硅橡膠是指主鏈由硅(gui)(gui)和(he)氧(yang)(yang)原子交(jiao)替構成(cheng),硅(gui)(gui)原子上(shang)通常連有兩個有機(ji)基(ji)團的(de)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)。普通的(de)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)主要由含甲基(ji)和(he)少(shao)量乙烯基(ji)的(de)硅(gui)(gui)氧(yang)(yang)鏈節組成(cheng)。苯基(ji)的(de)引(yin)入(ru)(ru)可提(ti)(ti)高(gao)(gao)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)耐(nai)高(gao)(gao)、低溫性(xing)(xing)能(neng)(neng),三氟丙基(ji)及氰基(ji)的(de)引(yin)入(ru)(ru)則可提(ti)(ti)高(gao)(gao)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)耐(nai)溫及耐(nai)油性(xing)(xing)能(neng)(neng)。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)耐(nai)低溫性(xing)(xing)能(neng)(neng)良好,一般(ban)在(zai)-55℃下(xia)仍能(neng)(neng)工作(zuo)。引(yin)入(ru)(ru)苯基(ji)后,可達-73℃。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)耐(nai)熱性(xing)(xing)能(neng)(neng)也很突出,在(zai)180℃下(xia)可長期工作(zuo),稍高(gao)(gao)于200℃也能(neng)(neng)承受數周或更長時(shi)間仍有彈性(xing)(xing),瞬時(shi)可耐(nai)300℃以上(shang)的(de)高(gao)(gao)溫。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)透氣性(xing)(xing)好,氧(yang)(yang)氣透過率在(zai)合(he)成(cheng)聚合(he)物中是較高(gao)(gao)的(de)。此外,硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)還具有生理惰性(xing)(xing)、不會導(dao)致凝血的(de)突出特性(xing)(xing),因此在(zai)醫用(yong)領域應用(yong)廣泛。
主要品(pin)種
硅橡膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)分類的(de)(de)方法很多,通(tong)常按固化前的(de)(de)形(xing)態分為固體硅橡膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和液體硅橡膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao);按硫化溫度分為室溫硫化硅橡膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao),高(gao)溫硫化硅橡膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao);按所(suo)用(yong)單(dan)體的(de)(de)不同,可分為甲基(ji)乙(yi)烯(xi)基(ji)硅橡膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao),甲基(ji)苯基(ji)乙(yi)烯(xi)基(ji)硅橡膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)、氟硅,腈硅橡膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)等;按性(xing)能和用(yong)途的(de)(de)不同又可分為通(tong)用(yong)型(xing)(xing)、超耐(nai)低(di)溫型(xing)(xing)、超耐(nai)高(gao)溫型(xing)(xing)、高(gao)強力型(xing)(xing)、耐(nai)油型(xing)(xing)、醫用(yong)型(xing)(xing)等等。
發展(zhan)史
硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠早(zao)期(qi)是由美國(guo)以三氯化鐵為(wei)催化劑合成的(de)(de)。1945年,硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠產(chan)(chan)品問世(shi)。1948年,采用高(gao)比表面積的(de)(de)氣相法白炭(tan)黑補強的(de)(de)硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠研制成功(gong),使硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠的(de)(de)性能躍升到實用階段,奠定了現代硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠生產(chan)(chan)技(ji)術(shu)的(de)(de)基(ji)礎。從二(er)甲基(ji)二(er)氯硅(gui)烷合成開(kai)始生產(chan)(chan)硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠的(de)(de)國(guo)家有美國(guo)。俄羅斯、德(de)國(guo)、日本、韓國(guo)和中(zhong)國(guo)等。中(zhong)國(guo)硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠的(de)(de)工業化研究始于(yu)1957年,多家研究所和企(qi)業陸續開(kai)發出各種硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠。到2003年底,中(zhong)國(guo)硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠生產(chan)(chan)能力為(wei)135千(qian)噸(dun),其中(zhong)高(gao)溫膠100千(qian)噸(dun)。
高溫(wen)硫化硅(gui)橡膠
高溫硫化(hua)硅(gui)橡膠(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)指聚硅(gui)氧(yang)烷(wan)變成(cheng)彈(dan)性體的(de)過程(cheng)是(shi)經過高溫(110-170℃)硫化(hua)成(cheng)型的(de)。它(ta)主(zhu)要以高分子量的(de)聚甲基乙烯基硅(gui)氧(yang)烷(wan)為生(sheng)膠(jiao)(jiao)(jiao),混入補(bu)強(qiang)填(tian)料(liao)、硫化(hua)劑(ji)等,在加(jia)熱加(jia)壓下硫化(hua)成(cheng)彈(dan)性體。硅(gui)橡膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)補(bu)強(qiang)主(zhu)要是(shi)各(ge)種(zhong)類型的(de)白炭黑(hei),可使硫化(hua)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)強(qiang)度增加(jia)數(shu)十(shi)倍(bei)。有時(shi)為了降低成(cheng)本或改(gai)善膠(jiao)(jiao)(jiao)料(liao)性能(neng)及賦予硫化(hua)膠(jiao)(jiao)(jiao)各(ge)種(zhong)特殊的(de)性能(neng),也(ye)加(jia)入相(xiang)應的(de)各(ge)種(zhong)添加(jia)劑(ji)。硫化(hua)劑(ji)是(shi)各(ge)種(zhong)有機過氧(yang)化(hua)物或加(jia)成(cheng)反應催化(hua)劑(ji)。
