一种耐高温单组份室温硫化硅橡胶及其制备方法与流程

1.本发明属于高分子材料技术领域，特别是涉及一种耐高温单组份室温硫化硅橡胶。


背景技术：

2.硅橡胶是一种兼有无机和有机性质的高分子弹性体，它的分子让链是由硅原子和氧原子交替组成，硅氧键键能达370kj/mol，比一般的碳碳结合键能240kj/mol大得多；硅橡胶具有耐高低温、耐辐射、耐紫外线、绝缘、憎水、耐候性好、透气性好及压缩变形率低等优异性能，是橡胶中性能独特的品种，已经在航天、航空、电子、轻工、建筑、医疗、领口、化工、冶金等技术领域得到了广泛的应用；一般可以对其进行硫化提高硅橡胶的机械性能，现有的硅橡胶是使用过氧化物作为硫化剂进行硫化的；但是，过氧化物反应会在橡胶中留下酸性物质；现在加成硫化型硅橡胶主要采用的是有机过氧化物作硫化剂，经过加热使有机过氧化物分解产生游离基，并与橡胶的有机侧基形成交联，从而获得硫化胶；有机过氧化物一般在室温下比较稳定，但是在较高的硫化温度下能够迅速分解产生自由基，从而使硅橡胶产生交联；硅橡胶按其硫化特性可以分为热硫化型硅橡胶和室温硫化型硅橡胶；硫化型可以使线状硅胶分子交联成立体网状结构，除了一些热塑性硅胶不需要硫化外，天然橡胶和各种合成橡胶都需要使用硫化剂进行硫化；硅橡胶能承受较宽的湿度范围如-60℃～240℃，但是硫化橡胶一般的工作温度为200℃上限，再提高工作温度时，会出现橡胶的机械性能下降的问题，例如：开裂、收缩、软化等问题，影响到工件的正常运行；因此，有必要提出一种耐高温单组份室温硫化硅橡胶及其制备方法，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种兼具优异耐高温和阻燃性能，且力学性能保持好的耐高温单组份室温硫化硅橡胶及其制备方法。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种耐高温单组份室温硫化硅橡胶，以质量份数计，其原料配方组成为：
5.硅橡胶生胶100份；
6.交联剂20～50份；
7.耐老化助剂5～7份；
8.固化剂0.5～2份；
9.无机粉体1～5份；
10.硫化剂1～5份；
11.所述耐老化助剂为二氧化钛和四氧化三铁；
12.所述的无机粉体如下方法制得：将陶瓷粉超声分散在有机溶剂中，然后加入釉粉，在100～120℃下搅拌12～24h，经过旋蒸、离心洗涤和真空干燥，得到所述无机粉体；所述陶
瓷粉与釉粉的质量比为1:2～2:1。
13.进一步地说，所述陶瓷粉为硅灰石、氢氧化镁和硼酸锌陶瓷粉中的一种或多种；
14.所述釉粉为二氧化硅、氧化铝和氧化钙中的一种或多种；
15.所述有机溶剂为苯、甲苯或二氯苯中的一种或多种。
16.进一步地说，所述硅橡胶生胶为甲基硅橡胶或甲基乙烯基苯基硅橡胶。
17.进一步地说，所述交联剂为过氧化苯甲酰、2,4-二氯过氧化苯甲酰或过氧化二叔丁基。
18.进一步地说，所述耐老化助剂中二氧化钛占50～80wt％，四氧化三铁占20～50wt％。
19.进一步地说，所述固化剂为硅硼增粘剂、钛酸酯增粘剂、烷基二乙醇酰胺、聚乙二醇双硬脂酸酯或氧化胺。
20.进一步地说，所述硫化剂为双二五硫化剂。
21.所述的耐高温单组份室温硫化硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
22.1)在室温下，将硅橡胶生胶、交联剂、固化剂和耐老化助剂分次加入捏合机进行混炼，加料完成后保持30～40℃混炼1～3h；升温至140～170℃混炼3～5h，保温进行抽真空混炼1～3h；然后在100～130℃混炼2～4h，得到混合物；
23.2)将无机粉体和硫化剂通过双辊开炼机或捏合机加入混合物中，混合均匀，硫化后得产品。
24.进一步地说，所述的分次加入是分3～4次加入，每次加料间隔时间为5～10min。
25.进一步地说，所述硫化的条件为：在140～170℃、7～8mpa条件下硫化15～25min成型，180～200℃二段硫化4～6h。
26.本发明的有益效果至少具有以下几点：
27.1、本发明克服了传统耐热剂添加量大的缺点，在硅橡胶中加入少量的无机粉体，可以显著提高硅橡胶的耐高温性能。
28.2、本发明所制备的无机粉体热稳定性好、效率高，可以显著提高硅橡胶的热稳定性、耐热氧老化性能和阻燃性能。
具体实施方式
29.下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
30.实施例1
31.将6.00g陶瓷粉硅灰石超声分散在200ml苯有机溶剂中，然后加入6.00g二氧化硅，在100℃下搅拌12h，经过旋蒸、100ml乙醇洗涤离心3次，并在50℃真空干燥24h，得到无机粉体1。
32.以质量份数计，将100份甲基硅橡胶、40份交联剂(过氧化苯甲酰)、0.6份固化剂(硅硼增粘剂)和6份耐老化助剂(二氧化钛50wt％，四氧化三铁50wt％)分成4批次加入真空捏合机中，每次加料间隔时间为10min，加料完成后在30℃下混炼3h；接着升温至165℃混炼3h，并保持该温度进行抽真空混炼1h；然后冷却至130℃混炼2h得到混合物母胶。
