
硅橡膠是指主鏈由硅(gui)(gui)和氧(yang)原(yuan)子(zi)(zi)交替構成,硅(gui)(gui)原(yuan)子(zi)(zi)上通(tong)(tong)常(chang)連有兩個有機基(ji)(ji)團(tuan)的(de)(de)(de)(de)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)。普通(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)主要(yao)由含甲基(ji)(ji)和少(shao)量乙(yi)烯基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)硅(gui)(gui)氧(yang)鏈節組成。苯(ben)基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)引入可(ke)(ke)提高(gao)(gao)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)高(gao)(gao)、低(di)溫性(xing)能(neng),三氟丙基(ji)(ji)及氰基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)引入則可(ke)(ke)提高(gao)(gao)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)溫及耐(nai)(nai)油(you)性(xing)能(neng)。硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)耐(nai)(nai)低(di)溫性(xing)能(neng)良好(hao),一般在-55℃下仍能(neng)工(gong)作。引入苯(ben)基(ji)(ji)后(hou),可(ke)(ke)達(da)-73℃。硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)熱性(xing)能(neng)也很(hen)突出,在180℃下可(ke)(ke)長(chang)期工(gong)作,稍高(gao)(gao)于200℃也能(neng)承受數(shu)周或更(geng)長(chang)時(shi)間仍有彈性(xing),瞬時(shi)可(ke)(ke)耐(nai)(nai)300℃以上的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫。硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)透氣(qi)性(xing)好(hao),氧(yang)氣(qi)透過率在合成聚合物(wu)中(zhong)是較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)。此外,硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)還具有生(sheng)理惰性(xing)、不(bu)會導(dao)致凝血(xue)的(de)(de)(de)(de)突出特性(xing),因此在醫用領域應用廣(guang)泛。
主要品種
硅(gui)橡膠(jiao)分類的方法(fa)很多,通常(chang)按固化
前的形態分為(wei)固(gu)體硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠和(he)液體硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠;按(an)硫化溫度分為(wei)室(shi)溫硫化硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠,高溫硫化硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠;按(an)所用(yong)(yong)(yong)單體的不同,可(ke)分為(wei)甲(jia)基乙(yi)烯基硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠,甲(jia)基苯(ben)基乙(yi)烯基硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠、氟硅(gui)(gui)(gui),腈硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠等;按(an)性能(neng)和(he)用(yong)(yong)(yong)途(tu)的不同又可(ke)分為(wei)通用(yong)(yong)(yong)型、超耐(nai)低溫型、超耐(nai)高溫型、高強力(li)型、耐(nai)油型、醫用(yong)(yong)(yong)型等等。
發展史(shi)
硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)早期是由(you)美(mei)國(guo)(guo)(guo)(guo)以(yi)三氯化鐵為催化劑合(he)成(cheng)的。1945年(nian),硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)產品(pin)問(wen)世。1948年(nian),采(cai)用高比表面積的氣相法(fa)白(bai)炭黑補強的硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)研制(zhi)成(cheng)功,使硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的性能躍升到實用階段,奠定了現代硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)生(sheng)產技術的基礎。從(cong)二(er)甲基二(er)氯硅(gui)(gui)(gui)烷合(he)成(cheng)開(kai)始(shi)生(sheng)產硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的國(guo)(guo)(guo)(guo)家有美(mei)國(guo)(guo)(guo)(guo)。俄羅斯、德國(guo)(guo)(guo)(guo)、日本、韓國(guo)(guo)(guo)(guo)和中國(guo)(guo)(guo)(guo)等。中國(guo)(guo)(guo)(guo)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的工業化研究始(shi)于1957年(nian),多家研究所和企業陸續開(kai)發出各種硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)。到2003年(nian)底(di),中國(guo)(guo)(guo)(guo)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)生(sheng)產能力為135千噸,其中高溫(wen)膠(jiao)(jiao)100千噸。
高(gao)溫硫(liu)化硅(gui)橡(xiang)膠
