不同加成型條件下硅橡膠力學(xué)性能的研究

不同加成型條件下硅橡膠力學(xué)性能的研究

隨著電路的線性寬度、集成度和成本度的增加，對粘合劑材料的性能要求也越來越高。結(jié)果表明，粘合劑材料具有良好的電性能、抗高壓、低介電常數(shù)和良好的絕緣性。流動性好，粘度低，適合灌溉，不流入宋元灌封部。高性能，強度高，彈性好，尤其是抗伸展強度好的硅溶膠。它是硅氧烷最重要的品種之一，具有良好的穩(wěn)定性。在-60.250c下，它不僅能保持一定的柔軟性、回旋性、表面硬度和機械工程，而且能承受長期的熱老化。它具有良好的電絕緣性、抗候性、耐氯和耐堿性，對壓力、重量等要求都很好。特別是，添加形成的室溫硫酸鈉，不是以極性化合物為主的原料，并且在混合過程中不會釋放異質(zhì)結(jié)，因此在極壽命條件下保持更好的電氣性能。苗蓉麗等人制備了YGM-1雙組分室溫硫化有機硅黏合劑;徐志君等人發(fā)現(xiàn)在硅橡膠中添加乙烯基硅油可以提高液體硅橡膠的機械性能;黃偉等人用含乙烯基的MQ樹脂增強加成型室溫硫化硅橡膠.加成型硅橡膠的品種以高溫硫化硅橡膠為主,這是因為常溫下加成型硅橡膠的硫化不易控制,導(dǎo)致硫化不完全,所得到的硫化膠的電性能偏差.本文通過添加集中交聯(lián)劑來提高加成型室溫硫化硅橡膠的強度,并以正交試驗的方式來考察填料類型、含氫硅油中氫的質(zhì)量分數(shù)和多乙烯基硅油的類型對室溫硫化后硅橡膠性能的影響,制得了高強度室溫硫化硅橡膠.1實驗部分1.1試劑和試劑量端乙烯基硅油:黏度5Pa·s,乙烯基質(zhì)量分數(shù)0.3%,新安化工集團股份有限公司;含氫硅油:氫質(zhì)量分數(shù)1.56%,星火有機硅有限公司;白炭黑:氣相法白炭黑,處理沉淀法白炭黑(經(jīng)六甲基二硅氮烷處理),處理氣相法白炭黑(經(jīng)六甲基二硅氮烷處理),新安化工集團股份有限公司;二乙烯基四甲基二硅氧烷:質(zhì)量分數(shù)≥99%,新安化工集團股份有限公司;四乙烯基四甲基環(huán)四硅氧烷(VMC):質(zhì)量分數(shù)≥99%,浙江衢州巨化有限公司;八甲基環(huán)四硅氧烷(D4):質(zhì)量分數(shù)≥99%,新安化工集團股份有限公司;氯鉑酸:質(zhì)量分數(shù)≥37%,上?；瘜W(xué)試劑一廠;濃硫酸:H2SO4質(zhì)量分數(shù)95%～98%,杭州大方試劑廠;碳酸氫鈉:質(zhì)量分數(shù)≥99%,杭州雙林化工試劑廠;氯化鈣:質(zhì)量分數(shù)≥96%,浙江省建德市新安江重鈣廠.1.2乙烯基四甲基二硅氧烷絡(luò)合物催化劑的制備將1g氯鉑酸與50g二乙烯基四甲基二硅氧烷加入到250mL帶攪拌裝置、回流冷凝管和溫度計的三口燒瓶中,升溫到120℃,攪拌1h后,冷卻至室溫,濾去鉑黑沉淀.再加入70g二乙烯基四甲基二硅氧烷,攪勻,水洗后,再用碳酸氫鈉處理,并用無水氯化鈣干燥,即得鉑的二乙烯基四甲基二硅氧烷絡(luò)合物催化劑.1.3bsime3的合成將D4、含氫硅油和濃硫酸按一定比例加入帶電磁攪拌和回流冷凝管的平底燒瓶中,在室溫下攪拌5h后,靜置分層,除去酸水層,將油層用水洗至中性,并用無水氯化鈣干燥,得無色透明水解物.反應(yīng)方程式如下:Me3SiO(MeHSiO)bSiMe3+a4(Me2SiO)4→H+(ΜeΗSiΟ)bSiΜe3+a4(Μe2SiΟ)4→Η+Me3SiO(Me2SiO)a(MeHSiO)bSiMe31.4聚合反應(yīng)mevi的制備在一裝有溫度計、分水器、冷凝器和機械攪拌裝置的500mL三口瓶中,以一定比例加入D4和VMC,KOH催化劑用量為D4和VMC總量的0.0001,開動攪拌,將油浴升溫至130℃,同時通干燥氮氣,以除去系統(tǒng)中的少量水.