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硅橡胶具有良好的耐热性、耐低温性和加工性能,广泛应用于电子、航空、食品、卫生等领域。热硫化硅橡胶是以线性高聚合度聚有机硅氧烷为生胶,添加填料、各种助剂加工而成。聚有机硅氧烷以Si-O-Si键为主链,Si原子上连有甲基和少量乙烯基,分子柔性大,未加补强剂时,分子间作用力弱,物理机械性能较低,尤其是撕裂强度只能达到5~10kN/m。而 硅橡胶制品多为结构复杂的小零部件,制品硫化后热模启动时容易被撕裂;制品在较苛刻的环境中使用也容易造成撕裂,影响产品的使用性能。因此提高硅橡胶的撕裂强度具有重要的意义。
撕裂是橡胶等弹性体材料中的裂纹,由于受⼒⽽导致裂纹扩⼤的现象。撕裂强度⽤于表征材料抵抗撕裂的能⼒,是指试样撕裂时单位厚度上所承受的负荷,单位KN/m。撕裂强度的测试:直角、新⽉、裤型。
撕裂破坏机理:
1)、当弹性体材料受⼒后,在材料结构中产⽣应⼒,若在该应⼒⽅向上,所受⼒结构承受不了此应⼒(⾼于该结构所能承受的最⼤应⼒),则发⽣撕裂破坏。
2)、随着应⼒的增⼤,弹性体材料中承受不了此应⼒的结构增多,导致裂⼝快速增长。
3)、由于材料内部结构的复杂性和内部应⼒分布的不均匀性,材料的撕裂路线是⽆规则的。
影响硅橡胶撕裂强度的因素主要有生胶的种类及配比、补强填料种类及用量、结构化控制剂(特别是含乙烯基的助剂)、硫化剂和加工工艺等。
1、白炭黑种类对硅橡胶撕裂强度的影响:
白炭黑种类对硅橡胶的撕裂强度影响较大。总体来说,气相法白炭黑的补强效果强于沉淀法白炭黑。主要是因为气相法白炭黑相对于沉淀法白炭黑具有更大的比表面积,与生胶的作用更充分,能起到更好的补强效果。在制备高撕裂强度的硅橡胶时需采用气相法白炭黑。
白炭黑粒径对补强效果的影响,粒径越小,比表面积越大,白炭黑表面吸附橡胶分子的能力就越强,补强效果就越好。根据这个原则,尽量选择粒径较小的气相白炭黑;白炭黑表面改性也可以提高硅橡胶撕裂强度。
2、硅油用量对硅橡胶撕裂强度的影响:
一般来说,硅橡胶的撕裂强度随着羟基硅油用量的增加先增后趋于稳定。羟基硅油用量 较小时,硅橡胶混炼胶由于结构化严重,胶料过硬,致使其撕裂强度差;随着羟基硅油用量 的增加,与白炭黑脱水缩合的几率增大,很好地控制了胶料的结构化,此时白炭黑与硅橡胶相容性好,内局部应力小,所以撕裂强度得到一定提升。综合考虑硅橡胶硬度、加工性能,羟基硅油用量一般相对生胶的5份左右。
含氢硅油的加入量对硅橡胶的撕裂强度基本没有影响。对硅橡胶抗黄变性能有较高要求时,可适当增加含氢硅油的用量而对其抗撕裂性能影响不大。
3、不同乙烯基含量的生胶并用对硅橡胶撕裂强度的影响
不同乙烯基含量的生胶并用对硅橡胶的撕裂强度有明显影响,大量的低乙烯基含量生胶与少量高乙烯基含量生胶并用能很好地提升硅橡胶的抗撕裂性能。乙烯基含量相差越大的生胶并用后,其硅橡胶撕裂强度越高。这是因为单一组分的生胶所含乙烯基分布均匀,硫化后形成均匀的网状结构;当受到外力作用时,其交联键将逐一断裂,所以撕裂性能较差。而采用低乙烯基含量生胶和高乙烯基含量生胶并用时,乙烯基分布不均匀,硫化后乙烯基含量高的地方形成集中交联点;当受到外力作用时,外力通过集中交联点向周围分子链分散,避免了交联点逐一断裂,使得胶料具有较好的抗外力撕扯能力,表现出较高的撕裂强度。
并用胶的乙烯基摩尔分数低于0. 15%时,选用合适的并用比会明显提高并用胶的抗撕裂性能。当乙烯基摩尔分数为0. 15%的硅橡胶和乙烯基摩尔分数为0. 06%的硅橡胶按50/ 50并用时,并用胶的乙烯基摩尔分数为0. 105%,此时撕裂强度最高;当并用胶中乙烯基摩尔分数超过0. 15%时,硅橡胶的并用比例对硫化胶的撕裂性能影响不大。
4、硫化剂
硅橡胶常用的硫化剂为过氧化物(双二四,双二五)、铂金硫化。一般来说,同一混炼硅胶,铂金硫化撕裂强度高于过氧化物硫化,故对撕裂要求高的制品可以考虑铂金硫化剂。
白炭黑种类、羟基硅油用量以及不同乙烯基含量生胶并用对硅橡胶的撕裂强度有很大 的影响。气相法白炭黑的补强效果强于沉淀法白炭黑,且比表面积越大,硅橡胶的撕裂强度越高;随着羟基硅油加入量的增加,硅橡胶的撕裂强度先增后趋于稳定;含氢硅油用量对硅 橡胶的撕裂强度基本没有影响;高乙烯基含量生胶和低乙烯基含量生胶并用能显著提高硅 橡胶撕裂性能。