硅橡膠是指主鏈由硅(gui)和(he)氧(yang)原子(zi)交替構成(cheng)(cheng),硅(gui)原子(zi)上(shang)通常連有兩個有機(ji)基(ji)(ji)團的(de)(de)(de)(de)(de)橡(xiang)膠(jiao)。普通的(de)(de)(de)(de)(de)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)主要由含甲基(ji)(ji)和(he)少量(liang)乙烯(xi)基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)硅(gui)氧(yang)鏈節組成(cheng)(cheng)。苯基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)引入可提高(gao)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)高(gao)、低溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng),三(san)氟丙基(ji)(ji)及(ji)氰基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)引入則可提高(gao)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)溫(wen)及(ji)耐(nai)油(you)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)耐(nai)低溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)良好(hao),一般在-55℃下仍能(neng)工作(zuo)(zuo)。引入苯基(ji)(ji)后,可達-73℃。硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)熱性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)也很突(tu)出,在180℃下可長期工作(zuo)(zuo),稍高(gao)于(yu)200℃也能(neng)承受(shou)數(shu)周或更(geng)長時(shi)間仍有彈性(xing)(xing)(xing)(xing),瞬(shun)時(shi)可耐(nai)300℃以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)。硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)透(tou)氣性(xing)(xing)(xing)(xing)好(hao),氧(yang)氣透(tou)過率在合(he)成(cheng)(cheng)聚合(he)物(wu)中是較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)。此(ci)外(wai),硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)還具(ju)有生理惰性(xing)(xing)(xing)(xing)、不會導致(zhi)凝(ning)血的(de)(de)(de)(de)(de)突(tu)出特性(xing)(xing)(xing)(xing),因此(ci)在醫用(yong)領域應(ying)用(yong)廣泛(fan)。
主要品種
硅橡(xiang)膠分類(lei)的方法很多,通常按固(gu)化
前(qian)的形(xing)態(tai)分為(wei)固體硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)和液體硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao);按(an)硫化溫(wen)度分為(wei)室(shi)溫(wen)硫化硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao),高(gao)溫(wen)硫化硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao);按(an)所用(yong)單體的不同,可分為(wei)甲基(ji)(ji)乙(yi)烯基(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao),甲基(ji)(ji)苯(ben)基(ji)(ji)乙(yi)烯基(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)、氟硅(gui)(gui)(gui),腈硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)等(deng)(deng);按(an)性能(neng)和用(yong)途(tu)的不同又(you)可分為(wei)通用(yong)型(xing)、超耐低溫(wen)型(xing)、超耐高(gao)溫(wen)型(xing)、高(gao)強力型(xing)、耐油型(xing)、醫(yi)用(yong)型(xing)等(deng)(deng)等(deng)(deng)。
發(fa)展(zhan)史(shi)
硅橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)早期是由美(mei)國(guo)(guo)以三氯化鐵(tie)為(wei)催化劑(ji)合成的。1945年,硅橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)產品問世。1948年,采用高比(bi)表面積的氣相法白炭黑補強的硅橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)研(yan)制成功,使硅橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的性(xing)能躍升到實用階段(duan),奠定了現(xian)代硅橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)生(sheng)產技術的基礎。從二甲基二氯硅烷合成開始生(sheng)產硅橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的國(guo)(guo)家有美(mei)國(guo)(guo)。俄(e)羅斯、德國(guo)(guo)、日本、韓國(guo)(guo)和(he)中(zhong)國(guo)(guo)等。中(zhong)國(guo)(guo)硅橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的工業(ye)化研(yan)究(jiu)始于1957年,多家研(yan)究(jiu)所(suo)和(he)企業(ye)陸續開發出各種硅橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)。到2003年底(di),中(zhong)國(guo)(guo)硅橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)生(sheng)產能力為(wei)135千噸,其中(zhong)高溫膠(jiao)(jiao)100千噸。
高溫硫(liu)化硅橡(xiang)膠
