1種單組分高伸長率硅酮密封膠的研究

吉蘭平，楊慶紅，朱雪鋒，徐喬鋒，張洪濤

（浙江中天氟硅材料有限公司，浙江 衢州 324000）

1種單組分高伸長率硅酮密封膠的研究

吉蘭平，楊慶紅，朱雪鋒，徐喬鋒，張洪濤

（浙江中天氟硅材料有限公司，浙江 衢州 324000）

以107硅橡膠為基礎聚合物，采用活性納米填料補強，在脫醇型交聯催化體系下添加擴鏈劑制備高伸長率RTV-1室溫硫化硅酮密封膠，研究對其性能的影響因素。結果表明，采用黏度為50 Pa·s的107硅橡膠，活性納米鈣填料用量、增塑劑用量、交聯劑用量分別為107硅橡膠質量的60%～80%、2%～6%、12%時的密封膠貯存前后性能最好，催化劑的用量對密封膠的拉伸性能影響不大，擴鏈劑A的擴鏈效果最佳且對斷裂伸長率和拉伸強度的影響相對較小。

單組分硅橡膠；高伸長率；擴鏈劑；交聯劑

單組分室溫硫化硅橡膠（RTV-1）是通過空氣中的濕氣固化成彈性體的一類有機硅產品，按縮合時脫除的小分子種類可分為脫醋酸型、脫酮肟型、脫丙酮型、脫酰胺型、脫胺型及脫醇型等幾類[1]。硅酮密封膠對絕大多數材料均具有較好的粘接強度和密封性能，并具有良好的耐高低溫性能，耐溫-45～250℃。

隨著有機硅密封膠行業的蓬勃發展，各個應用領域對其性能的要求也越來越高。在一些領域中，除了對硅酮密封膠的耐高低溫、粘接性以及密封性等一些基本性能有較高的要求外，還需要有一定的伸長率。例如密封汽車安全氣囊拼接，建筑玻璃幕墻密封拼接等。因此，開發具有高伸長率的單組份室溫硫化硅酮膠具有一定的實際意義。

本實驗采用α,ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（107硅橡膠）為基礎聚合物，活性納米填料補強，對提高密封膠的拉伸強度及斷裂伸長率有較好的作用。采用甲基三乙氧基硅烷作為交聯劑，鈦絡合物作為催化劑具有綠色環保的特點，通過調節助劑之間的配比來控制密封膠的表干時間以及其他一些力學性能。采用多種擴鏈劑在實驗中進行對比，擴鏈劑能使交聯體系中分子鏈的擴展，有利于提高密封膠的力學性能。最終，根據測試結果研究不同助劑的配比以及擴鏈劑對密封膠伸長率的影響。

1 實驗部分

1.1 原材料

107硅橡膠，201甲基硅油，活性納米鈣，甲基三甲氧基硅烷，鈦絡合物。

1.2 儀器與設備

NHZ-5實驗型捏合機，LXXJB-5型行星雙攪拌混合機，三輥研磨機，WDW-20型拉力試驗機，電子天平。

1.3 RTV-1硅橡膠的制備

將107硅橡膠、201甲基硅油和活性納米填料按一定的配比加入捏合機中加熱，真空脫水，捏合均勻后冷卻。通過三輥研磨機研磨后置入雙行星攪拌機中，按配比加入交聯劑、擴鏈劑以及鈦絡合物，混合均勻后出料包裝。

1.4 性能測試

性能測試用樣品分別裝封入塑料筒和金屬軟管中，經常溫存放和熱老化處理后測試其硫化性能以及硫化膠性能如表干時間、拉伸強度、斷裂伸長率等。常溫測試樣品存放條件為室溫密封24 h；熱老化處理操作是將膠樣密封置于恒溫烘箱中在95℃條件下放置16 h（相當于常溫下貯存6個月）。

表干時間按GB/T 13477.5—2002測試，拉伸性能按GB/T 528—2009測試[2-3]。

2 結果與討論

2.1 107硅橡膠黏度的影響

107硅橡膠黏度的大小與其相對分子質量成正比關系，而107硅橡膠的相對分子質量對密封膠的交聯密度與力學性能有著決定性的作用。實驗通過控制變量研究了不同黏度的107硅橡膠對密封膠性能的影響，活性納米鈣填料、增塑劑、交聯劑、催化劑、擴鏈劑分別為107硅橡膠比質量的60%、10%、5%、0.8%、%、。結果見表1。

表1 107硅橡膠黏度對密封膠貯存前后拉伸性能的影響Tab 1 Effect of 107 silicone rubber viscosity on the tensile properties of sealant before and after storage

由表1可知，隨著107硅橡膠黏度的增大，貯存前后膠的力學性能總體呈上升趨勢。因為107硅橡膠黏度增大可以大大提高分子鏈的柔順性，在利于應力通過交聯點在分子鏈之間的傳遞，從而進一步提高了密封膠拉伸強度TS與斷裂伸長率Eb。當其107硅橡膠黏度為50 Pa·s時貯存前后拉伸性能最為優異。

2.2 活性納米鈣用量的影響

納米材料的補強機理首先是納米粒子物理吸附效應，當填充納米粒子到達一定量時使膠料的黏度大大增加。在剪切力的作用下有利于納米粒子團聚體的破壞而改善填料在基體中的均勻分散，與基體的相互作用點增多，交聯密度增加，從而提高硅橡膠的力學性能[4-6]。除此之外，活性納米填料在硅橡膠中分散較好時，粒子之間有很大的界面，相互作用增強，從而產生補強作用[7]。活性納米鈣用量（與107硅橡膠的質量比）對密封膠貯存前后拉伸性能的影響見表2。

