硅橡膠是(shi)指主鏈(lian)由硅(gui)(gui)(gui)(gui)和氧原子交替(ti)構成,硅(gui)(gui)(gui)(gui)原子上通常連有兩個有機基(ji)(ji)團的(de)(de)(de)(de)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)。普通的(de)(de)(de)(de)硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)主要由含甲基(ji)(ji)和少量乙烯基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)硅(gui)(gui)(gui)(gui)氧鏈(lian)節組成。苯基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)引入可(ke)(ke)提(ti)高(gao)硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)高(gao)、低(di)溫(wen)(wen)性能(neng),三氟丙基(ji)(ji)及氰基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)引入則可(ke)(ke)提(ti)高(gao)硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)溫(wen)(wen)及耐(nai)油性能(neng)。硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)耐(nai)低(di)溫(wen)(wen)性能(neng)良好,一般在(zai)-55℃下(xia)仍(reng)能(neng)工作。引入苯基(ji)(ji)后,可(ke)(ke)達(da)-73℃。硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)熱性能(neng)也很突出,在(zai)180℃下(xia)可(ke)(ke)長(chang)期(qi)工作,稍高(gao)于(yu)200℃也能(neng)承受數周(zhou)或(huo)更長(chang)時(shi)間仍(reng)有彈(dan)性,瞬時(shi)可(ke)(ke)耐(nai)300℃以上的(de)(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)。硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)透(tou)氣(qi)性好,氧氣(qi)透(tou)過率在(zai)合(he)成聚合(he)物中是(shi)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)。此(ci)外(wai),硅(gui)(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)還具有生理惰性、不(bu)會(hui)導致凝血的(de)(de)(de)(de)突出特(te)性,因此(ci)在(zai)醫(yi)用領(ling)域應用廣(guang)泛。
主要品種
硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)分類的(de)方法很多,通常按(an)固(gu)(gu)化(hua)(hua)(hua)前(qian)的(de)形態分為(wei)(wei)固(gu)(gu)體(ti)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)和液體(ti)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao);按(an)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)度分為(wei)(wei)室溫(wen)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao),高溫(wen)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao);按(an)所用(yong)單(dan)體(ti)的(de)不(bu)同,可分為(wei)(wei)甲(jia)基(ji)(ji)乙烯基(ji)(ji)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao),甲(jia)基(ji)(ji)苯基(ji)(ji)乙烯基(ji)(ji)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)、氟硅(gui)(gui),腈硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)等;按(an)性(xing)能和用(yong)途(tu)的(de)不(bu)同又可分為(wei)(wei)通用(yong)型、超耐低溫(wen)型、超耐高溫(wen)型、高強力型、耐油型、醫(yi)用(yong)型等等。
發展史
硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)早期是由(you)美(mei)國(guo)(guo)以三氯(lv)化(hua)鐵為催化(hua)劑合成(cheng)的。1945年,硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)產(chan)品問世。1948年,采用高比表面積(ji)的氣相(xiang)法(fa)白炭黑補強(qiang)的硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)研制成(cheng)功,使硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的性能(neng)躍升到實用階段,奠定(ding)了現代硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)生產(chan)技術的基(ji)礎。從二甲基(ji)二氯(lv)硅(gui)(gui)(gui)烷(wan)合成(cheng)開始生產(chan)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的國(guo)(guo)家(jia)有美(mei)國(guo)(guo)。俄羅斯(si)、德(de)國(guo)(guo)、日本(ben)、韓國(guo)(guo)和中國(guo)(guo)等。中國(guo)(guo)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的工業化(hua)研究(jiu)始于1957年,多家(jia)研究(jiu)所和企業陸續(xu)開發出各種(zhong)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)。到2003年底,中國(guo)(guo)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)生產(chan)能(neng)力(li)為135千噸,其中高溫膠(jiao)(jiao)100千噸。