高溫(wen)(wen)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)橡膠(jiao)是(shi)指聚硅(gui)(gui)氧烷變成(cheng)(cheng)(cheng)彈性(xing)體(ti)的(de)(de)(de)過(guo)程是(shi)經(jing)過(guo)高溫(wen)(wen)(110-170℃)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)的(de)(de)(de)。它主要(yao)以高分子量的(de)(de)(de)聚甲(jia)基乙(yi)烯基硅(gui)(gui)氧烷為(wei)生膠(jiao),混入(ru)補強(qiang)(qiang)填料、硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)等(deng),在加熱加壓下硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)成(cheng)(cheng)(cheng)彈性(xing)體(ti)。硅(gui)(gui)橡膠(jiao)的(de)(de)(de)補強(qiang)(qiang)主要(yao)是(shi)各種類(lei)型(xing)的(de)(de)(de)白炭黑,可(ke)使硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)膠(jiao)的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)增加數十(shi)倍。有時為(wei)了降低(di)成(cheng)(cheng)(cheng)本或(huo)改善(shan)膠(jiao)料性(xing)能及賦予硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)膠(jiao)各種特(te)殊(shu)的(de)(de)(de)性(xing)能,也加入(ru)相應的(de)(de)(de)各種添加劑(ji)(ji)(ji)。硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)是(shi)各種有機過(guo)氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)或(huo)加成(cheng)(cheng)(cheng)反應催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)。
加工成型方法如圖所示。一(yi)次(ci)硫(liu)化(hua)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是(shi)進行高(gao)分子鏈的(de)(de)交聯(lian)反應;二次(ci)硫(liu)化(hua)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是(shi)進行補(bu)充(chong)交聯(lian)、驅除硫(liu)化(hua)劑分解(jie)產物和其他揮發(fa)性化(hua)合物以穩(wen)定硫(liu)化(hua)膠的(de)(de)各項性能。常用(yong)的(de)(de)設(she)備有開放式(shi)煉(lian)膠機、捏合機及(ji)真(zhen)空密煉(lian)機。
主(zhu)要性(xing)能
(1)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)顯著的(de)特征是高(gao)溫(wen)(wen)(wen)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing),雖然(ran)常溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)強度僅是天然(ran)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)或某(mou)些合成橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)一半,但(dan)在200℃以上的(de)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)環境下(xia)(xia),硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)仍(reng)能(neng)(neng)保持一定的(de)柔韌性(xing)(xing)(xing)、回彈性(xing)(xing)(xing)和(he)表面硬(ying)度,且力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)無明顯變化。(2)低溫(wen)(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)玻璃(li)化溫(wen)(wen)(wen)度一般為-70~-50℃,特殊配方可(ke)達-100℃,表明其(qi)低溫(wen)(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)優異(yi)。這(zhe)對(dui)航(hang)(hang)空、宇航(hang)(hang)工業的(de)意(yi)義重大。(3)耐(nai)候(hou)(hou)性(xing)(xing)(xing)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中Si-O-Si鍵(jian)對(dui)氧(yang)、臭氧(yang)及紫(zi)外線等(deng)十分穩(wen)定,在不(bu)加任何添(tian)加劑的(de)情況下(xia)(xia),就具有(you)優良的(de)耐(nai)候(hou)(hou)性(xing)(xing)(xing)。(4)電氣(qi)(qi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具有(you)優異(yi)的(de)絕緣性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng),耐(nai)電暈性(xing)(xing)(xing)和(he)耐(nai)電弧性(xing)(xing)(xing)也(ye)非(fei)常好。(5)物(wu)理(li)(li)機械性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)常溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)的(de)物(wu)理(li)(li)機械性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)比(bi)通(tong)用(yong)(yong)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)差,但(dan)在150℃的(de)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)和(he)-50℃的(de)低溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia),其(qi)物(wu)理(li)(li)機械性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)優于通(tong)用(yong)(yong)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)。(6)耐(nai)油(you)及化學試劑性(xing)(xing)(xing)。普通(tong)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具有(you)中等(deng)的(de)耐(nai)油(you)、耐(nai)溶(rong)劑性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。(7)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)透(tou)(tou)過性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。室溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)對(dui)空氣(qi)(qi)、氮、氧(yang)、二氧(yang)化碳等(deng)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)透(tou)(tou)氣(qi)(qi)性(xing)(xing)(xing)比(bi)天然(ran)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)出30-50倍(bei)。(8)生理(li)(li)惰性(xing)(xing)(xing)。硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)無毒,無味,無嗅,與人(ren)體(ti)(ti)組織不(bu)粘連,具有(you)抗凝血作用(yong)(yong),對(dui)肌體(ti)(ti)組織的(de)反應性(xing)(xing)(xing)非(fei)常少。特別適合作為醫用(yong)(yong)材料。
