趙　祺　張長(zhǎng)生　石耀剛(中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所,綿陽(yáng)621900)

硅橡膠具有獨(dú)特的耐高低溫、耐老化、耐輻射等性能,在航天、國(guó)防、建筑、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景[1]。但是,硅橡膠強(qiáng)度低,需要補(bǔ)強(qiáng)才有實(shí)用價(jià)值。可以通過(guò)選擇交聯(lián)劑、填料、橡塑共混等多種途徑增強(qiáng)硅橡膠[2-5],其中,白炭黑是硅橡膠常用的補(bǔ)強(qiáng)劑。由于白炭黑表面存在活性羥基、吸附水以及制備工藝導(dǎo)致其表面出現(xiàn)的酸區(qū),使白炭黑呈親水性,與生膠的親和性差,粉末易團(tuán)聚而不易均勻分散,混煉膠易結(jié)構(gòu)化,這些因素影響了硅橡膠的加工工藝性、混煉膠流變特性和材料的力學(xué)性能。為了進(jìn)一步提高硅橡膠混煉膠的力學(xué)性能,通常是對(duì)白炭黑進(jìn)行表面處理。即通過(guò)一定的工藝,利用一定的化學(xué)物質(zhì)與白炭黑表面的羥基發(fā)生反應(yīng),消除或減少表面羥基的量,使白炭黑由親水性變?yōu)槭杷?以改善白炭黑與硅橡膠的親和性[6]。本方法研究了疏水性白炭黑對(duì)硅橡膠混煉膠工藝和力學(xué)性能的影響。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　主要原材料

甲基乙烯基硅橡膠110-2,南京東爵有機(jī)硅集團(tuán)公司;疏水性白炭黑,成都今天化工有限公司;T36白炭黑,吉林通化雙龍公司;過(guò)氧化二異丙苯DCP,沈陽(yáng)市新西試劑廠;209羥基硅油,晨光化工研究院,其它助劑為市售產(chǎn)品。

1.2　主要儀器與設(shè)備

XK-160雙輥煉膠機(jī),上海輕工機(jī)械研究所;YX-50壓力成型機(jī),上海西瑪偉力機(jī)械有限公司;UR-2030發(fā)泡流變儀,育肯公司;YX-1硬度計(jì),上海化工機(jī)械四廠;CMT7150材料試驗(yàn)機(jī),珠海三思計(jì)量公司;MZ4014可塑度試驗(yàn)機(jī),江都明珠試驗(yàn)機(jī)械廠。

1.3　基本配方

基本配方(質(zhì)量份):乙烯基硅橡膠100,白炭黑40,羥基硅油4,過(guò)氧化二異丙苯DCP 1。

1.4　混煉膠及硫化膠樣品的制備

硅橡膠混煉膠采用捏合機(jī)制備。主要制備過(guò)程如下:將生膠和白炭黑按一定比例加入捏合機(jī)中,在室溫下混煉,白炭黑和羥基硅油分批加入,在捏合機(jī)的剪切作用下,白炭黑逐漸進(jìn)入膠料,加熱膠料處理;高溫下抽真空1h,冷卻后,出料。將制作的混煉膠與硫化劑(DCP)在開煉機(jī)上混煉均勻后,出片,在平板硫化機(jī)上高溫(160℃)模壓硫化成型。

1.5　性能測(cè)試

邵爾A型硬度:按國(guó)標(biāo)T531-1999測(cè)試;拉伸性能:按GB528-92標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混煉膠硫化膠進(jìn)行測(cè)試;硫化性能:用橡膠發(fā)泡流變儀測(cè)試,測(cè)試溫度160℃,測(cè)試時(shí)間15min。流變性能:按GB/T12828-91制取塑性值試樣,測(cè)試混煉膠的塑性值、復(fù)原值。

2　結(jié)果與討論

2.1　白炭黑對(duì)混煉工藝影響

為了提高混煉效果,白炭黑在生膠中的分散需要在混煉過(guò)程中分批加入。由于白炭黑的粒徑等性能不同,在硅橡膠中的分散能力不同,對(duì)硅橡膠混煉工藝有不同的影響。表面處理白炭黑對(duì)混煉工藝的影響見表1。

