應用環境下耐高溫硅橡膠老化性能研究

竇 鵬,楊瑞寧, 惠 鑫

(中國航空制造技術研究院，北京 100024)

硅橡膠是目前應用較為廣泛的一種高性能合成橡膠，其生膠主要是以硅氧鍵單元為主鏈，以有機基團為側基的線性聚合物[1-3]。硅橡膠主鏈Si-O結構的鍵能約為451 kJ/mol，遠高于通用橡膠分子鏈中306 kJ/mol的C-C鍵的鍵能以及 358 kJ/mol 的C-O鍵的鍵能，因而硅橡膠與通用橡膠相比具有更高的熱穩定性[4]。硅橡膠一般在-60 ～ 260 ℃內不僅能保持一定的柔軟性、回彈性、表面硬度與一定的機械強度，還具有優良的耐臭氧、耐候性等特征，可耐長時間的高溫老化，因此被廣泛應用于航空航天、石油化工與電子電器等領域[5-7]。硅橡膠長期在高溫環境下會發生高溫老化失效，導致其性能下降。國內外學者對硅橡膠老化機理及性能演變規律的研究眾多，主要包括主鏈降解與側基降解[7]。主鏈降解是由于在高溫條件下，硅橡膠主鏈的端羥基會與該羥基附近的硅原子發生親核反應，產生“回咬”現象，從而引發連續的解扣式降解，溫度持續升高時還會伴隨硅氧鍵的斷裂、重排，生成環狀硅氧烷，使硅橡膠軟化發粘[8]；而在有氧的高溫環境中硅橡膠不僅會發生熱降解，其側鏈上有機基團受到氧的進攻，會生成過渡中間體，隨著溫度不斷積累，中間體裂解生成自由基從而引發側基的降解反應，產生甲醛、甲酸與水等小分子，導致硅橡膠交聯變脆變硬[9-10]。以上兩種降解反應均使硅橡膠力學性能下降或喪失，失去使用價值[11]。在實際應用過程中，硅橡膠常作為密封材料使用，在高溫環境下，往往會受到多因素耦合的高溫老化作用[12-13]。……