硅橡(xiang)膠的用量
據中國汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)工業協會統計,2012年(nian),汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)產(chan)銷分(fen)別達到1927.18萬輛(liang)和1930.64萬輛(liang),同比分(fen)別增(zeng)長(chang)4.63%和4.33%,汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)工業硅橡(xiang)膠(jiao)的(de)(de)用(yong)(yong)量(liang)約達2.0萬t。根(gen)據觀研(yan)天下的(de)(de)新研(yan)究(jiu),增(zeng)加(jia)有(you)機硅材料在汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)零部(bu)件(jian)方面的(de)(de)用(yong)(yong)量(liang),可以大幅(fu)度提(ti)高汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)的(de)(de)安全性能,因此,汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)產(chan)量(liang)和單車(che)(che)(che)(che)(che)用(yong)(yong)量(liang)水平的(de)(de)提(ti)高都(dou)將(jiang)(jiang)推(tui)動汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)工業對(dui)硅橡(xiang)膠(jiao)需求的(de)(de)增(zeng)加(jia)。國家鼓勵自(zi)主(zhu)品(pin)(pin)牌的(de)(de)汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)發展(zhan),關(guan)鍵(jian)汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)零部(bu)件(jian)實現自(zi)主(zhu)化(hua),《2012年(nian)度黨政機關(guan)公務用(yong)(yong)車(che)(che)(che)(che)(che)選用(yong)(yong)車(che)(che)(che)(che)(che)型目錄(征求意(yi)見(jian)稿)》為自(zi)主(zhu)品(pin)(pin)牌擴大在政府采購(gou)的(de)(de)市場(chang)份額,為改變目前國內政府采購(gou)以合資品(pin)(pin)牌產(chan)品(pin)(pin)為主(zhu)的(de)(de)局(ju)面提(ti)供了保障。促(cu)進自(zi)主(zhu)品(pin)(pin)牌發展(zhan),國產(chan)汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)業的(de)(de)繁榮(rong)將(jiang)(jiang)為汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)膠(jiao)的(de)(de)應用(yong)(yong)提(ti)供有(you)力保障。預測未來3年(nian),我國室(shi)溫硫(liu)化(hua)硅橡(xiang)膠(jiao)在汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)行(xing)業將(jiang)(jiang)以年(nian)均20%增(zeng)長(chang)。
此外,硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠是(shi)重要的(de)(de)(de)(de)非石油(you)(you)基(ji)(ji)合(he)成(cheng)橡(xiang)膠,約占非石油(you)(you)基(ji)(ji)合(he)成(cheng)橡(xiang)膠消費(fei)量的(de)(de)(de)(de)98%。但因(yin)為(wei)石油(you)(you)價格(ge)的(de)(de)(de)(de)大幅上漲,同時(shi)我(wo)國在硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠的(de)(de)(de)(de)關鍵原(yuan)料有機(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)單(dan)體的(de)(de)(de)(de)生產技術(shu)(shu)方面(mian)取得(de)突破,有機(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)單(dan)體的(de)(de)(de)(de)生產技術(shu)(shu)在2005年前被幾(ji)家(jia)跨國公司壟斷,但目前我(wo)國已發展成(cheng)為(wei)全球有機(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)單(dan)體第(di)1大國,這2個方面(mian)原(yuan)因(yin)使硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠的(de)(de)(de)(de)價格(ge)從2011年起開始低于石油(you)(you)基(ji)(ji)合(he)成(cheng)橡(xiang)膠,僅約為(wei)大宗石油(you)(you)基(ji)(ji)橡(xiang)膠的(de)(de)(de)(de)80%~90%,成(cheng)為(wei)廉價的(de)(de)(de)(de)合(he)成(cheng)橡(xiang)膠,并開始大規(gui)模替代石油(you)(you)基(ji)(ji)合(he)成(cheng)橡(xiang)膠。這將極大拓展有機(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)產業的(de)(de)(de)(de)市(shi)場空間,同時(shi)將帶動(dong)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)油(you)(you)、硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)烷(wan)偶聯劑和硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)樹(shu)脂等其他(ta)有機(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)產品的(de)(de)(de)(de)消費(fei)。