當聚合時間達到預(yù)定時間后,加入約D4用量0.01的蒸餾水,體系產(chǎn)生大量氣泡,黏度開始慢慢減小.水解180min后,體系黏度趨于恒定,停止反應(yīng).反應(yīng)方程式如下:H2O+n4(MeSiO)4+m4(MeViSiO)4?→???H+或OH?Η2Ο+n4(ΜeSiΟ)4+m4(ΜeViSiΟ)4→Η+或ΟΗ-HOMe2SiO(Me2SiO)n(MeViSiO)mSiMe2OH1.5硫化基層雙環(huán)[3-雙環(huán)芳烴雙環(huán)[3.2.3.2.3]甲基阻-1,5.2.3%硫基雙環(huán)[3.2.3.2.3.2.2.3]甲基阻-5-氫甲基雙環(huán)[3.2.2.2.2.2.2.3]甲基阻-5-氫甲基雙環(huán)[3.2.2.2.2.2.2.2.3]甲基阻-5-氫甲基雙環(huán)[3.2.2.2.2.2.3.2.3]甲基阻-6-甲基甲基雙環(huán)[3.2.2.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.2.3.3.2.3.3.2.3.3.2.3.3.2.3.3.2.3.3.2.3.3.2.3.3.2.3.3.3.2.3.3.3.2.3.3.3.3.3.2.3.3.3.3.3.3.3.3.3.2.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.2.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3將乙烯基硅油與白炭黑按一定比例混合均勻后,減壓以除去可能殘存的低沸點物質(zhì).一部分與一定比例的含氫硅油混合,一部分與一定比例的催化劑混合.然后將等量的2組分混合,攪拌均勻,在室溫下放置24h,即得室溫硫化硅橡膠.1.6多乙烯基硅油的正交實驗為了得到絕緣性好、損耗小和強度高的室溫硫化硅橡膠,通過正交試驗尋找合適的交聯(lián)劑、集中交聯(lián)劑和填料.實驗硫化條件設(shè)為室溫,正交實驗的因素水平如表1所示.表中:A是含氫硅油中氫的質(zhì)量分數(shù),用量隨含氫硅油類型的改變而改變,以保證體系中氫和乙烯基的物質(zhì)的量比為1.5∶1;B是多乙烯基硅油中乙烯基的質(zhì)量分數(shù),水平1、2和3時多乙烯基硅油與基礎(chǔ)膠的質(zhì)量比分別為15∶100、10∶100和5∶100;C是填料的類型,填料與基礎(chǔ)膠的質(zhì)量比為10∶100.1.7硫化監(jiān)管材料zwick/roellz2硫化硅橡膠的硬度(按照GB531-99)采用LX-A型邵氏橡膠硬度計測定,其體積電阻率(按照GB1692-81)以ZC43型兆歐計加以測定.硫化硅橡膠的抗張強度和斷裂伸長率(按照GB528-1998)采用Zwick/RoellZ202萬能材料測試機測定.介電常數(shù)、損耗因子和介電損耗角正切采用(按照GB1693-81)Agilent4294A精密阻抗測試儀測定.2多乙烯基硅的質(zhì)量分數(shù)對硫化管道力學(xué)性能的影響加成型室溫硫化硅橡膠以含乙烯基的有機硅聚硅氧烷作為基礎(chǔ)聚合物,含硅氫鍵的有機聚硅氧烷作為交聯(lián)劑,鉑為催化劑,在室溫下反應(yīng),形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).