表1可看出,氣相法白炭黑由于粒徑較小,易于團(tuán)聚,在硅橡膠中分散較困難,需要加入少量的羥基硅油作為結(jié)構(gòu)控制劑,并且需要分多次加入,混煉時(shí)間較長(zhǎng);沉淀法白炭黑次之;相比之下,經(jīng)過(guò)表面處理的白炭黑易于分散到硅橡膠基體中,白炭黑的分散時(shí)間減少50%以上。經(jīng)表面處理的白炭黑表面由親水性變?yōu)槭杷?不僅減少了顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象,而且改善了白炭黑粒子與硅橡膠分子之間的浸潤(rùn)性,有利于白炭黑粒子在硅橡膠基體中的分散,大幅度縮短了混煉過(guò)程中的吃粉時(shí)間,提高了膠料的混煉效率。

2.2　混煉膠的流動(dòng)性

混煉膠的可塑性是反映混煉膠流動(dòng)性的性能參數(shù),復(fù)原值反映混煉膠的彈性。對(duì)于海綿制品使用的混煉膠,膠料需要有較好的可塑性才能發(fā)泡。大量填料分散在生膠中,不利于膠料的流動(dòng),不同白炭黑對(duì)膠料的可塑性影響見表2。

由表2可看出,與普通白炭黑相比,表面處理白炭黑增強(qiáng)的混煉膠的塑性值和復(fù)原值明顯降低,有利于膠料的發(fā)泡。氣相法白炭黑增強(qiáng)的膠料塑性值過(guò)高,膠料流動(dòng)性差,不利于膠料發(fā)泡。

2.3　混煉膠硫化性能

為了解白炭黑的品種和表面性質(zhì)對(duì)硅橡膠混煉膠硫化性能的影響,用流變儀分別對(duì)沉淀法白炭黑、疏水性白炭黑增強(qiáng)的膠料進(jìn)行了硫化性能測(cè)試,結(jié)果見表3。

由表3可看出,在高溫下,與未經(jīng)過(guò)表面處理的白炭黑相比,經(jīng)過(guò)表面處理的疏水性白炭黑補(bǔ)強(qiáng)的膠料,最大硫化速率、加硫指數(shù)較低,硫化速率較慢。膠料起始硫化時(shí)間與白炭黑性能相關(guān),粒徑較小的白炭黑補(bǔ)強(qiáng)膠料的起始硫化時(shí)間較長(zhǎng),硫化速率最低;粒徑較大的白炭黑補(bǔ)強(qiáng)的膠料,起始硫化時(shí)間較短,硫化速率較快。

2.4　混煉膠的力學(xué)性能

混煉膠的力學(xué)性能是影響硅橡膠海綿力學(xué)性能的重要因素。測(cè)試了不同白炭黑增強(qiáng)硅橡膠的力學(xué)性能,見表4。

由表4可看出,采用氣相法增強(qiáng)的HSG混煉膠有較高的硬度和拉伸強(qiáng)度,這是由于氣相法白炭黑有較小的粒徑,對(duì)硅橡膠有較好的補(bǔ)強(qiáng)作用。采用疏水性白炭黑增強(qiáng)的混煉膠的硬度較低,延伸率較高。膠料的拉伸強(qiáng)度受白炭黑粒徑影響,粒徑較小的白炭黑增強(qiáng)膠料HQ-1的拉伸強(qiáng)度較高。

3　結(jié)　論

(1)用表面疏水改性白炭黑增強(qiáng)硅橡膠,可以縮短膠料混煉時(shí)間,改善混煉膠的可塑性和硫化性能。

(2)與表面親水性白炭黑相比,表面疏水性白炭黑增強(qiáng)的硅橡膠有較低的硬度和拉伸強(qiáng)度,較高的延伸率。

參考文獻(xiàn)

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[ 2 ]　鄭典模,詹曉力,劉曉紅等.白碳黑高檔化述評(píng)[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào),1997,19(2):43-46.

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[ 4 ]　Wu Jihuai,Shen Zhen,Hu Donghong. Study on bound rubber insilicone rubber filled with modified ultrafine mineral power[J].Rubber Chemistry and Technology,2000,73 (1):19-24.

[ 5 ]　趙祺,雷衛(wèi)華,古忠云等.硅橡膠/三元乙丙橡膠泡沫合金的研制[J].特種橡膠制品,2000,21(3):8-10.

[ 6 ]　胡義,姚國(guó)萍.泡沫硅橡膠用白炭黑的改性[J].有機(jī)硅材料.2000(14)6,32-34.