高溫硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)橡(xiang)膠是指聚硅(gui)氧烷變成彈性體(ti)的(de)(de)過(guo)程是經過(guo)高溫(110-170℃)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)成型(xing)的(de)(de)。它主要(yao)以高分(fen)子量的(de)(de)聚甲基(ji)乙烯基(ji)硅(gui)氧烷為(wei)生膠,混(hun)入補(bu)(bu)強(qiang)填(tian)料、硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)等,在加(jia)熱加(jia)壓下硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)成彈性體(ti)。硅(gui)橡(xiang)膠的(de)(de)補(bu)(bu)強(qiang)主要(yao)是各(ge)(ge)種(zhong)類型(xing)的(de)(de)白(bai)炭(tan)黑,可使硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)膠的(de)(de)強(qiang)度增加(jia)數(shu)十(shi)倍(bei)。有時為(wei)了(le)降(jiang)低成本或改善膠料性能及賦予(yu)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)膠各(ge)(ge)種(zhong)特殊的(de)(de)性能,也加(jia)入相應的(de)(de)各(ge)(ge)種(zhong)添加(jia)劑(ji)。硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)是各(ge)(ge)種(zhong)有機過(guo)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物或加(jia)成反應催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)。
加工成(cheng)型(xing)方法如圖所示。一次硫化(hua)的(de)目的(de)是進(jin)行高分(fen)子鏈的(de)交聯反應(ying);二次硫化(hua)的(de)目的(de)是進(jin)行補充交聯、驅(qu)除硫化(hua)劑分(fen)解產物和其(qi)他揮發性化(hua)合物以穩定硫化(hua)膠(jiao)的(de)各項性能。常用的(de)設備有開放(fang)式(shi)煉膠(jiao)機(ji)、捏合機(ji)及真空密煉機(ji)。
主要(yao)性能
(1)高(gao)溫(wen)(wen)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)顯著的(de)(de)(de)(de)特(te)征是高(gao)溫(wen)(wen)穩定(ding)性(xing)(xing),雖然常溫(wen)(wen)下(xia)(xia)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度僅是天然橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)或(huo)某(mou)些(xie)合(he)成橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)一半,但在(zai)200℃以(yi)上的(de)(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)環境(jing)下(xia)(xia),硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)仍能(neng)(neng)(neng)(neng)保(bao)持一定(ding)的(de)(de)(de)(de)柔韌(ren)性(xing)(xing)、回彈性(xing)(xing)和(he)表面(mian)硬度,且力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)無明顯變化。(2)低(di)溫(wen)(wen)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)玻璃(li)化溫(wen)(wen)度一般為-70~-50℃,特(te)殊(shu)配方可達-100℃,表明其(qi)(qi)低(di)溫(wen)(wen)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)優異(yi)。這對(dui)航空、宇(yu)航工(gong)業的(de)(de)(de)(de)意(yi)義重(zhong)大(da)。(3)耐(nai)候性(xing)(xing)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)Si-O-Si鍵對(dui)氧、臭氧及(ji)紫外線等十分穩定(ding),在(zai)不加任何添加劑(ji)的(de)(de)(de)(de)情況下(xia)(xia),就(jiu)具(ju)(ju)有(you)優良的(de)(de)(de)(de)耐(nai)候性(xing)(xing)。(4)電(dian)(dian)氣(qi)(qi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具(ju)(ju)有(you)優異(yi)的(de)(de)(de)(de)絕(jue)緣性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng),耐(nai)電(dian)(dian)暈性(xing)(xing)和(he)耐(nai)電(dian)(dian)弧(hu)性(xing)(xing)也非常好。(5)物理(li)(li)(li)機械性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)常溫(wen)(wen)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)(de)物理(li)(li)(li)機械性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)比(bi)通(tong)用(yong)(yong)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)差,但在(zai)150℃的(de)(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)和(he)-50℃的(de)(de)(de)(de)低(di)溫(wen)(wen)下(xia)(xia),其(qi)(qi)物理(li)(li)(li)機械性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)優于通(tong)用(yong)(yong)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)。(6)耐(nai)油及(ji)化學試劑(ji)性(xing)(xing)。普通(tong)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具(ju)(ju)有(you)中(zhong)等的(de)(de)(de)(de)耐(nai)油、耐(nai)溶劑(ji)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。(7)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)透過(guo)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。室(shi)溫(wen)(wen)下(xia)(xia)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)對(dui)空氣(qi)(qi)、氮(dan)、氧、二(er)氧化碳(tan)等氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)透氣(qi)(qi)性(xing)(xing)比(bi)天然橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)出30-50倍。(8)生(sheng)理(li)(li)(li)惰性(xing)(xing)。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)無毒,無味,無嗅,與人體(ti)(ti)(ti)組織不粘連,具(ju)(ju)有(you)抗凝血作用(yong)(yong),對(dui)肌(ji)體(ti)(ti)(ti)組織的(de)(de)(de)(de)反應性(xing)(xing)非常少。特(te)別適合(he)作為醫用(yong)(yong)材料。
