硅橡膠是指主鏈由(you)硅和(he)氧(yang)原子交(jiao)替構成(cheng)(cheng),硅原子上(shang)通(tong)常連有(you)兩個有(you)機基(ji)團(tuan)的(de)(de)橡膠(jiao)(jiao)。普(pu)通(tong)的(de)(de)硅橡膠(jiao)(jiao)主要(yao)由(you)含甲(jia)基(ji)和(he)少量乙(yi)烯(xi)基(ji)的(de)(de)硅氧(yang)鏈節組成(cheng)(cheng)。苯基(ji)的(de)(de)引(yin)入可(ke)提(ti)高硅橡膠(jiao)(jiao)的(de)(de)耐(nai)(nai)高、低溫性能(neng),三(san)氟丙基(ji)及氰基(ji)的(de)(de)引(yin)入則可(ke)提(ti)高硅橡膠(jiao)(jiao)的(de)(de)耐(nai)(nai)溫及耐(nai)(nai)油性能(neng)。硅橡膠(jiao)(jiao)耐(nai)(nai)低溫性能(neng)良好(hao),一般(ban)在(zai)-55℃下(xia)仍(reng)能(neng)工作(zuo)。引(yin)入苯基(ji)后,可(ke)達-73℃。硅橡膠(jiao)(jiao)的(de)(de)耐(nai)(nai)熱(re)性能(neng)也很突出,在(zai)180℃下(xia)可(ke)長(chang)期工作(zuo),稍高于200℃也能(neng)承(cheng)受(shou)數周或更長(chang)時(shi)間仍(reng)有(you)彈性,瞬時(shi)可(ke)耐(nai)(nai)300℃以上(shang)的(de)(de)高溫。硅橡膠(jiao)(jiao)的(de)(de)透氣性好(hao),氧(yang)氣透過率在(zai)合成(cheng)(cheng)聚合物中是較高的(de)(de)。此外,硅橡膠(jiao)(jiao)還(huan)具有(you)生理惰性、不會(hui)導致凝血的(de)(de)突出特(te)性,因此在(zai)醫用領域應用廣泛。
主要品種
硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)分(fen)類的方法很多,通常按(an)固化(hua)(hua)前(qian)的形態(tai)分(fen)為(wei)固體硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)和(he)液體硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao);按(an)硫化(hua)(hua)溫度(du)分(fen)為(wei)室溫硫化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao),高溫硫化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao);按(an)所用單體的不同,可(ke)(ke)分(fen)為(wei)甲基(ji)乙(yi)烯(xi)基(ji)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao),甲基(ji)苯基(ji)乙(yi)烯(xi)基(ji)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)、氟(fu)硅(gui)(gui)(gui),腈硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)等(deng);按(an)性能和(he)用途的不同又(you)可(ke)(ke)分(fen)為(wei)通用型(xing)(xing)、超耐(nai)(nai)低(di)溫型(xing)(xing)、超耐(nai)(nai)高溫型(xing)(xing)、高強(qiang)力型(xing)(xing)、耐(nai)(nai)油型(xing)(xing)、醫用型(xing)(xing)等(deng)等(deng)。
發展史
硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)早期是由美國(guo)(guo)(guo)以(yi)三氯化(hua)鐵為催化(hua)劑合成的(de)(de)。1945年(nian),硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)產(chan)品問世。1948年(nian),采用高比表面積(ji)的(de)(de)氣相法白炭黑補強的(de)(de)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)研(yan)制成功,使硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)的(de)(de)性能(neng)躍升到實用階段,奠定了(le)現代硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)生產(chan)技術的(de)(de)基礎(chu)。從二甲基二氯硅(gui)烷合成開始生產(chan)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)的(de)(de)國(guo)(guo)(guo)家有美國(guo)(guo)(guo)。俄羅斯、德國(guo)(guo)(guo)、日(ri)本、韓國(guo)(guo)(guo)和中(zhong)國(guo)(guo)(guo)等。中(zhong)國(guo)(guo)(guo)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)的(de)(de)工業化(hua)研(yan)究(jiu)始于1957年(nian),多家研(yan)究(jiu)所(suo)和企(qi)業陸續開發出(chu)各種硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)。到2003年(nian)底,中(zhong)國(guo)(guo)(guo)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)生產(chan)能(neng)力(li)為135千噸,其中(zhong)高溫(wen)膠(jiao)100千噸。
高溫硫化硅橡膠
高(gao)溫(wen)硫(liu)化(hua)硅(gui)橡膠是指聚(ju)硅(gui)氧(yang)烷變成(cheng)彈(dan)性(xing)(xing)體的(de)(de)過程是經過高(gao)溫(wen)(110-170℃)硫(liu)化(hua)成(cheng)型(xing)的(de)(de)。它(ta)主要(yao)以高(gao)分子量的(de)(de)聚(ju)甲基乙烯基硅(gui)氧(yang)烷為生膠,混入補(bu)強填料、硫(liu)化(hua)劑等,在加(jia)(jia)熱加(jia)(jia)壓下硫(liu)化(hua)成(cheng)彈(dan)性(xing)(xing)體。硅(gui)橡膠的(de)(de)補(bu)強主要(yao)是各種類(lei)型(xing)的(de)(de)白炭(tan)黑,可使硫(liu)化(hua)膠的(de)(de)強度(du)增加(jia)(jia)數十倍(bei)。有(you)(you)時(shi)為了降低成(cheng)本或(huo)改善(shan)膠料性(xing)(xing)能(neng)及賦予硫(liu)化(hua)膠各種特殊的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng),也加(jia)(jia)入相應的(de)(de)各種添(tian)加(jia)(jia)劑。硫(liu)化(hua)劑是各種有(you)(you)機過氧(yang)化(hua)物或(huo)加(jia)(jia)成(cheng)反(fan)應催化(hua)劑。
