聚合物中的部分甲基被苯基取代后, 可提高硅橡胶的耐辐射、耐高低温性能并增大硅橡胶的折射率;当部分甲基被三氟丙基取代后,可提高硅橡胶的耐油及耐溶剂(词条“溶剂”由行业大百科提供)性, 并降低硅橡胶的折射率。

  (2)交联剂

  加成型液体硅橡胶的交联剂是含有三个或三个以上的Si—H键的含氢硅油。变换含氢硅油的分子结构、摩尔质量、活性氢质量分数或与基础聚合物的配比,可在较大幅度内调节硫化硅橡胶的机械性能

图3.加成型液体硅橡胶常用的交联剂结构式

  含氢硅油中的Si—H与聚甲基乙烯基硅氧烷基础聚合物中Si—Vi 的量之比控制在1.5~3较好。使用Si—H 分布密度较低的含氢硅油作为交联剂,可以改善硫化胶(词条“硫化胶”由行业大百科提供)拉伸强度,尤其是明显提高硫化胶的撕裂强度;以S-H封端的双端含氢硅油可以作为加成型液体硅橡胶的链增长剂,适量的添加链增长剂可以明显的提高硅橡胶的拉伸强度和拉断伸长率

  (3)催化剂

  可用作硅氢加成反应的催化剂的物质包括: 季铵碱催化剂、第八族过渡金属、第八族过渡金属化合物( 或络合物)。将铂化合物制成能溶于聚硅氧烷的甲基乙烯基硅氧烷配位化合物或四氢吠喃或异丙醇的配位化合物称其为卡尔斯特催化剂,是目前最常用的加成型液体硅橡胶催化剂。硅原子上的四个取代基团中,烯丙基数量越多,铂络合物催化活性越高;当硅原子上的烯丙基数量一定, 取代基为苯基时的活性比甲基的大。

  (4)抑制剂

  室温硫化硅橡胶的基础胶和交联剂接触后, 在催化剂作用下马上就能发生反应。抑制剂可以控制和调节硫化速度和可使用时间,室温下它能和催化剂里铂原子形成配位键生成某种络合物,防止Si-Vi和Si-H同时与铂配位;当温度到达硫化温度时, 络合物的配位键分解或减弱释放出铂, 从而催化硅氢反应进行,常用抑制剂有炔醇类、含双建的二元酸酯类、多乙烯基聚硅氧烷类。

  (5)功能填料

  由于聚有机硅(词条“有机硅”由行业大百科提供)烷分子间的作用力很小,基础聚合物单独硫化后其力学性能很差,一般只有0.3MPa左右。为了提高其力学性能,须用填料补强, 采用适当的补强剂可使加成型液体硅橡胶的强度达到10MPa左右。

  纳米二氧化硅(又称白炭黑)因其特殊的物理和化学性能被广泛应用于硅橡胶工业中,是加成型硅橡胶最为常见的补强填料;乙烯基硅树脂作填料,可使加成型液体硅橡胶的粘度上升不显著而强度显著提高, 并可以得到透明的弹性体;使用导热粉体如氧化铝、氧化锌、碳酸钙、硅微粉等作填料,可以大幅提高硅橡胶的导热性能,加入多种特殊构型复配的表面改性氧化,可以使加成型液体硅橡胶的导热率从0.27W/m-K提高到7W/m-K,同时仍具有流平性的导热灌封料;使用导电粉体如银粉、铜粉、石墨粉、银包玻璃(词条“玻璃”由行业大百科提供)微球粉、镍包石墨粉、镍包铜粉等作填料,可以制得表面电阻率为0.01Ω·cm的导电硅橡胶;加入氢氧化铝、氧化铝、氧化锌做填料,可以制得阻燃(词条“阻燃”由行业大百科提供)等级达到V-0级别的阻燃硅橡胶;加入氧化铁、氧化铈、氧化镁、氧化铝等作填料,可以制得能耐300℃高温的耐高温硅橡胶。

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