33.以质量份数计，在上述100g混合物母胶中，加入3.4g无机粉体1和1.0g的双二五硫
化剂，在室温下通过双棍开炼机混炼均匀，在165℃下模压15min，最后在180℃干燥箱中进行二段硫化4h后取片进行测试，测试结果见表1。
34.实施例2
35.将6.00g陶瓷粉氢氧化镁超声分散在200ml苯有机溶剂中，然后加入6.00g氧化钙，在100℃下搅拌12h，经过旋蒸、100ml乙醇洗涤离心3次，并在50℃真空干燥24h，得到无机粉体2。
36.以质量份数计，将100份甲基乙烯基苯基硅橡胶、40份交联剂(2,4-二氯过氧化苯甲酰)、0.6份固化剂(钛酸酯增粘剂)和6份耐老化助剂(二氧化钛80wt％，四氧化三铁20wt％)分成4批次加入真空捏合机中，每次加料间隔时间为10min，加料完成后在30℃下混炼3h；接着升温至165℃混炼3h，并保持该温度进行抽真空混炼1h；然后冷却至130℃混炼2h得到混合物。
37.以质量份数计，在上述100g母胶中，加入3.4g无机粉体1和1.0g的双二五硫化剂，在室温下通过双棍开炼机混炼均匀，在165℃下模压15min，最后在180℃干燥箱中进行二段硫化4h后取片进行测试，测试结果见表1。
38.实施例3
39.本实施例与实施例1不同之处是将二氧化硅的用量变为12.00g，苯溶剂改为甲苯溶剂，在110℃反应20h。
40.实施例4
41.本实施例与实施例2不同之处是将氧化钙的用量变为12.00g，苯溶剂改为二氯苯溶剂，在110℃反应20h。
42.实施例5
43.本实施例与实施例1不同之处在于将无机粉体1用量从3.4g降到2g。
44.另计算加入耐老化助剂后的硅橡胶陷阱出陷电流，计算公式如下：
[0045][0046]
其中，ixcx代表硅橡胶陷阱出陷电流，e代表自然常数，mxd代表初始陷阱密度，e代表载流子所处能级，ef代表费米能级，k代表玻尔兹曼常数，t代表硅橡胶老化环境温度，ga代表硅橡胶陷阱电荷出陷概率，t代表老化时间，exp代表以自然常数为底数的指数式；通过计算加入耐老化助剂后的硅橡胶陷阱出陷电流，可以获得加入耐老化助剂后硅橡胶老化在电晕放电过程中的绝缘性能，按照绝缘性能加入配比更加合理的耐老化助剂及其他配比的混合剂，以大幅提高硅橡胶的耐老化性、绝缘性各方面性能。比较例1
[0047]
以质量份数计，将100份甲基硅橡胶、40份交联剂(过氧化二叔丁基)、0.6份固化剂(烷基二乙醇酰胺)和6份耐老化助剂(二氧化钛50wt％，四氧化三铁50wt％)分成4批次加入真空捏合机中，每次加料间隔时间为10min，加料完成后在30℃下混炼3h；接着升温至165℃混炼3h，并保持该温度进行抽真空混炼1h；然后冷却至130℃混炼2h得到混合物。
[0048]
以质量份数计，在上述100g母胶中，加入1.0g的双二五硫化剂，在室温下通过双棍
开炼机混炼均匀，在165℃下模压15min，最后在180℃干燥箱中进行二段硫化4h后取片进行测试，测试结果见表1。
[0049]
比较例2
[0050]
以质量份数计，将100份甲基乙烯基苯基硅橡胶、40份交联剂(过氧化苯甲酰)、0.6份固化剂(聚乙二醇双硬脂酸酯)和6份耐老化助剂(二氧化钛80wt％，四氧化三铁20wt％)分成4批次加入真空捏合机中，每次加料间隔时间为10min，加料完成后在30℃下混炼3h；接着升温至165℃混炼3h，并保持该温度进行抽真空混炼1h；然后冷却至130℃混炼2h得到混合物。
[0051]
以质量份数计，在上述100g母胶中，加入6.8g的陶瓷粉硅灰石和1.0g的双二五硫化剂，在室温下通过双棍开炼机混炼均匀，在165℃下模压15min，最后在180℃干燥箱中进行二段硫化4h后取片进行测试，测试结果见表1。
[0052]
比较例3
[0053]
以质量份数计，将100份甲基硅橡胶、40份交联剂(过氧化二叔丁基)、0.6份固化剂(氧化胺)和6份耐老化助剂(二氧化钛50wt％，四氧化三铁50wt％)分成4批次加入真空捏合机中，每次加料间隔时间为10min，加料完成后在30℃下混炼3h；接着升温至165℃混炼3h，并保持该温度进行抽真空混炼1h；然后冷却至130℃混炼2h得到混合物。
[0054]
以质量份数计，在上述100g母胶中，加入10.2g的cuo和1.0g的双二五硫化剂，在室温下通过双棍开炼机混炼均匀，在165℃下模压15min，最后在180℃干燥箱中进行二段硫化4h后取片进行测试，测试结果见表1。
[0055]
1)按照gb/t 528-2009测定硅橡胶的拉伸强度及断裂伸长率。
[0056]
2)按照gb/t 10707-2008测定硅橡胶的氧指数和垂直燃烧等级。
[0057]
测试结果如下表：
[0058][0059][0060]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。