硅烷偶联剂对热硫化绝缘硅橡胶性能的影响探析.pdf
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1、研究开发 ():硅烷偶联剂对热硫化绝缘硅橡胶性能的影响探析朱 超 王俊和 何 涛 于向天(中蓝晨光化工研究设计院有限公司 成都)摘要:以甲基乙烯基硅橡胶为基料 气相法白炭黑为补强填料 氢氧化铝为阻燃填料 羟基硅油为结构化控制剂 添加硅烷偶联剂和硫化剂制得热硫化硅橡胶 研究了硅烷偶联剂种类和用量对硅橡胶力学性能、硫化特性、加工性能的影响 结果表明 加入硅烷偶联剂后能明显提升硅橡胶的拉伸强度和硬度 降低断裂伸长率、硫化速率和上辊操作性 产生明显的气味 含有乙烯基的硅烷偶联剂在加入后会提高胶料最高扭矩值 随着硅烷偶联剂用量的提升 硅橡胶拉伸强度先升后降 硫化速率逐步降低 上辊操作性下降 胶料气味不断
2、增大 综合考虑各项性能 硅烷偶联剂推荐使用(环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷其较佳用量为 份关键词:硅烷偶联剂 绝缘 力学性能 硫化特性 硅橡胶中图分类号:文献标识码:/.收稿日期:作者简介:朱超()男 主要从事硅橡胶产品的生产研发工作:(.):.:绝缘硅橡胶因具有密度低、维护方便、耐污闪能力强、成本低廉、无零值、制造工艺简单、耐紫外线等优点 近年来在我国发展十分迅速 随着交流输电线路绝缘子应用需求的逐渐上升 市场对热硫化绝缘硅橡胶的耐电痕化、阻燃性、机械强度等性能也提出了更高的要求 热硫化绝缘硅橡胶通常采用大量填充填料的方式进行各种性能的补强 一般来说 填料颗粒的粒径越小、粒径分布越窄 其补强效果
3、越好 然而即便是纳米级填料颗粒 也会因为颗粒表面存在较多的羟基而呈现出强极性、强亲水性 进而形成网状聚集体 难以在有机相中充分分散 导致无法 第 卷充分发挥其纳米效应 近年来 许多研究证明硅烷偶联剂是对填料颗粒进行表面修饰和改性的有效试剂 硅烷偶联剂能在有机物和无机物的界面起架桥作用 产生明显的增强效果硅烷偶联剂最初是由美国联合碳化物公司和道康宁公司为发展玻璃纤维增强塑料而研发硅烷偶联剂的通式为 其中的 是与聚合物分子有反应能力或亲和力的活性官能团 如巯基、氨基、乙烯基等 是能发生水解的烷氧基 如乙氧基、甲氧基等 在复合材料的加工中 硅烷偶联剂可在无机物与有机物这两种物质的界面间发挥架桥作用
4、产生显著的增强作用 进而提高复合材料的各种性能本实验以甲基乙烯基硅橡胶为基料 气相法白炭黑为补强填料 氢氧化铝为阻燃填料 羟基硅油为结构化控制剂 添加硅烷偶联剂和硫化剂制得热硫化硅橡胶 研究了硅烷偶联剂种类和用量对硅橡胶力学性能、硫化特性、加工性能的影响 以期为热硫化硅橡胶的配方设计提供参考 实验 主要原料及仪器设备甲基乙烯基硅橡胶:平均摩尔质量/合盛硅业股份有限公司 气相法白炭黑(补强填料):湖北汇富纳米材料股份有限公司 氢氧化铝(阻燃填料):平均粒径 郑州西德利化工新材料有限公司 羟基硅油(结构化控制剂):羟基质量分数 自产 二甲基二叔丁基过氧化己烷(双二五 硫化剂):纯度 东莞晴朗高分子
5、材料有限公司 乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷():工业级 哈尔滨化工研究所 乙烯基三乙氧基硅烷():工业级 天津市化学试剂一厂(环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷():工业级 广州双桃精细化工有限公司(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷():工业级 济南环正化工有限公司捏合机:如皋市强盛塑料化工机械厂材料拉力机:上海优肯仪器有限公司 开炼机:()无锡市吉象橡塑机械有限公司 邵氏硬度计()、平板硫化机():高铁检测仪器有限公司 无转子橡胶硫化仪:优肯科技股份有限公司门尼黏度仪:北京市友深电子仪器厂 试样制备首先将 份甲基乙烯基硅橡胶生胶投入捏合机中 随后依次加入 份气相法白炭黑、份结构化控制剂、份氢氧化铝、份
6、硅烷偶联剂 升温捏合过滤后得到混炼胶 冷却后将混炼胶转移到双辊开炼机上 加入占体系质量 的双二五硫化剂 手动打匀后出片装入模具 置于平板硫化机内 于 条件下模压 制得绝缘硅橡胶 性能测试及表征门尼黏度:按/测试 硫化曲线:按/测试 拉伸强度和断裂伸长率:按/测试 邵氏硬度:按/测试 撕裂强度:按/测试 结果与讨论 硅烷偶联剂对热硫化绝缘硅橡胶力学性能的影响 硅烷偶联剂种类的影响无机填料与硅烷偶联剂的作用机理通常可分为以下 个步骤 首先 硅烷水解为硅醇 然后 硅醇缩合为低聚物 低聚物再与无机材料表面的羟基形成氢键 最后在一定条件下羟基缩合失水形成共价键 过程如图 所示图 典型的硅烷偶联剂作用过程
7、示意图 第 期朱超等.硅烷偶联剂对热硫化绝缘硅橡胶性能的影响探析 本实验在气相法白炭黑补强的基础上 添加 份不同种类的硅烷偶联剂 考察了其对硅橡胶力学性能的影响 结果见表 表 硅烷偶联剂种类对硅橡胶力学性能的影响 测试项目硅烷偶联剂种类无 拉伸强度/断裂伸长率/撕裂强度/()邵氏 硬度 从表 可以看出 添加硅烷偶联剂后绝缘硅橡胶的断裂伸长率显著下降、硬度和拉伸强度显著提升 这是因为硅烷偶联剂水解产生的羟基与氢氧化铝表面的羟基发生了化学反应 通过化学键形式结合在了一起 氢氧化铝表面的疏水化促进了其在胶料中的分散 此外 部分种类的硅烷偶联剂中的乙烯基还能与硅橡胶相互作用 使氢氧化铝与硅橡胶通过硅烷
8、偶联剂的架桥作用结合在一起 从而提升了补强效果 提高了硅橡胶的硬度和拉伸强度 硅烷偶联剂种类对硅橡胶力学性能有较大影响 从力学性能角度考虑 添加 的硅橡胶拉伸强度为 、撕裂强度为 /、断裂伸长率为 虽然拉伸强度较高 但是作为绝缘硅橡胶 其硬度超过常规的 的范围 并且断裂伸长率较低胶料显脆 因此 综合考虑拉伸强度、硬度和脆性 是最优的选择 硅烷偶联剂用量的影响研究了 用量对硅橡胶力学性能的影响 结果见表 表 用量对硅橡胶力学性能的影响 测试项目 用量/份拉伸强度/断裂伸长率/撕裂强度/()邵氏 硬度 由表 可见 随着 用量由 增加到 份 硅橡胶的拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率先升后降 硬度升高
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