硅橡膠是指主鏈(lian)由硅(gui)(gui)和氧(yang)原子(zi)(zi)交替(ti)構成(cheng)(cheng),硅(gui)(gui)原子(zi)(zi)上(shang)通常連有兩個(ge)有機基團的(de)(de)(de)橡膠。普通的(de)(de)(de)硅(gui)(gui)橡膠主要(yao)由含(han)甲基和少量(liang)乙烯基的(de)(de)(de)硅(gui)(gui)氧(yang)鏈(lian)節(jie)組成(cheng)(cheng)。苯基的(de)(de)(de)引入(ru)可(ke)(ke)提高硅(gui)(gui)橡膠的(de)(de)(de)耐(nai)高、低溫性(xing)能(neng),三氟丙(bing)基及(ji)氰基的(de)(de)(de)引入(ru)則可(ke)(ke)提高硅(gui)(gui)橡膠的(de)(de)(de)耐(nai)溫及(ji)耐(nai)油性(xing)能(neng)。硅(gui)(gui)橡膠耐(nai)低溫性(xing)能(neng)良好,一般在(zai)-55℃下(xia)仍(reng)能(neng)工作。引入(ru)苯基后,可(ke)(ke)達-73℃。硅(gui)(gui)橡膠的(de)(de)(de)耐(nai)熱性(xing)能(neng)也很突(tu)出(chu),在(zai)180℃下(xia)可(ke)(ke)長期(qi)工作,稍高于200℃也能(neng)承受數周或更長時間仍(reng)有彈性(xing),瞬時可(ke)(ke)耐(nai)300℃以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)高溫。硅(gui)(gui)橡膠的(de)(de)(de)透氣性(xing)好,氧(yang)氣透過率(lv)在(zai)合成(cheng)(cheng)聚合物中是較(jiao)高的(de)(de)(de)。此外,硅(gui)(gui)橡膠還具(ju)有生理惰(duo)性(xing)、不會導致凝血的(de)(de)(de)突(tu)出(chu)特性(xing),因(yin)此在(zai)醫用領(ling)域應用廣泛。
主要品種
硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠分類的方法很多,通常按固化前的形態分為(wei)(wei)固體(ti)(ti)硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠和液體(ti)(ti)硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠;按硫化溫度分為(wei)(wei)室溫硫化硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠,高(gao)溫硫化硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠;按所用單體(ti)(ti)的不同,可分為(wei)(wei)甲(jia)基乙烯(xi)基硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠,甲(jia)基苯基乙烯(xi)基硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠、氟硅(gui)(gui)(gui)(gui),腈硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠等;按性能和用途的不同又可分為(wei)(wei)通用型、超耐低溫型、超耐高(gao)溫型、高(gao)強力型、耐油型、醫用型等等。
發展史
硅橡膠(jiao)(jiao)早期是由美國(guo)以三氯化鐵為(wei)催化劑(ji)合(he)成(cheng)的(de)(de)。1945年(nian)(nian),硅橡膠(jiao)(jiao)產品問世。1948年(nian)(nian),采(cai)用(yong)(yong)高(gao)比表面(mian)積的(de)(de)氣相法白炭黑補強的(de)(de)硅橡膠(jiao)(jiao)研(yan)(yan)制成(cheng)功(gong),使(shi)硅橡膠(jiao)(jiao)的(de)(de)性(xing)能躍升到實(shi)用(yong)(yong)階段,奠定了現代硅橡膠(jiao)(jiao)生產技術的(de)(de)基礎。從(cong)二甲(jia)基二氯硅烷合(he)成(cheng)開始生產硅橡膠(jiao)(jiao)的(de)(de)國(guo)家有美國(guo)。俄羅斯、德國(guo)、日本、韓國(guo)和中(zhong)國(guo)等。中(zhong)國(guo)硅橡膠(jiao)(jiao)的(de)(de)工(gong)業化研(yan)(yan)究(jiu)始于1957年(nian)(nian),多家研(yan)(yan)究(jiu)所和企(qi)業陸續開發出各(ge)種(zhong)硅橡膠(jiao)(jiao)。到2003年(nian)(nian)底,中(zhong)國(guo)硅橡膠(jiao)(jiao)生產能力為(wei)135千噸,其中(zhong)高(gao)溫(wen)膠(jiao)(jiao)100千噸。
高溫硫化(hua)硅(gui)橡(xiang)膠
高(gao)溫硫化(hua)(hua)(hua)硅(gui)橡膠是指聚硅(gui)氧烷變成彈性體(ti)的(de)過(guo)(guo)程是經過(guo)(guo)高(gao)溫(110-170℃)硫化(hua)(hua)(hua)成型的(de)。它主要以(yi)高(gao)分子量的(de)聚甲基(ji)乙烯基(ji)硅(gui)氧烷為生膠,混(hun)入(ru)補(bu)強填料、硫化(hua)(hua)(hua)劑等,在加(jia)(jia)(jia)熱加(jia)(jia)(jia)壓下硫化(hua)(hua)(hua)成彈性體(ti)。硅(gui)橡膠的(de)補(bu)強主要是各(ge)種類型的(de)白炭黑,可使(shi)硫化(hua)(hua)(hua)膠的(de)強度增加(jia)(jia)(jia)數十倍。有時為了降低成本(ben)或改善膠料性能(neng)及賦予硫化(hua)(hua)(hua)膠各(ge)種特(te)殊(shu)的(de)性能(neng),也加(jia)(jia)(jia)入(ru)相應的(de)各(ge)種添加(jia)(jia)(jia)劑。硫化(hua)(hua)(hua)劑是各(ge)種有機過(guo)(guo)氧化(hua)(hua)(hua)物或加(jia)(jia)(jia)成反應催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑。
加工成(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(fen)子鏈的交聯(lian)反應;二(er)次(ci)硫(liu)(liu)化的目的是進行補充交聯(lian)、驅除(chu)硫(liu)(liu)化劑分(fen)解產物(wu)和其他揮發(fa)性(xing)化合物(wu)以穩定硫(liu)(liu)化膠的各項(xiang)性(xing)能。常(chang)用的設備有開放式煉膠機(ji)、捏合機(ji)及真空密煉機(ji)。
