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未补强硅橡胶的拉伸强度一般在0.3-0.5MPa,撕裂强度仅在0.5-2.0kN/m左右,因此在大多数的应用情况下,需要对其进行补强。二氧化硅能有效补强室温硫化硅橡胶,但同时会使胶料黏度急剧上升,甚至产生结构化现象,导致体系的工艺性能变差,如何解决这一矛盾是研究人员关注的问题。本文以提高室温硫化硅橡胶撕裂强度为目的,同时保证体系具有良好的操作工艺性为前提,从交联剂、基胶、填料改性及其增强三个方面,开展了以下的工作:
(1)采用硅氢加成反应,合成了几种不同类型的交联剂:含有一定链长烷烃基团的交联剂、烷烃基团和不同硅氧链节相间的交联剂、环形结构的交联剂;研究并对比了当这些交联剂的官能团和原硅酸乙酯的官能团等当量时,交联剂类型对胶料固化速率及对硫化胶力学性能的影响。结果表明,交联剂类型影响胶料的固化速率,并影响硫化胶的扯断伸长率,与常用的原硅酸乙酯交联剂相比,所合成的交联剂对硫化胶的拉伸强度和撕裂强度的提高没有更有益的效果。说明在可交联点数相同的前提条件下,交联点的空间分布对硫化胶的拉伸强度和撕裂强度影响不大。
(2)采用高、低不同黏度、不同分子量分布的聚二甲基硅氧烷(PDMS),按一定的比例混合做为双模网络的基胶,研究加工工艺对填充双模网络硫化胶力学性能的影响;并研究了高、低不同黏度PDMS不同并用比时对填充双模网络硫化胶力学性能的影响;同时还研究了当基胶中引入苯基时,对填充双模网络硫化胶力学性能的影响。结果表明,填充双模网络硫化胶的力学性能对加工工艺很敏感,尤其是撕裂强度;PDMS可以通过填充双模网络得到有效的增强,当基胶中引入苯基时,能显著提高室温硫化硅橡胶的撕裂强度,撕裂强度值可高达21kN/m,这可能是源于苯基的刚性和双峰网络的叠加效应。
(3)研究了二氧化硅改性过程中,所用分散剂、改性剂、水、催化剂等对室温硫化硅橡胶力学性能的影响:并研究了改性过程中水及水的加入顺序对填充胶料的黏度和硫化胶力学性能、透明性的影响;用TGA研究了改性二氧化硅过程中水及催化剂对硅橡胶高温热氧化稳定性的影响;对比了基胶的端基不同时,相同用量改性二氧化硅对其增强效果的影响。结果表明,当甲基硅油做分散剂时,其增强硅橡胶的胶料,黏度较低,硫化胶的力学性能较好;改性过程中水及水的加入顺序影响填充胶料的黏度和硫化胶的力学性能、透明性,且不影响硫化胶的高温热氧化稳定性;改性过程中加入催化剂,能显著提高硅橡胶的力学性能,但对硫化胶的高温热氧化稳定性有不利的影响。
(4)坡缕石对室温硫化硅橡胶来说是一种新的纳米纤维状的天然增强填料,通过对其进行表面改性,混合到PDMS中,研究所得硫化胶的热稳定性和力学性能;并研究了当填料用量相同时,改性坡缕石和改性沉淀法二氧化硅对PDMS的增强效果。结果表明,坡缕石对PDMS的增强效果达到甚至超过沉淀法二氧化硅的增强水平,这种填料由于较低的价格和优异的增强效果,有望在实际中得到应用,加上坡缕石/PDMS较低的膨胀指数,使其尤其适合在密封件中使用。