硅橡膠是指主鏈(lian)(lian)由硅(gui)(gui)和氧原(yuan)子交替構成(cheng),硅(gui)(gui)原(yuan)子上(shang)通常連有兩個有機基(ji)(ji)團的(de)(de)(de)(de)橡(xiang)膠。普通的(de)(de)(de)(de)硅(gui)(gui)橡(xiang)膠主要由含甲基(ji)(ji)和少(shao)量乙(yi)烯基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)硅(gui)(gui)氧鏈(lian)(lian)節組成(cheng)。苯基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)引入可提高硅(gui)(gui)橡(xiang)膠的(de)(de)(de)(de)耐(nai)高、低溫性能(neng),三氟丙基(ji)(ji)及氰基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)引入則可提高硅(gui)(gui)橡(xiang)膠的(de)(de)(de)(de)耐(nai)溫及耐(nai)油性能(neng)。硅(gui)(gui)橡(xiang)膠耐(nai)低溫性能(neng)良好(hao),一般在(zai)-55℃下仍能(neng)工(gong)作(zuo)。引入苯基(ji)(ji)后(hou),可達-73℃。硅(gui)(gui)橡(xiang)膠的(de)(de)(de)(de)耐(nai)熱性能(neng)也(ye)很突出(chu),在(zai)180℃下可長(chang)期工(gong)作(zuo),稍高于200℃也(ye)能(neng)承(cheng)受(shou)數周或(huo)更長(chang)時間仍有彈性,瞬時可耐(nai)300℃以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)高溫。硅(gui)(gui)橡(xiang)膠的(de)(de)(de)(de)透氣性好(hao),氧氣透過率在(zai)合(he)成(cheng)聚合(he)物中是較高的(de)(de)(de)(de)。此外,硅(gui)(gui)橡(xiang)膠還具(ju)有生理惰性、不會導致凝血的(de)(de)(de)(de)突出(chu)特性,因此在(zai)醫用領域應(ying)用廣泛。
主要(yao)品種
硅(gui)橡(xiang)膠分(fen)類(lei)的方(fang)法很多(duo),通常按(an)固(gu)化(hua)(hua)(hua)前(qian)的形態分(fen)為固(gu)體(ti)硅(gui)橡(xiang)膠和(he)液(ye)體(ti)硅(gui)橡(xiang)膠;按(an)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)溫度分(fen)為室溫硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)橡(xiang)膠,高(gao)溫硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)橡(xiang)膠;按(an)所用單體(ti)的不同,可(ke)分(fen)為甲基(ji)(ji)乙烯基(ji)(ji)硅(gui)橡(xiang)膠,甲基(ji)(ji)苯(ben)基(ji)(ji)乙烯基(ji)(ji)硅(gui)橡(xiang)膠、氟硅(gui),腈硅(gui)橡(xiang)膠等;按(an)性能和(he)用途(tu)的不同又可(ke)分(fen)為通用型、超耐(nai)低溫型、超耐(nai)高(gao)溫型、高(gao)強力型、耐(nai)油型、醫用型等等。
發展史
硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)早(zao)期是由美國(guo)(guo)以三氯化(hua)鐵為催化(hua)劑(ji)合成(cheng)的(de)(de)。1945年(nian)(nian)(nian),硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)產(chan)(chan)品問世(shi)。1948年(nian)(nian)(nian),采用(yong)高比表(biao)面積的(de)(de)氣相法白炭(tan)黑補(bu)強的(de)(de)硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)研(yan)(yan)制(zhi)成(cheng)功,使硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)性能躍(yue)升(sheng)到實用(yong)階段,奠定了現代(dai)硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)生產(chan)(chan)技術的(de)(de)基礎。從二(er)甲基二(er)氯硅(gui)烷合成(cheng)開始生產(chan)(chan)硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)國(guo)(guo)家有美國(guo)(guo)。俄羅斯、德國(guo)(guo)、日本、韓國(guo)(guo)和(he)中(zhong)國(guo)(guo)等。中(zhong)國(guo)(guo)硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)工(gong)業(ye)化(hua)研(yan)(yan)究(jiu)始于1957年(nian)(nian)(nian),多家研(yan)(yan)究(jiu)所和(he)企業(ye)陸續開發出各種硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)。到2003年(nian)(nian)(nian)底,中(zhong)國(guo)(guo)硅(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)生產(chan)(chan)能力為135千噸(dun),其中(zhong)高溫膠(jiao)(jiao)100千噸(dun)。
高溫硫(liu)化硅(gui)橡膠
高(gao)溫硫(liu)化(hua)硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)是指聚硅(gui)氧烷變成彈(dan)性體的(de)(de)過程是經過高(gao)溫(110-170℃)硫(liu)化(hua)成型的(de)(de)。它(ta)主要以(yi)高(gao)分子量的(de)(de)聚甲基(ji)乙烯基(ji)硅(gui)氧烷為生膠(jiao),混入補強(qiang)填料(liao)、硫(liu)化(hua)劑(ji)(ji)等,在(zai)加(jia)(jia)熱加(jia)(jia)壓下硫(liu)化(hua)成彈(dan)性體。硅(gui)橡(xiang)膠(jiao)的(de)(de)補強(qiang)主要是各種(zhong)類(lei)型的(de)(de)白炭黑,可使硫(liu)化(hua)膠(jiao)的(de)(de)強(qiang)度(du)增加(jia)(jia)數(shu)十倍(bei)。有時為了(le)降低成本或改善膠(jiao)料(liao)性能及賦予硫(liu)化(hua)膠(jiao)各種(zhong)特殊的(de)(de)性能,也(ye)加(jia)(jia)入相應(ying)的(de)(de)各種(zhong)添加(jia)(jia)劑(ji)(ji)。硫(liu)化(hua)劑(ji)(ji)是各種(zhong)有機過氧化(hua)物或加(jia)(jia)成反應(ying)催化(hua)劑(ji)(ji)。
加工成(cheng)型方法如(ru)圖所(suo)示。一次(ci)硫(liu)化的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是進行(xing)高分子(zi)鏈(lian)的(de)(de)(de)交聯反應;二(er)次(ci)硫(liu)化的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是進行(xing)補充交聯、驅除(chu)硫(liu)化劑分解產物和其(qi)他揮發(fa)性(xing)化合物以穩定(ding)硫(liu)化膠(jiao)的(de)(de)(de)各(ge)項性(xing)能。常用的(de)(de)(de)設備有開放式煉膠(jiao)機(ji)、捏合機(ji)及真空密煉機(ji)。
主要性能