硅橡膠的(de)用量
據中國(guo)汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)工業(ye)協會統計,2012年,汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)產銷分(fen)別達到1927.18萬(wan)(wan)輛(liang)和(he)1930.64萬(wan)(wan)輛(liang),同比分(fen)別增(zeng)長4.63%和(he)4.33%,汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)工業(ye)硅(gui)橡膠的(de)(de)(de)用量(liang)約達2.0萬(wan)(wan)t。根據觀研天(tian)下的(de)(de)(de)新研究,增(zeng)加(jia)有(you)機硅(gui)材料在汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)零部件方面(mian)的(de)(de)(de)用量(liang),可以(yi)大幅度(du)提高汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)的(de)(de)(de)安全性能(neng),因此,汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)產量(liang)和(he)單車(che)(che)用量(liang)水平的(de)(de)(de)提高都將(jiang)推動(dong)汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)工業(ye)對硅(gui)橡膠需求的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)。國(guo)家鼓(gu)勵自(zi)主品牌(pai)的(de)(de)(de)汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)發(fa)展,關鍵汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)零部件實現自(zi)主化,《2012年度(du)黨政(zheng)機關公(gong)務用車(che)(che)選用車(che)(che)型(xing)目錄(征求意見(jian)稿(gao))》為(wei)(wei)自(zi)主品牌(pai)擴大在政(zheng)府(fu)采(cai)購(gou)的(de)(de)(de)市(shi)場份額,為(wei)(wei)改變目前國(guo)內政(zheng)府(fu)采(cai)購(gou)以(yi)合資品牌(pai)產品為(wei)(wei)主的(de)(de)(de)局面(mian)提供了保(bao)障(zhang)。促進(jin)自(zi)主品牌(pai)發(fa)展,國(guo)產汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)業(ye)的(de)(de)(de)繁榮將(jiang)為(wei)(wei)汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)膠的(de)(de)(de)應用提供有(you)力保(bao)障(zhang)。預測未來(lai)3年,我國(guo)室溫硫(liu)化硅(gui)橡膠在汽(qi)(qi)(qi)(qi)車(che)(che)行(xing)業(ye)將(jiang)以(yi)年均20%增(zeng)長。
此外,硅橡(xiang)(xiang)膠(jiao)是重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)非(fei)石(shi)油(you)基(ji)合(he)(he)成(cheng)(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao),約占非(fei)石(shi)油(you)基(ji)合(he)(he)成(cheng)(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)消(xiao)費量的(de)(de)(de)98%。但因(yin)為(wei)石(shi)油(you)價(jia)格(ge)的(de)(de)(de)大(da)幅上漲(zhang),同時我國(guo)(guo)在硅橡(xiang)(xiang)膠(jiao)的(de)(de)(de)關鍵原料有機(ji)硅單(dan)體(ti)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)技(ji)術方面取得突破,有機(ji)硅單(dan)體(ti)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)技(ji)術在2005年前被幾(ji)家跨國(guo)(guo)公司(si)壟斷(duan),但目前我國(guo)(guo)已發展(zhan)成(cheng)(cheng)為(wei)全球有機(ji)硅單(dan)體(ti)第1大(da)國(guo)(guo),這2個方面原因(yin)使硅橡(xiang)(xiang)膠(jiao)的(de)(de)(de)價(jia)格(ge)從2011年起開始(shi)低于石(shi)油(you)基(ji)合(he)(he)成(cheng)(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao),僅約為(wei)大(da)宗石(shi)油(you)基(ji)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)的(de)(de)(de)80%~90%,成(cheng)(cheng)為(wei)廉價(jia)的(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao),并開始(shi)大(da)規模替代石(shi)油(you)基(ji)合(he)(he)成(cheng)(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)。這將(jiang)極大(da)拓展(zhan)有機(ji)硅產(chan)業的(de)(de)(de)市場(chang)空間,同時將(jiang)帶動硅油(you)、硅烷偶聯劑和硅樹(shu)脂等其(qi)他有機(ji)硅產(chan)品的(de)(de)(de)消(xiao)費。