加(jia)工成(cheng)型(xing)方法如(ru)圖所示。一次(ci)硫(liu)(liu)化的目的是進行高分子鏈的交聯反應;二次(ci)硫(liu)(liu)化的目的是進行補充交聯、驅(qu)除硫(liu)(liu)化劑分解產物(wu)和其他揮發性(xing)化合(he)物(wu)以穩(wen)定(ding)硫(liu)(liu)化膠的各項性(xing)能。常用的設備有開放式(shi)煉膠機(ji)、捏合(he)機(ji)及真空密(mi)煉機(ji)。
主(zhu)要(yao)性能
(1)高(gao)(gao)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。硅橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)顯著的(de)特征(zheng)是高(gao)(gao)溫(wen)穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing),雖然常溫(wen)下(xia)硅橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)強度(du)僅(jin)是天(tian)然橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)或某些(xie)合成(cheng)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)一半,但(dan)在(zai)200℃以上的(de)高(gao)(gao)溫(wen)環境下(xia),硅橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)仍能(neng)(neng)保持一定的(de)柔韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、回(hui)彈性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)表(biao)面硬(ying)度(du),且(qie)力學性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)無明顯變化(hua)。(2)低溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)硅橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)玻璃化(hua)溫(wen)度(du)一般為(wei)-70~-50℃,特殊配(pei)方可達-100℃,表(biao)明其低溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)優(you)異。這(zhe)對(dui)航空、宇航工業的(de)意(yi)義重大(da)。(3)耐(nai)(nai)(nai)候性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)硅橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中Si-O-Si鍵(jian)對(dui)氧(yang)、臭氧(yang)及紫外(wai)線等(deng)十分穩定,在(zai)不加(jia)任(ren)何添加(jia)劑(ji)(ji)的(de)情況下(xia),就具有(you)優(you)良的(de)耐(nai)(nai)(nai)候性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。(4)電(dian)(dian)氣性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。硅橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具有(you)優(you)異的(de)絕緣性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng),耐(nai)(nai)(nai)電(dian)(dian)暈性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)耐(nai)(nai)(nai)電(dian)(dian)弧性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)也非常好。(5)物(wu)理(li)(li)機械(xie)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。硅橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)常溫(wen)下(xia)的(de)物(wu)理(li)(li)機械(xie)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)比(bi)通用(yong)(yong)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)差(cha),但(dan)在(zai)150℃的(de)高(gao)(gao)溫(wen)和(he)-50℃的(de)低溫(wen)下(xia),其物(wu)理(li)(li)機械(xie)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)優(you)于通用(yong)(yong)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)。(6)耐(nai)(nai)(nai)油及化(hua)學試(shi)劑(ji)(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。普(pu)通硅橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具有(you)中等(deng)的(de)耐(nai)(nai)(nai)油、耐(nai)(nai)(nai)溶劑(ji)(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。(7)氣體(ti)(ti)透(tou)過性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。室(shi)溫(wen)下(xia)硅橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)對(dui)空氣、氮、氧(yang)、二氧(yang)化(hua)碳等(deng)氣體(ti)(ti)的(de)透(tou)氣性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)比(bi)天(tian)然橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)(gao)出30-50倍。(8)生理(li)(li)惰性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。硅橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)無毒,無味,無嗅(xiu),與(yu)人體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)不粘(zhan)連,具有(you)抗凝血(xue)作用(yong)(yong),對(dui)肌體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)的(de)反應(ying)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)非常少(shao)。特別適合作為(wei)醫用(yong)(yong)材料。