硫化機理表現(xiàn)為加成反應(yīng)原理模式,其反應(yīng)過程如下:影響硅橡膠性能的因素繁多,主要有基礎(chǔ)膠的黏度、含氫硅油中氫的質(zhì)量分數(shù)及用量、填料、助劑和加工工藝等.正確地理解和掌握這些因素的影響規(guī)律,對于改進硅橡膠的性能具有十分重要的指導(dǎo)作用.因此,通過正交實驗考察了集中交聯(lián)劑、含氫硅油以及填料對硅橡膠的抗張強度Ts和斷裂伸長率Eb的影響,并從中篩選出具有一定伸長率和較高強度且能在室溫下完全硫化的室溫硫化硅橡膠,同時具有良好的電學(xué)性能.正交試驗的結(jié)果如表2、3和圖1所示.表中:Ai、Bi和Ci分別表示水平為i時的因素;橫坐標為K1、縱坐標為A的數(shù)據(jù)表示因素為A、水平為1的試驗結(jié)果的總和;橫坐標為k1、縱坐標為A的數(shù)據(jù)表示因素為A、水平為1的試驗結(jié)果的平均值;極差R為|ki-kj|(i,j=1,2,3)的最大值,其他數(shù)據(jù)依此類推.由表2和3中2個參考性能的極差可見,含氫硅油中氫的質(zhì)量分數(shù)對硫化硅橡膠的力學(xué)性能的影響最顯著,各因素按影響大小排序依次為含氫硅油中氫的質(zhì)量分數(shù)>集中交聯(lián)劑>填料.隨著含氫硅油中氫的質(zhì)量分數(shù)的增大,室溫硫化硅橡膠的抗張強度趨于增大,而伸長率則趨于減小.隨著多乙烯基硅油中乙烯基質(zhì)量分數(shù)的增大,硫化硅橡膠的抗張強度先減小后增大,伸長率則先增大后減小.采用氣相法白炭黑和處理氣相法白炭黑為填料所得的硫化膠的強度較大,而用處理沉淀法白炭黑為填料所得的硫化膠的伸長率較大.含氫硅油中氫的質(zhì)量分數(shù)越大,交聯(lián)密度越大,則硫化膠的抗張強度越大.多乙烯基硅油的類型對硫化后硅橡膠的性能有較大影響,實驗中體系的多乙烯基硅油提供的乙烯基的量是一樣的,多乙烯基硅油中乙烯基質(zhì)量分數(shù)增大,硅橡膠的交聯(lián)密度增大,則硅橡膠的抗張強度增大;但是交聯(lián)密度過大,伸長率反而下降,導(dǎo)致抗張強度也下降.氣相法白炭黑由燃燒法制得,質(zhì)量分數(shù)大,硅羥基少,補強率高,得到的硫化膠透明度高,平性差,容易結(jié)構(gòu)化.采用沉淀法白炭黑為填料得到的硫化膠加工性能好,膠料不容易結(jié)構(gòu)化,但是因硅羥基過多,硫化膠強度較低.為了減小氣相法白炭黑引起的結(jié)構(gòu)化的影響,應(yīng)對白炭黑進行表面處理.實驗結(jié)果表明,處理后的氣相法白炭黑與未處理的相比,硫化膠的結(jié)構(gòu)化程度明顯降低,而硫化膠的強度幾乎保持不變.綜上分析可知,最佳的工藝因素條件應(yīng)為A3B1C1,即采用氫質(zhì)量分數(shù)為1.6%的含氫硅油,以乙烯基質(zhì)量分數(shù)為2%的多乙烯基硅油為集中交聯(lián)劑,用處理氣相法白炭黑作為填料.根據(jù)正交試驗結(jié)果選擇最佳水平組合進行實驗驗證,驗證試驗設(shè)計及實驗結(jié)果如表4和5所示.表中:ρV為體積電阻率,εr為相對介電常數(shù),ε″損耗因子.可見正交實驗的分析結(jié)論是正確的.3利用二乙烯基質(zhì)量分數(shù)的相關(guān)系數(shù),利用三乙烯基二硅氧烷系聚硅氧烷系聚硅氧烷系聚硅氧烷系聚硅氧烷系聚氧烷劑合成硫化膠含氫硅油中氫質(zhì)量分數(shù)對硫化硅橡膠的力學(xué)性能影響顯著,隨著氫質(zhì)量分數(shù)的增大,硫化膠的抗張強度增大.添加多乙烯基硅油可以提高