高溫硫化硅橡膠
高溫(wen)硫(liu)(liu)(liu)(liu)化硅橡膠是(shi)指聚(ju)硅氧烷變成彈性(xing)體的(de)(de)過程是(shi)經過高溫(wen)(110-170℃)硫(liu)(liu)(liu)(liu)化成型(xing)的(de)(de)。它主(zhu)要以(yi)高分子量(liang)的(de)(de)聚(ju)甲基乙(yi)烯基硅氧烷為生膠,混入(ru)補強(qiang)(qiang)填料(liao)、硫(liu)(liu)(liu)(liu)化劑(ji)等,在加(jia)(jia)熱(re)加(jia)(jia)壓(ya)下硫(liu)(liu)(liu)(liu)化成彈性(xing)體。硅橡膠的(de)(de)補強(qiang)(qiang)主(zhu)要是(shi)各(ge)種類(lei)型(xing)的(de)(de)白炭黑,可使硫(liu)(liu)(liu)(liu)化膠的(de)(de)強(qiang)(qiang)度增加(jia)(jia)數十倍。有時為了降低(di)成本或改善膠料(liao)性(xing)能(neng)及賦予硫(liu)(liu)(liu)(liu)化膠各(ge)種特殊的(de)(de)性(xing)能(neng),也加(jia)(jia)入(ru)相應的(de)(de)各(ge)種添加(jia)(jia)劑(ji)。硫(liu)(liu)(liu)(liu)化劑(ji)是(shi)各(ge)種有機過氧化物或加(jia)(jia)成反應催化劑(ji)。
加(jia)工成型方法如(ru)圖所示。一次硫化(hua)(hua)的(de)目的(de)是(shi)進行高分(fen)子鏈的(de)交(jiao)聯反應(ying);二次硫化(hua)(hua)的(de)目的(de)是(shi)進行補(bu)充交(jiao)聯、驅除硫化(hua)(hua)劑分(fen)解產物和其他揮發性化(hua)(hua)合物以穩定硫化(hua)(hua)膠的(de)各(ge)項性能。常用的(de)設備有開放式煉(lian)膠機、捏(nie)合機及真空密(mi)煉(lian)機。
主要性能
(1)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)能。硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)顯(xian)著的(de)特征是高(gao)溫(wen)(wen)(wen)穩定性(xing)(xing)(xing),雖(sui)然常(chang)(chang)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)強度僅是天然橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)或(huo)某些(xie)合成橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)一半(ban),但在200℃以上(shang)的(de)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)環境下(xia),硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)仍(reng)能保持一定的(de)柔韌性(xing)(xing)(xing)、回彈(dan)性(xing)(xing)(xing)和表(biao)面硬(ying)度,且(qie)力學性(xing)(xing)(xing)能無(wu)明(ming)顯(xian)變化。(2)低溫(wen)(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)能硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)玻(bo)璃化溫(wen)(wen)(wen)度一般為(wei)-70~-50℃,特殊配方可(ke)達(da)-100℃,表(biao)明(ming)其(qi)低溫(wen)(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)能優異。這對(dui)航空(kong)、宇航工業的(de)意(yi)義重大。(3)耐(nai)候(hou)性(xing)(xing)(xing)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中Si-O-Si鍵對(dui)氧、臭氧及(ji)紫外(wai)線等(deng)(deng)十(shi)分穩定,在不(bu)加(jia)任何添加(jia)劑(ji)的(de)情況(kuang)下(xia),就具(ju)有(you)優良(liang)的(de)耐(nai)候(hou)性(xing)(xing)(xing)。(4)電氣(qi)性(xing)(xing)(xing)能。硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具(ju)有(you)優異的(de)絕緣(yuan)性(xing)(xing)(xing)能,耐(nai)電暈性(xing)(xing)(xing)和耐(nai)電弧性(xing)(xing)(xing)也非常(chang)(chang)好。(5)物理機(ji)械性(xing)(xing)(xing)能。硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)常(chang)(chang)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)的(de)物理機(ji)械性(xing)(xing)(xing)能比(bi)通(tong)用(yong)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)差,但在150℃的(de)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)和-50℃的(de)低溫(wen)(wen)(wen)下(xia),其(qi)物理機(ji)械性(xing)(xing)(xing)能優于通(tong)用(yong)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)。(6)耐(nai)油及(ji)化學試(shi)劑(ji)性(xing)(xing)(xing)。普通(tong)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具(ju)有(you)中等(deng)(deng)的(de)耐(nai)油、耐(nai)溶劑(ji)性(xing)(xing)(xing)能。(7)氣(qi)體(ti)透(tou)過性(xing)(xing)(xing)能。室溫(wen)(wen)(wen)下(xia)硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)對(dui)空(kong)氣(qi)、氮、氧、二氧化碳等(deng)(deng)氣(qi)體(ti)的(de)透(tou)氣(qi)性(xing)(xing)(xing)比(bi)天然橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)出30-50倍。(8)生理惰性(xing)(xing)(xing)。硅(gui)(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)無(wu)毒,無(wu)味,無(wu)嗅,與人體(ti)組(zu)織(zhi)不(bu)粘連,具(ju)有(you)抗凝血作用(yong),對(dui)肌(ji)體(ti)組(zu)織(zhi)的(de)反(fan)應性(xing)(xing)(xing)非常(chang)(chang)少。特別適合作為(wei)醫用(yong)材料。