加工成型方法如圖所示。一次硫化(hua)的(de)目(mu)(mu)的(de)是進行(xing)(xing)高分(fen)子鏈的(de)交(jiao)聯(lian)反應;二次硫化(hua)的(de)目(mu)(mu)的(de)是進行(xing)(xing)補充交(jiao)聯(lian)、驅(qu)除硫化(hua)劑(ji)分(fen)解(jie)產(chan)物和(he)其他揮發(fa)性化(hua)合物以穩(wen)定硫化(hua)膠(jiao)的(de)各項性能。常用的(de)設(she)備有開(kai)放式煉(lian)膠(jiao)機、捏合機及真空(kong)密煉(lian)機。
主要性能
(1)高(gao)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)顯著的(de)(de)特征是(shi)高(gao)溫(wen)穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing),雖(sui)然常(chang)溫(wen)下(xia)(xia)(xia)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)強度僅(jin)是(shi)天然橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)或某些合成橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)一(yi)(yi)半,但在200℃以上的(de)(de)高(gao)溫(wen)環境(jing)下(xia)(xia)(xia),硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)仍能(neng)(neng)(neng)保(bao)持一(yi)(yi)定(ding)(ding)的(de)(de)柔韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、回彈性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)表面(mian)硬度,且(qie)力學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)無(wu)明(ming)顯變化。(2)低(di)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)玻璃化溫(wen)度一(yi)(yi)般(ban)為-70~-50℃,特殊配(pei)方可達-100℃,表明(ming)其低(di)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)優異。這(zhe)對航空(kong)、宇(yu)航工(gong)業的(de)(de)意(yi)義(yi)重大。(3)耐(nai)(nai)候性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中Si-O-Si鍵對氧(yang)、臭氧(yang)及(ji)紫外線等(deng)十(shi)分(fen)穩(wen)定(ding)(ding),在不(bu)加任何添加劑(ji)的(de)(de)情況下(xia)(xia)(xia),就具(ju)有優良的(de)(de)耐(nai)(nai)候性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。(4)電(dian)氣(qi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具(ju)有優異的(de)(de)絕緣性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng),耐(nai)(nai)電(dian)暈性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)耐(nai)(nai)電(dian)弧(hu)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)也非常(chang)好。(5)物(wu)(wu)理(li)機械(xie)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)常(chang)溫(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)(de)物(wu)(wu)理(li)機械(xie)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)比通用橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)差,但在150℃的(de)(de)高(gao)溫(wen)和(he)-50℃的(de)(de)低(di)溫(wen)下(xia)(xia)(xia),其物(wu)(wu)理(li)機械(xie)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)優于通用橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)。(6)耐(nai)(nai)油(you)及(ji)化學(xue)試劑(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。普通硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具(ju)有中等(deng)的(de)(de)耐(nai)(nai)油(you)、耐(nai)(nai)溶(rong)劑(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。(7)氣(qi)體透過性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。室溫(wen)下(xia)(xia)(xia)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)對空(kong)氣(qi)、氮、氧(yang)、二氧(yang)化碳等(deng)氣(qi)體的(de)(de)透氣(qi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)比天然橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)出30-50倍。(8)生(sheng)理(li)惰(duo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)無(wu)毒,無(wu)味(wei),無(wu)嗅,與(yu)人體組(zu)織不(bu)粘連(lian),具(ju)有抗凝血作用,對肌體組(zu)織的(de)(de)反應性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)非常(chang)少。特別適合作為醫用材料(liao)。
硅橡膠的用量
