新型无机填料增强/改性高温硫化硅橡胶的性能研究

摘要

有机硅橡胶是以Si-O-Si为主链、有机基团（如甲基、苯基、乙烯基等）为侧链的线型聚硅氧烷经过硫化交联形成的弹性体。由于聚硅氧烷特殊的化学结构，大分子链之间作用力很弱，纯聚硅氧烷交联后形成的硅橡胶力学性能很差，几乎没有实际使用价值。因此，为达到实际使用要求，必须对硅橡胶进行增强。
　　在硅橡胶中添加无机补强填料是最常用的增强方法之一。添加方法有传统机械混合和溶胶凝胶法原位增强，后者相对于前者优点在于增强后硅橡胶内的补强填料分布均匀，与橡胶基体相互作用强，且大小形貌可控。
　　本文使用不同的方法把白炭黑、氧化锆和氮化硼加入高温硫化硅橡胶中，在前人研究基础上，设计开发新型溶胶凝胶法工艺路线增强高温硫化硅橡胶。针对高温硫化硅橡胶的特性，以TMOS、TEOS和正丙醇锆为前驱体，通过溶胶凝胶法制备预水解体系，将预水解体系和硅橡胶混合，让预水解体系在硅橡胶中继续水解缩合，原位生成补强填料增强硅橡胶。使用不同的催化剂（盐酸、氨水和二月桂酸二丁基锡）设计不同的与预水解体系制备工艺，分别比较增强效果。
　　通过控制体系pH、温度、流动性和反应时间，调控溶胶凝胶预水解体系;通过力学性能、微观形貌、硫化性能、交联密度、热稳定性分析测试溶胶凝胶预水解体系的增强效果。
　　实验结果表明:使用盐酸和二月桂酸二丁基锡作为溶胶凝胶反应催化剂制备的硅橡胶体系内的白炭黑颗粒细小分散均匀，力学性能和交联密度提升明显，硫化速度加快，热稳定性影响不大。使用氨水作为溶胶凝胶反应催化剂制备的硅橡胶体系内白炭黑颗粒分布不均，大小形貌不一，各项性能基本没有增强。此外，偶联剂在体系中的作用有所体现，但效果未达到实验预期，需进一步改进使用方法。
　　溶胶凝胶法在硅橡胶体系内原位生成的氧化锆有着独特的形貌，对硅橡胶的撕裂强度提升最高超过一倍，对硅橡胶热在500℃-600℃温度区间的热稳定性提升明显。
　　相比而言，机械混合的氮化硼与橡胶基体之间没有形成紧密的结合，而且氮化硼之间出现团聚现象，硅橡胶经氮化硼增强后只对热导率有明显提升，其他性能增强很小，甚至有所降低。文章尝试对氮化硼进行表面改性，但未收到预期效果。
　　综上所述，文中使用溶胶凝胶法增强高温硫化硅橡胶的实验结果基本符合实验预期，不足之处有待以后的实验改进补充。

目录

声明

摘要

符号说明

第1章 绪论

1．1 有机硅橡胶的研究和应用

1．2 有机硅橡胶增强方法

1．3 溶胶凝胶法

1．3．1 溶胶凝胶法发展史

1．3．2 溶胶凝胶法简介

1．3．3 溶胶凝胶法基本反应过程

1．3．4 影响溶胶凝胶反应的因素

1．3．5 溶胶凝胶法增曩有机硅橡胶

1．3．6 溶胶凝胶法原位增强有机硅橡胶的研究进展

1．4 课题研究内容及意义

第2章 高温硫化硅橡胶溶胶凝胶预水解体系的设计与优化

2．1 引言

2．2 实验原料及仪器

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪置设备

2．3 溶胶凝胶法增强高温硫化硅橡胶的前期探索和思考

2．4 溶胶凝胶反应体系

2．4．1．溶胶凝胶反应体系的选择

2．4．2．溶胶凝胶反应程度的选择

2．5 使用氯水作为催化剂制备溶胶凝胶预水解体系

2．5．1．氨水催化溶胶凝胶反应机理

2．5．2．实验方案与结果讨论

2．6 使用盐酸作为催化剂制备溶胶凝胶预水解体系

2．6．1．盐酸催化溶胶凝胶反应原理

2．6．2．实验方案与结果讨论

2．7 使用二月桂酸二丁基锡作为催化剂制备溶胶凝胶预水解体系

2．6．1．二月桂酸二丁基锡值化溶胶凝胶反应机理

2．6．2．实验方案与结果讨论

2．8 本章小结

第3章 溶胶凝胶SiO2原位增强有机硅橡胶的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验原料及仪器

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．3 测试方法及性能表征

3．3．1 力学性能测试

3．3．3 硫化性能

3．3．4 有机硅橡胶密度测量

3．3．5 平衡溶胀法测交联密度

3．3．6 固体核磁测交联密度

3．3．7 热重分析

3．4 实验部分

3．4．1 有机硅橡胶各组分配比

3．4．2 溶胶凝胶法二氧化硅原位增强有机硅橡胶的制备

3．5 结果分析与讨论

3．5．1 机械性能分析

3．5．2 扫描电子显微镜(SEM)分析

3．5．3 硫化性能分析

3．5．4 平衡溶胀法测试交联密度

3．5．5 固体核磁(Solid-NMR)与交联密度

3．5．6 热重(TG)分析

3．6 本章小结

第4章 氧化锆原位增强高温硫化硅橡胶

4．1 实验原料及仪器

4．1．1 实验原料

4．1．2 实验仪器

4．2 测试方法及性能表征

4．2．1 力学性能测试

4．2．2 热重分析

4．3 实验部分

4．3．1 有机硅橡胶配方

4．3．2 氧化锆原位增强有机硅橡胶的制备

4．4 结果分析与讨论

4．4．1 机械性能分析

4．4．2 热重(TG)分析

4．5 本章小结

第5章 氮化硼(BN)增强高温硫化硅橡胶

5．1 引言

5．2 实验原料及仪器

5．2．1 实验原料

5．2．2 实验仪器

5．3 测试方法及性能表征

5．3．2 热导率和绝缘性测试

5．3．3 热重分析

5．3．4 力学性能测试

5．4．1 氮化硼表面活化

5．4．2 有机硅橡胶各组分配比

5．4．3 有机硅橡胶的制备

5．5 结果分析与讨论

5．5．1 形貌分析(SEM)和BN表面活性基团分析(FTIR)

5．5．2 导热系数和电阻率

5．5．3 热重分析

5．5．4 力学性能分析

5．6 本章小结

第6章 结论和展望

参考文献

致谢