由表2可知，隨著納米補強填料的用量不斷增加，密封膠的拉伸強度與斷裂伸長率也在呈上升走勢，活性納米鈣填料為107硅橡膠質量的60%～80%時性能表現最為突出。

2.3 增塑劑用量的影響

通常向體系中添加增塑劑可以提高密封膠的可加工性，并且還有助于提高密封膠的伸長率。但是加入增塑劑之后會出現小分子向材料表面遷移的現象，因此增塑劑的用量應控制在一定范圍內。塑劑用量（與107硅橡膠的質量比）對密封膠貯存前后拉伸性能的影響見表3。

表2 活性納米鈣用量對密封膠貯存前后拉伸性能的影響Tab 2 Effect of active nano calcium dosage on the tensile properties of sealant before and after storage

表3 增塑劑用量對密封膠貯存前后拉伸性能的影響Tab 3 Effect of plasticizer dosage on the tensile properties of sealant before and after storage

由表3可知，在添加少量增塑劑的前提下，隨著用量的不斷增加密封膠的拉伸強度和斷裂伸長率呈上升趨勢，綜合貯存前后的密封膠性能，增塑劑用量適宜選擇107硅橡膠質量的2%～6%。

2.4 交聯劑用量的影響

交聯劑用量對密封膠貯存前后拉伸性能及固化深度h的影響見表4。

表4 交聯劑用量對密封膠貯存前后拉伸性能及固化深度的影響Tab4 Effectofcrosslinkingagentdosageonthetensileproperties ofsealantbeforeandafterstorageandonthecuringdepth

由表4可知，隨著交聯劑量的增加，拉伸強度前期有明顯的上升趨勢，在用量為12%以后上升緩慢；同時固化深度以及斷裂伸長率在不斷的下降。其說明在一定范圍內添加交聯劑的用量可以提高密封膠的力學性能，但是添加過量時，會造成體系交聯密度過大伸長率降低，膠表面固化后水汽不易滲入影響固化深度。

2.5 催化劑的影響

催化劑有利于加快反應速度，主要對密封膠的表干時間t、固化深度等性能其決定性作用。催化劑用量對密封膠貯存前后性能的影響見表5。

表5 催化劑用量對密封膠貯存前后性能的影響Tab 5 Effect of catalyst dosage on the propertiesof sealant before and after storage

由表5可知，隨著催化劑用量的增加，密封膠的力學性能變化不大，其表干時間在不斷縮短，表干速度過快將影響密封膠的使用。因此催化劑的用量應控制在一定范圍內，在0.8%時較為合適。

2.6 擴鏈劑的影響

在體系中添加擴鏈劑是實現密封膠高伸長率的有效方法之一，擴鏈劑可以能使交聯體系中分子鏈擴展，改變網絡拓撲結構，從而降低交聯點疏密程度及分布達到提高伸長率的目的[8]。實驗比較了幾種擴鏈劑的對密封膠貯存前后拉伸性能的變化，結果見表6。

表6 不同擴鏈劑對密封膠貯存前后拉伸強度的影響Tab 6 Effect of different chain extender on the tensile properties of sealant before and after storage

由表6可知，擴鏈劑A的擴鏈效果最佳，且貯存前后斷裂伸長率和拉伸強度的變化率相對較小，而二甲基二甲氧基硅烷貯存前后力學性能變化最為明顯。

3 結論

隨著107硅橡膠黏度的增加，密封膠的力學性能也隨之提高。采用黏度為50 Pa·s的107硅橡膠貯存前后性能表現優異。

增加一定量的活性納米鈣填料對密封膠的拉伸性能與斷裂伸長率都有不同程度提高，用量為107硅橡膠質量的60%～80%時性能最為突出；添加增塑劑有助于膠力學性能的提高，考慮到小分子向材料表面遷移現象，增塑劑用量為107硅橡膠質量的2%～6%為宜；適量增加交聯劑用量有利于密封膠拉伸性能的提高，過量使用會影響深層固化，且用量在107硅橡膠質量的12%以后由于交聯密度過大，對膠的斷裂伸長率產生負影響；催化劑的用量對密封膠的拉伸性能影響不大，主要起到調節密封膠的交聯固化速度的作用。

通過對不同擴鏈劑的擴鏈效果的比較，發現擴鏈劑A的貯存前后擴鏈效果最為優異，其次是干硅烷，二甲基二甲氧基硅烷具有擴鏈效果但是貯存前后性能差異較為明顯。

[1]幸松民,王一路.有機硅合成工藝及產品應用[M].北京:化學工業出版社,2006.

[2]建筑密封材料試驗方法第5部分:表干時間的測定:GB/T 13477.5－2002[S].

[3]硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定:GB/T 528－2009[S].

[4]邸明偉,張麗新,何世禹,等.室溫硫化硅橡膠的增強改性研究進展[J].中國膠黏劑,2005,14(3):5-7.

[5]羅穗蓮,潘慧銘,王躍林.超細碳酸鈣表面處理及其在RTV硅橡膠中的應用(2)[J].中國膠黏劑,2005,14(3):5-7.

[6]李偉明,王鈺,周庶勤,等.超細碳酸鈣補強脫酮肟型RTV-1硅橡膠的制備及性能[J].化學與黏合,2006,28(3):157-160.

[7]楊中文,王強華.單組份脫酮肟型有機硅密封膠的研制[J].有機硅材料及應用,1997(3):7-9.

[8]徐古月,陸紀平,闞新宇.低模量高延伸率高粘接強度有機硅密封材料及其制備方法:CN100376633[P].2008-03-26.

TQ436+.6

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2016.05.012

2016-06-12