據(ju)中(zhong)國(guo)汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)工業(ye)(ye)協(xie)會統計,2012年(nian),汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)產(chan)銷分(fen)別(bie)達到1927.18萬(wan)(wan)輛和1930.64萬(wan)(wan)輛,同(tong)比分(fen)別(bie)增(zeng)長(chang)4.63%和4.33%,汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)工業(ye)(ye)硅(gui)橡膠的(de)用(yong)(yong)量約達2.0萬(wan)(wan)t。根據(ju)觀研(yan)天(tian)下的(de)新研(yan)究,增(zeng)加(jia)有(you)機硅(gui)材料在(zai)(zai)汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)零部(bu)件方(fang)面的(de)用(yong)(yong)量,可以(yi)大(da)幅度提(ti)高汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)的(de)安全(quan)性能(neng),因此,汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)產(chan)量和單車(che)(che)用(yong)(yong)量水(shui)平(ping)的(de)提(ti)高都將(jiang)推動汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)工業(ye)(ye)對硅(gui)橡膠需求的(de)增(zeng)加(jia)。國(guo)家鼓勵自主(zhu)品(pin)(pin)(pin)牌的(de)汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)發(fa)展(zhan),關鍵汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)零部(bu)件實現自主(zhu)化,《2012年(nian)度黨政機關公務用(yong)(yong)車(che)(che)選用(yong)(yong)車(che)(che)型目(mu)錄(征求意見稿)》為自主(zhu)品(pin)(pin)(pin)牌擴(kuo)大(da)在(zai)(zai)政府(fu)采(cai)購的(de)市場份額,為改變目(mu)前國(guo)內(nei)政府(fu)采(cai)購以(yi)合資品(pin)(pin)(pin)牌產(chan)品(pin)(pin)(pin)為主(zhu)的(de)局面提(ti)供了保障。促進自主(zhu)品(pin)(pin)(pin)牌發(fa)展(zhan),國(guo)產(chan)汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)業(ye)(ye)的(de)繁榮將(jiang)為汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)膠的(de)應用(yong)(yong)提(ti)供有(you)力(li)保障。預(yu)測未來3年(nian),我國(guo)室溫硫化硅(gui)橡膠在(zai)(zai)汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)行(xing)業(ye)(ye)將(jiang)以(yi)年(nian)均(jun)20%增(zeng)長(chang)。
此外,硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)是(shi)重(zhong)要的非石(shi)(shi)(shi)油(you)(you)基合(he)(he)(he)成(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao),約(yue)占(zhan)非石(shi)(shi)(shi)油(you)(you)基合(he)(he)(he)成(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)消費(fei)量的98%。但因為(wei)(wei)石(shi)(shi)(shi)油(you)(you)價(jia)格的大幅上漲,同(tong)時(shi)我(wo)國在(zai)(zai)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的關鍵原料有(you)機(ji)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)單(dan)體(ti)的生產技(ji)術(shu)方面(mian)取得突破(po),有(you)機(ji)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)單(dan)體(ti)的生產技(ji)術(shu)在(zai)(zai)2005年前被幾家跨國公司(si)壟斷,但目前我(wo)國已發(fa)展成(cheng)為(wei)(wei)全球(qiu)有(you)機(ji)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)單(dan)體(ti)第1大國,這(zhe)2個方面(mian)原因使硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的價(jia)格從2011年起開始低(di)于石(shi)(shi)(shi)油(you)(you)基合(he)(he)(he)成(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao),僅約(yue)為(wei)(wei)大宗石(shi)(shi)(shi)油(you)(you)基橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的80%~90%,成(cheng)為(wei)(wei)廉價(jia)的合(he)(he)(he)成(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao),并開始大規模替代石(shi)(shi)(shi)油(you)(you)基合(he)(he)(he)成(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)。這(zhe)將(jiang)極大拓展有(you)機(ji)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)產業的市(shi)場空間,同(tong)時(shi)將(jiang)帶動硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)油(you)(you)、硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)烷偶聯劑和(he)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)樹脂等其(qi)他有(you)機(ji)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)產品的消費(fei)。