主要性(xing)能
(1)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)顯(xian)著的特(te)征是高(gao)溫(wen)(wen)(wen)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing),雖然常溫(wen)(wen)(wen)下(xia)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的強度(du)(du)僅是天然橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)或某(mou)些(xie)合成橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的一半,但在200℃以上的高(gao)溫(wen)(wen)(wen)環境下(xia),硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)仍能(neng)(neng)(neng)保持一定的柔韌性(xing)(xing)(xing)、回彈性(xing)(xing)(xing)和(he)表面硬度(du)(du),且力學(xue)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)無明顯(xian)變化。(2)低(di)溫(wen)(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的玻璃化溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)一般為-70~-50℃,特(te)殊配方可達-100℃,表明其(qi)低(di)溫(wen)(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)優(you)異(yi)(yi)。這對(dui)航空、宇航工業的意(yi)義重大。(3)耐(nai)候性(xing)(xing)(xing)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中Si-O-Si鍵(jian)對(dui)氧(yang)(yang)(yang)、臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)及(ji)紫外線等(deng)(deng)十分(fen)穩(wen)定,在不加任何添加劑(ji)的情況(kuang)下(xia),就具有優(you)良的耐(nai)候性(xing)(xing)(xing)。(4)電(dian)氣(qi)(qi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具有優(you)異(yi)(yi)的絕緣性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng),耐(nai)電(dian)暈性(xing)(xing)(xing)和(he)耐(nai)電(dian)弧性(xing)(xing)(xing)也非(fei)常好。(5)物理機械性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)常溫(wen)(wen)(wen)下(xia)的物理機械性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)比(bi)通用(yong)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)差,但在150℃的高(gao)溫(wen)(wen)(wen)和(he)-50℃的低(di)溫(wen)(wen)(wen)下(xia),其(qi)物理機械性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)優(you)于通用(yong)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)。(6)耐(nai)油(you)及(ji)化學(xue)試劑(ji)性(xing)(xing)(xing)。普通硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具有中等(deng)(deng)的耐(nai)油(you)、耐(nai)溶(rong)劑(ji)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。(7)氣(qi)(qi)體透過性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。室溫(wen)(wen)(wen)下(xia)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)對(dui)空氣(qi)(qi)、氮、氧(yang)(yang)(yang)、二氧(yang)(yang)(yang)化碳(tan)等(deng)(deng)氣(qi)(qi)體的透氣(qi)(qi)性(xing)(xing)(xing)比(bi)天然橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)出30-50倍。(8)生理惰(duo)性(xing)(xing)(xing)。硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)無毒,無味(wei),無嗅,與(yu)人(ren)體組(zu)(zu)織不粘(zhan)連,具有抗凝血作用(yong),對(dui)肌體組(zu)(zu)織的反(fan)應性(xing)(xing)(xing)非(fei)常少。特(te)別適合作為醫(yi)用(yong)材料。
硅橡膠的用量
據中國(guo)汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)工業(ye)協會統計,2012年(nian),汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)產銷(xiao)分別達(da)到(dao)1927.18萬輛和(he)1930.64萬輛,同比分別增長(chang)4.63%和(he)4.33%,汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)工業(ye)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠的(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)量(liang)約達(da)2.0萬t。