沉淀白炭黑理化指標對脫醋酸型硅橡膠性能的影響

孟祥發

（山東中橡高分子材料有限公司 山東 濟南 250100）

引言

研究表明，沉淀白炭黑填料的比表面積性能達到200m2/g，才能避免密封膠膠條應力發白的風險，而且該理化指標白炭黑添加量可達到9%工藝量，顯著提升硅橡膠的補強性能；同時發現沉淀白炭黑的含水率直接影響到硅橡膠的貯存穩定性，生產前經過長時間高溫烘烤將白炭黑含水率降至0.5%以下，才能達到延長硅橡膠貯存期限的效果。

1 實驗部分

1.1 主要原料與設備

α,ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（HO-PDMS），瓦克化學（中國）有限公司；5#工業白油，廣東中海南聯能源有限公司；二甲基硅油（Me-PDMS），道達寧（中國）有限公司；氣相白炭黑（A-150），山東東岳化工有限公司；沉淀白炭黑（Hi-Si1），臺灣PPG公司；甲乙基三乙酰氧基硅烷（D-18），湖北新藍天公司：二丁基二月桂酸錫，吉林華信化工廠[1]。

YSH-5L行星動力混合機，佛山市源圣弘智能裝備有限公司；E44.104電子拉伸試驗機，美特斯工業系統（中國）有限公司；LX-A邵氏硬度計，北京時代山峰科技有限公司；FM43壓流黏度計，瑞士FitechAG;101-2S鼓風干燥烘箱，上海力辰儀器科技有限公司。

1.2 硅橡膠制備

按照配方量要求，分別將107膠、5#工業白油、二甲基硅油等液態原料加入行星動力混合機中，在-0.09MPa左右的真空環境下將物料分散均勻；然后升起設備加入醋酸型交聯劑，同樣在-0.09MPa左右真空條件下攪拌10min；再次在高速分散過程中緩慢加入氣相白炭黑與沉淀白炭黑填料，高速攪拌直至粉團充分融入膠中；最后適量的補充白油并投入二丁基二月桂酸錫，在-0.09MPa左右的真空環境下攪拌20min。卸壓出料得到脫醋酸型單組分硅橡膠，用塑料管灌裝備用。

1.3 性能測試

表干時間：按照GB/T13477.5-2017《建筑密封材料試驗方法第5部分:表干時間的測定》測試，用手指端部輕觸膠條上不同部位，記錄手指無黏附試樣所需時間。

擠出性：按照GB/T13477.4-2017標準，將尖嘴切成直徑為（5±0.3)mm的噴嘴，用壓流黏度計在（250±10)kPa的氣壓下，用天平稱量出1min時間內所擠出膠的相對分子質量（g/min）。

邵爾A硬度：根據GB/T531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法第1部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）》測試，邵爾A硬度計壓在試樣3個不同位置，讀取平均值。

拉伸強度、斷裂伸長率：根據GB/T528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》測試，用拉力試驗機將啞鈴狀或環狀標準試片進行拉伸測試。

滲油性：將硅橡膠膠液擠到空白的白紙中，然后用小調刀均勻刮平，放置在室溫23℃、濕度50%恒溫檢測室中，24h后查看空白白紙硅橡膠周邊滲油面積。

貯存期：試驗中選用鼓風干燥箱做硅橡膠的人工老化性能測試，將試驗樣品放入到80℃的烘箱中不間斷烘烤24h，以此驗證硅橡膠的貯存周期。

2 結果與討論

2.1 白炭黑比表面積對硅橡膠性能的影響

比表面積是考察沉淀白炭黑的重要性能指標，白炭黑在補強的同時直接影響到硅橡膠的物理、力學等性能。試驗過程中通過單一法考察了沉淀白炭黑比表面積對硅橡膠力學、光學及吸附性能的影響，選擇沉淀白炭黑比表面積理化指標分別為100m2/g、150m2/g、200m2/g共3種填料試樣制膠。

2.2 白炭黑工藝量對硅橡膠性能的影響

通過表1試驗數據可以看出，沉淀白炭黑原料品種的選擇直接影響硅橡膠性能，特別是硅橡膠的應力發白性能。在白炭黑相對分子質量相同情況下，選用白炭黑原料的比表面積值過小，所研制的硅橡膠固化后容易出現返白質量問題[2]。由此可以總結出，填料沉淀白炭黑原料選擇對硅橡膠性能至關重要。同時，我們試驗探究沉淀白炭黑填料添加量對硅橡膠綜合性能的影響。

2.3 白炭黑不同水分含量對硅橡膠性能的影響

綜合上述試驗可以看出，沉淀白炭黑不僅直接影響了脫酸型硅橡膠的力學性能，而且對硅橡膠的貯存性也有影響。沉淀白炭黑與氣相白炭黑一樣，都屬于二氧化硅原料，粉體表面含有豐富的羥基元素，有著極強的化學吸潮、吸附性[3]。

3 結語

（1）沉淀白炭黑填料的比表面積性能指標與脫酸型硅橡膠力學粘接性能和應力發白現象密切相關。這主要是因為比表面積大小直接影響到沉淀白炭黑的粒徑，最終影響到白炭黑在膠粘劑體系中的補強、增稠性和折光效果[4]。

（2）填料沉淀白炭黑的添加雖然可以有效地降低生產成本，但是添加量必須有所控制，避免應力發白或漏油的現象。為了兼顧生產成本與硅橡膠性能兩者考慮，試驗建議優選比表面積為200m2/g的白炭黑為填料，所制硅橡膠應力發白和滲油風險會更小。

（3）沉淀白炭黑的含水率直接影響到硅橡膠的貯存穩定性，為了達到延長硅橡膠貯存期限的目的，一方面可以通過烘烤將沉淀白炭黑的含水率降至5%以下，另一方面可以通過調整交聯劑的工藝，起到去除沉淀白炭黑原料帶入的羥基含量效果，延長脫酸型硅橡膠產品的貯存周期。