硅橡膠(jiao)的(de)用量(liang)
據中國(guo)汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)工業(ye)協會(hui)統計,2012年(nian),汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)產(chan)銷分別達(da)到1927.18萬輛和1930.64萬輛,同比(bi)分別增(zeng)(zeng)長4.63%和4.33%,汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)工業(ye)硅橡膠(jiao)的(de)(de)(de)用(yong)量約(yue)達(da)2.0萬t。根據觀(guan)研(yan)天下的(de)(de)(de)新研(yan)究,增(zeng)(zeng)加有機硅材料在汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)零部(bu)件(jian)方面(mian)的(de)(de)(de)用(yong)量,可(ke)以大(da)幅度提高汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)的(de)(de)(de)安(an)全性能,因(yin)此,汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)產(chan)量和單車(che)(che)用(yong)量水平(ping)的(de)(de)(de)提高都將推動汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)工業(ye)對硅橡膠(jiao)需求的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加。國(guo)家鼓(gu)勵自(zi)主(zhu)品牌(pai)的(de)(de)(de)汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)發(fa)展(zhan),關(guan)鍵汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)零部(bu)件(jian)實現自(zi)主(zhu)化,《2012年(nian)度黨政(zheng)機關(guan)公務用(yong)車(che)(che)選用(yong)車(che)(che)型目錄(征(zheng)求意見稿)》為自(zi)主(zhu)品牌(pai)擴大(da)在政(zheng)府采(cai)購的(de)(de)(de)市場份額,為改變目前(qian)國(guo)內(nei)政(zheng)府采(cai)購以合資品牌(pai)產(chan)品為主(zhu)的(de)(de)(de)局面(mian)提供了保障。促進自(zi)主(zhu)品牌(pai)發(fa)展(zhan),國(guo)產(chan)汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)業(ye)的(de)(de)(de)繁榮(rong)將為汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)膠(jiao)的(de)(de)(de)應用(yong)提供有力保障。預測未來3年(nian),我國(guo)室溫硫化硅橡膠(jiao)在汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)行業(ye)將以年(nian)均(jun)20%增(zeng)(zeng)長。
此外,硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)重要的(de)(de)(de)(de)非(fei)石(shi)油(you)(you)(you)基(ji)(ji)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao),約(yue)占非(fei)石(shi)油(you)(you)(you)基(ji)(ji)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)消費(fei)量(liang)的(de)(de)(de)(de)98%。但因為(wei)石(shi)油(you)(you)(you)價(jia)格的(de)(de)(de)(de)大(da)幅上漲(zhang),同(tong)時我(wo)國(guo)在(zai)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)關鍵原料(liao)有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)單體(ti)的(de)(de)(de)(de)生產技術方面取得突破,有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)單體(ti)的(de)(de)(de)(de)生產技術在(zai)2005年(nian)(nian)前被幾家(jia)跨國(guo)公司壟(long)斷(duan),但目前我(wo)國(guo)已發展(zhan)成(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)全球有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)單體(ti)第1大(da)國(guo),這2個方面原因使(shi)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)價(jia)格從2011年(nian)(nian)起開始(shi)低(di)于石(shi)油(you)(you)(you)基(ji)(ji)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao),僅約(yue)為(wei)大(da)宗(zong)石(shi)油(you)(you)(you)基(ji)(ji)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)80%~90%,成(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)廉價(jia)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao),并開始(shi)大(da)規(gui)模替代石(shi)油(you)(you)(you)基(ji)(ji)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)。這將(jiang)極大(da)拓展(zhan)有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)產業(ye)的(de)(de)(de)(de)市場空間(jian),同(tong)時將(jiang)帶動硅(gui)(gui)油(you)(you)(you)、硅(gui)(gui)烷(wan)偶(ou)聯劑和硅(gui)(gui)樹脂等其他有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)產品的(de)(de)(de)(de)消費(fei)。