根據觀(guan)研(yan)天下的(de)(de)(de)(de)新(xin)研(yan)究,增加(jia)有機(ji)(ji)硅(gui)(gui)材(cai)料在汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)零部(bu)(bu)件方面的(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)量(liang),可以(yi)大幅(fu)度(du)提(ti)高(gao)汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)的(de)(de)(de)(de)安全性(xing)能,因(yin)此,汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)產量(liang)和(he)單(dan)車(che)(che)(che)用(yong)(yong)(yong)量(liang)水平的(de)(de)(de)(de)提(ti)高(gao)都將推動汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)工業(ye)對硅(gui)(gui)橡(xiang)膠需求(qiu)的(de)(de)(de)(de)增加(jia)。國(guo)家鼓勵自(zi)(zi)主(zhu)(zhu)品(pin)(pin)(pin)牌的(de)(de)(de)(de)汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)發(fa)展,關鍵汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)零部(bu)(bu)件實現自(zi)(zi)主(zhu)(zhu)化,《2012年(nian)度(du)黨政機(ji)(ji)關公務用(yong)(yong)(yong)車(che)(che)(che)選用(yong)(yong)(yong)車(che)(che)(che)型目錄(征(zheng)求(qiu)意見(jian)稿)》為(wei)(wei)(wei)自(zi)(zi)主(zhu)(zhu)品(pin)(pin)(pin)牌擴大在政府采購(gou)的(de)(de)(de)(de)市場份額,為(wei)(wei)(wei)改變目前國(guo)內政府采購(gou)以(yi)合資品(pin)(pin)(pin)牌產品(pin)(pin)(pin)為(wei)(wei)(wei)主(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)(de)局面提(ti)供(gong)了保(bao)(bao)障(zhang)。促進自(zi)(zi)主(zhu)(zhu)品(pin)(pin)(pin)牌發(fa)展,國(guo)產汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)業(ye)的(de)(de)(de)(de)繁榮將為(wei)(wei)(wei)汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)膠的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)提(ti)供(gong)有力保(bao)(bao)障(zhang)。預測(ce)未來3年(nian),我國(guo)室溫硫化硅(gui)(gui)橡(xiang)膠在汽(qi)(qi)(qi)車(che)(che)(che)行業(ye)將以(yi)年(nian)均(jun)20%增長(chang)。
此(ci)外,硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)是重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)非(fei)石(shi)(shi)油(you)(you)基(ji)(ji)合(he)成橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao),約占非(fei)石(shi)(shi)油(you)(you)基(ji)(ji)合(he)成橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)消費量的(de)(de)(de)(de)(de)98%。但因(yin)為石(shi)(shi)油(you)(you)價(jia)(jia)格(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)幅(fu)上(shang)漲(zhang),同時我國在(zai)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵原(yuan)料有機(ji)硅(gui)(gui)(gui)單體的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)技(ji)術(shu)方面取得突破(po),有機(ji)硅(gui)(gui)(gui)單體的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)技(ji)術(shu)在(zai)2005年前(qian)被幾家跨國公(gong)司壟斷,但目前(qian)我國已(yi)發展成為全球有機(ji)硅(gui)(gui)(gui)單體第(di)1大(da)國,這2個(ge)方面原(yuan)因(yin)使(shi)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)價(jia)(jia)格(ge)從2011年起開始低(di)于石(shi)(shi)油(you)(you)基(ji)(ji)合(he)成橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao),僅約為大(da)宗石(shi)(shi)油(you)(you)基(ji)(ji)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)80%~90%,成為廉(lian)價(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)成橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao),并開始大(da)規(gui)模替代石(shi)(shi)油(you)(you)基(ji)(ji)合(he)成橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)。這將極大(da)拓展有機(ji)硅(gui)(gui)(gui)產(chan)(chan)業的(de)(de)(de)(de)(de)市場空(kong)間(jian),同時將帶(dai)動硅(gui)(gui)(gui)油(you)(you)、硅(gui)(gui)(gui)烷偶聯(lian)劑和硅(gui)(gui)(gui)樹脂等其他有機(ji)硅(gui)(gui)(gui)產(chan)(chan)品的(de)(de)(de)(de)(de)消費。