硅橡膠的用量
據(ju)中(zhong)國(guo)汽(qi)車(che)(che)工業(ye)協(xie)會(hui)統計,2012年(nian)(nian),汽(qi)車(che)(che)產(chan)銷分(fen)別達到(dao)1927.18萬輛和(he)1930.64萬輛,同比分(fen)別增(zeng)長(chang)4.63%和(he)4.33%,汽(qi)車(che)(che)工業(ye)硅橡膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)用(yong)量(liang)約(yue)達2.0萬t。根據(ju)觀研(yan)天(tian)下的(de)(de)(de)新研(yan)究,增(zeng)加有(you)機(ji)硅材料在(zai)(zai)汽(qi)車(che)(che)零部件(jian)(jian)方面的(de)(de)(de)用(yong)量(liang),可以(yi)大幅度(du)(du)提高汽(qi)車(che)(che)的(de)(de)(de)安全性能,因此,汽(qi)車(che)(che)產(chan)量(liang)和(he)單車(che)(che)用(yong)量(liang)水平的(de)(de)(de)提高都將(jiang)推動汽(qi)車(che)(che)工業(ye)對硅橡膠(jiao)(jiao)需求(qiu)的(de)(de)(de)增(zeng)加。國(guo)家(jia)鼓(gu)勵自(zi)主(zhu)品(pin)(pin)牌(pai)的(de)(de)(de)汽(qi)車(che)(che)發(fa)展,關(guan)鍵(jian)汽(qi)車(che)(che)零部件(jian)(jian)實(shi)現自(zi)主(zhu)化,《2012年(nian)(nian)度(du)(du)黨政(zheng)機(ji)關(guan)公務(wu)用(yong)車(che)(che)選用(yong)車(che)(che)型目(mu)(mu)錄(征求(qiu)意見稿)》為自(zi)主(zhu)品(pin)(pin)牌(pai)擴大在(zai)(zai)政(zheng)府采購(gou)的(de)(de)(de)市(shi)場份額(e),為改(gai)變目(mu)(mu)前國(guo)內政(zheng)府采購(gou)以(yi)合資品(pin)(pin)牌(pai)產(chan)品(pin)(pin)為主(zhu)的(de)(de)(de)局面提供(gong)了保障。促進自(zi)主(zhu)品(pin)(pin)牌(pai)發(fa)展,國(guo)產(chan)汽(qi)車(che)(che)業(ye)的(de)(de)(de)繁(fan)榮將(jiang)為汽(qi)車(che)(che)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)應用(yong)提供(gong)有(you)力保障。預(yu)測未(wei)來(lai)3年(nian)(nian),我(wo)國(guo)室(shi)溫(wen)硫化硅橡膠(jiao)(jiao)在(zai)(zai)汽(qi)車(che)(che)行業(ye)將(jiang)以(yi)年(nian)(nian)均(jun)20%增(zeng)長(chang)。
此外,硅橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)是重要(yao)的非石(shi)油(you)基(ji)(ji)(ji)合(he)成(cheng)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao),約占非石(shi)油(you)基(ji)(ji)(ji)合(he)成(cheng)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)消費量的98%。但因為(wei)(wei)石(shi)油(you)價格(ge)的大(da)(da)幅上(shang)漲,同(tong)時(shi)我(wo)國(guo)(guo)在(zai)硅橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的關鍵(jian)原料(liao)有(you)機(ji)硅單(dan)體(ti)的生產技(ji)術(shu)方(fang)面(mian)取得突破,有(you)機(ji)硅單(dan)體(ti)的生產技(ji)術(shu)在(zai)2005年前被幾家跨國(guo)(guo)公司壟斷(duan),但目前我(wo)國(guo)(guo)已(yi)發展成(cheng)為(wei)(wei)全球有(you)機(ji)硅單(dan)體(ti)第1大(da)(da)國(guo)(guo),這2個方(fang)面(mian)原因使硅橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的價格(ge)從2011年起開始低(di)于石(shi)油(you)基(ji)(ji)(ji)合(he)成(cheng)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao),僅約為(wei)(wei)大(da)(da)宗石(shi)油(you)基(ji)(ji)(ji)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的80%~90%,成(cheng)為(wei)(wei)廉價的合(he)成(cheng)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao),并開始大(da)(da)規(gui)模(mo)替代石(shi)油(you)基(ji)(ji)(ji)合(he)成(cheng)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)。這將極大(da)(da)拓展有(you)機(ji)硅產業(ye)的市場空間,同(tong)時(shi)將帶動硅油(you)、硅烷(wan)偶聯劑和硅樹脂等其他有(you)機(ji)硅產品的消費。