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技術,重塑未來!加成型液體硅橡膠(LSR)的研究進展

來源:廣州市白云化工實業有限公司  作者:byonline  日期:2020-7-14
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    硅橡膠按其硫化機理可以分為3大類: 有機過氧化物引發自由基交聯型(簡稱熱硫化型HTV) 、縮聚反應型( 簡稱室溫硫化型RTV) 和加成反應型LSR。作為硅橡膠中一個重要分支,加成型液體硅橡膠是發展較快的一個品種。加成型液體硅橡膠是20世紀70年代末才發展起來的,它一般以含硅乙烯基的聚硅氧烷為基礎聚合物,以含硅氫鍵的聚硅氧烷(含氫硅油)為交聯劑,硫化前呈膏狀或油狀,在鉑催化劑的作用下,通過氫硅加成反應形成具有立體網絡結構的柔軟彈性體。

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  硅橡膠按其硫化(詞條“硫化”由行業大百科提供)機理可以分為3大類: 有機過氧化(詞條“氧化”由行業大百科提供)物引發自由基交聯型(簡稱熱硫化型HTV) 、縮聚反應型( 簡稱室溫硫化型RTV) 和加成反應型LSR。作為硅橡膠中一個重要分支,加成型液體硅橡膠是發展較快的一個品種。加成型液體硅橡膠是20世紀70年代末才發展起來的,它一般以含硅乙烯基的聚硅氧烷為基礎聚合物,以含硅氫鍵的聚硅氧烷(含氫硅油)為交聯劑,硫化前呈膏狀或油狀,在鉑催化劑的作用下,通過氫硅加成反應形成具有立體網絡結構的柔軟彈性體

圖1.硅氫加成反應過程

  1、加成型液體硅橡膠的性能特點

  與自由基交聯型液體硅橡膠或縮聚型液體硅橡膠相比,LSR具有室溫固化(詞條“室溫固化”由行業大百科提供)或中溫固化之特點,固化過程不需要水汽。交聯過程中無低分子物質及副產物生成,安全無毒,硫化過程中體積變化小,尺寸穩定。而且其電氣性能優良、機械強度(詞條“機械強度”由行業大百科提供)高、抗高溫穩定性好、壓縮形變低、無腐蝕、無毒和易于灌注,同時LSR具有工藝簡便、成本低廉、加工成型方便和易實現自動化等突出優點,更適合工業化生產。目前加成型液體硅橡膠可作為粘接,灌封、防水防潮絕緣導熱導電、電磁屏蔽等特殊用途的材料。

表1.加成型硅橡膠與縮合型硅橡膠的性能區別

  2、加成型液體硅橡膠的配方組成

  加成型液體硅橡膠一般是由基礎聚合物、交聯劑、催化劑和抑制劑組成。此外,通過添加功能性填料可以賦予其各種特性,滿足不同應用需求。

  (1)基礎聚合物

  聚甲基乙烯基硅氧烷是LSR的基礎聚合物,加成型液體硅橡膠最常用的基礎聚合物就是乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷

圖2.加成型液體硅橡膠常用的基礎聚合物結構式

  當基礎聚合物中的部分甲基被苯基取代后, 可提高硅橡膠的耐輻射、耐高低溫性能并增大硅橡膠的折射率;當部分甲基被三氟丙基取代后,可提高硅橡膠的耐油及耐溶劑(詞條“溶劑”由行業大百科提供)性, 并降低硅橡膠的折射率。

  (2)交聯劑

  加成型液體硅橡膠的交聯劑是含有三個或三個以上的Si—H鍵的含氫硅油。變換含氫硅油的分子結構、摩爾質量、活性氫質量分數或與基礎聚合物的配比,可在較大幅度內調節硫化硅橡膠的機械性能

圖3.加成型液體硅橡膠常用的交聯劑結構式

  含氫硅油中的Si—H與聚甲基乙烯基硅氧烷基礎聚合物中Si—Vi 的量之比控制在1.5~3較好。使用Si—H 分布密度較低的含氫硅油作為交聯劑,可以改善硫化膠(詞條“硫化膠”由行業大百科提供)拉伸強度,尤其是明顯提高硫化膠的撕裂強度;以S-H封端的雙端含氫硅油可以作為加成型液體硅橡膠的鏈增長劑,適量的添加鏈增長劑可以明顯的提高硅橡膠的拉伸強度和拉斷伸長率

  (3)催化劑

  可用作硅氫加成反應的催化劑的物質包括: 季銨堿催化劑、第八族過渡金屬、第八族過渡金屬化合物( 或絡合物)。將鉑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氫吠喃或異丙醇的配位化合物稱其為卡爾斯特催化劑,是目前最常用的加成型液體硅橡膠催化劑。硅原子上的四個取代基團中,烯丙基數量越多,鉑絡合物催化活性越高;當硅原子上的烯丙基數量一定, 取代基為苯基時的活性比甲基的大。

  (4)抑制劑

  室溫硫化硅橡膠的基礎膠和交聯劑接觸后, 在催化劑作用下馬上就能發生反應。抑制劑可以控制和調節硫化速度和可使用時間,室溫下它能和催化劑里鉑原子形成配位鍵生成某種絡合物,防止Si-Vi和Si-H同時與鉑配位;當溫度到達硫化溫度時, 絡合物的配位鍵分解或減弱釋放出鉑, 從而催化硅氫反應進行,常用抑制劑有炔醇類、含雙建的二元酸酯類、多乙烯基聚硅氧烷類。

  (5)功能填料

  由于聚有機硅(詞條“有機硅”由行業大百科提供)烷分子間的作用力很小,基礎聚合物單獨硫化后其力學性能很差,一般只有0.3MPa左右。為了提高其力學性能,須用填料補強, 采用適當的補強劑可使加成型液體硅橡膠的強度達到10MPa左右。

  納米二氧化硅(又稱白炭黑)因其特殊的物理和化學性能被廣泛應用于硅橡膠工業中,是加成型硅橡膠最為常見的補強填料;乙烯基硅樹脂作填料,可使加成型液體硅橡膠的粘度上升不顯著而強度顯著提高, 并可以得到透明的彈性體;使用導熱粉體如氧化鋁、氧化鋅、碳酸鈣、硅微粉等作填料,可以大幅提高硅橡膠的導熱性能,加入多種特殊構型復配的表面改性氧化,可以使加成型液體硅橡膠的導熱率從0.27W/m-K提高到7W/m-K,同時仍具有流平性的導熱灌封料;使用導電粉體如銀粉、銅粉、石墨粉、銀包玻璃(詞條“玻璃”由行業大百科提供)微球粉、鎳包石墨粉、鎳包銅粉等作填料,可以制得表面電阻率為0.01Ω·cm的導電硅橡膠;加入氫氧化鋁、氧化鋁、氧化鋅做填料,可以制得阻燃(詞條“阻燃”由行業大百科提供)等級達到V-0級別的阻燃硅橡膠;加入氧化鐵、氧化鈰、氧化鎂、氧化鋁等作填料,可以制得能耐300℃高溫的耐高溫硅橡膠。

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