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硅橡胶通常采用高细度二氧化硅来增强,这一方法在有效提高硅橡胶强度的同时,却使体系黏度大幅度提高,甚至产生结构化现象。目前已有研究采用同时交联与原位补强的方法来降低体系的黏度和提高硅橡胶的强度,四乙氧基硅烷(TEOS)可以固化羟基封端的聚硅氧烷(PDMS),并同时原位补强硅橡胶,但大量的TEOS在交联补强PDMS时生成并释放大量乙醇,导致硫化胶的体积收缩与龟裂,使用价值有限,因此需要研究新的方法制备综合性能优异的硅橡胶。本论文对室温硫化硅橡胶的补强新方法进行研究,主要进行了以下几方面的工作:
1.通过烷氧基硅烷的共水解缩合反应,合成了聚硅氧烷交联剂(PCA),并用不同结构的硅氮烷进行改性;以NMR(1H,29Si)、FT-IR、GPC等表征了两种改性PCA的结构,研究了其储存稳定性,优化了合成工艺条件。结果表明,硅氮烷可以有效减少PCA的活性羟基数量,改善其储存稳定性。
2.由PCA和端羟基PDMS制备了新型室温硫化硅橡胶,探讨了其硫化前的工艺性能和硫化胶的硫化失重、线性收缩、力学性能及热稳定性;以SEM和TEM研究了原位生成增强粒子的形貌特征,并通过溶胀分析探讨了增强机理。结果表明:该方法可以有效降低体系的黏度,减小固化体积收缩,并有显著增强效果;硫化胶中存在从nm到μm尺度不同粒径的SiO2粒子,粒子与PDMS基体间有强烈的相互作用;随着PCA用量的增加,硫化胶在氮气下的热分解温度提高,但在200℃空气和氮气下热老化12h后其综合性能均下降。
3.研究了PCA和沉淀法SiO2的协同增强效应,探讨了影响工艺性能和硫化胶力学性能的因素,并用SEM和溶胀法研究了其增强机理。结果表明:PCA的引入可有效降低PCA/silica/PDMS体系的黏度,提高硫化胶的拉伸强度,但伸长率下降;体系中PCA原位生成的SiO2粒子和掺杂的SiO2粒子与PDMS聚合物之间有强烈的相互作用,比PCA和SiO2单独补强具有更好的增强效果。
4.通过多种烷氧基硅烷和端羟基聚二甲基硅氧烷共水解缩聚制备了原位补强的SiO2/PDMS胶料,并研究了其工艺性能、力学性能、补强机理、热性能、透光率和介电性能。结果表明:催化水解的条件对原位补强SiO2/PDMS硅橡胶的综合性能影响较大,碱性条件下催化共水解缩聚反应的硫化胶性能更好。
5.利用单官能硅烷化封端反应制备了改性胶体SiO2,对其增强加成型硅橡胶进行了研究。结果表明:这种硅橡胶体系具有较低的黏度、高强度、高抗撕裂性、高透明性和很好的热稳定性,还具有优异的粘接性能。优化研究表明乙烯基封端剂用量在0.16~0.31wt%、改性胶体SiO2用量为70 phr时,硫化胶具有最佳的综合性能。