(1)高(gao)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)顯著的(de)(de)(de)特征是高(gao)溫(wen)穩定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing),雖然(ran)常(chang)(chang)溫(wen)下(xia)(xia)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)強度僅是天然(ran)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)或某些(xie)合成橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)一半(ban),但在(zai)200℃以上的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)環境下(xia)(xia),硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)仍(reng)能保持一定(ding)的(de)(de)(de)柔韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、回彈性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)表面(mian)硬(ying)度,且力學性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能無(wu)明顯變(bian)化(hua)(hua)。(2)低(di)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)玻(bo)璃化(hua)(hua)溫(wen)度一般為(wei)-70~-50℃,特殊配方可達-100℃,表明其(qi)低(di)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能優(you)異。這對(dui)航空、宇航工業(ye)的(de)(de)(de)意義(yi)重大。(3)耐(nai)候性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)中Si-O-Si鍵對(dui)氧(yang)(yang)、臭(chou)氧(yang)(yang)及紫(zi)外線等十分穩定(ding),在(zai)不加任(ren)何(he)添加劑(ji)的(de)(de)(de)情況下(xia)(xia),就具(ju)有(you)優(you)良的(de)(de)(de)耐(nai)候性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。(4)電氣性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)具(ju)有(you)優(you)異的(de)(de)(de)絕緣性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能,耐(nai)電暈(yun)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)耐(nai)電弧性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)也(ye)非(fei)常(chang)(chang)好。(5)物理機械性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)常(chang)(chang)溫(wen)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)物理機械性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能比通(tong)用(yong)(yong)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)差,但在(zai)150℃的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)和(he)-50℃的(de)(de)(de)低(di)溫(wen)下(xia)(xia),其(qi)物理機械性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能優(you)于通(tong)用(yong)(yong)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)。(6)耐(nai)油(you)及化(hua)(hua)學試劑(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。普通(tong)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)具(ju)有(you)中等的(de)(de)(de)耐(nai)油(you)、耐(nai)溶(rong)劑(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能。(7)氣體(ti)透過性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能。室(shi)溫(wen)下(xia)(xia)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)對(dui)空氣、氮、氧(yang)(yang)、二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳等氣體(ti)的(de)(de)(de)透氣性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)比天然(ran)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)出30-50倍。(8)生理惰(duo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)無(wu)毒,無(wu)味,無(wu)嗅,與人體(ti)組(zu)織不粘連,具(ju)有(you)抗凝血作用(yong)(yong),對(dui)肌(ji)體(ti)組(zu)織的(de)(de)(de)反應性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)非(fei)常(chang)(chang)少。特別適合作為(wei)醫(yi)用(yong)(yong)材(cai)料。
硅橡膠的用(yong)量
據(ju)中(zhong)國(guo)汽車(che)(che)工業(ye)協會(hui)統計,2012年,汽車(che)(che)產(chan)(chan)銷(xiao)分(fen)別(bie)達到1927.18萬輛和1930.64萬輛,同比分(fen)別(bie)增長4.63%和4.33%,汽車(che)(che)工業(ye)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠的用(yong)量(liang)約(yue)達2.0萬t。根據(ju)觀研天下(xia)的新研究,增加(jia)有機(ji)硅(gui)(gui)材(cai)料在(zai)汽車(che)(che)零部(bu)(bu)件(jian)方面的用(yong)量(liang),可以大幅度提(ti)高(gao)汽車(che)(che)的安(an)全性能,因此(ci),汽車(che)(che)產(chan)(chan)量(liang)和單車(che)(che)用(yong)量(liang)水平(ping)的提(ti)高(gao)都將(jiang)推(tui)動汽車(che)(che)工業(ye)對(dui)硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠需求的增加(jia)。國(guo)家鼓勵(li)自主(zhu)品(pin)牌(pai)(pai)的汽車(che)(che)發展,關鍵汽車(che)(che)零部(bu)(bu)件(jian)實(shi)現自主(zhu)化,《2012年度黨政(zheng)機(ji)關公務用(yong)車(che)(che)選用(yong)車(che)(che)型目錄(lu)(征求意見稿)》為自主(zhu)品(pin)牌(pai)(pai)擴大在(zai)政(zheng)府采購的市場份額,為改變目前國(guo)內政(zheng)府采購以合資品(pin)牌(pai)(pai)產(chan)(chan)品(pin)為主(zhu)的局面提(ti)供了保障。促(cu)進自主(zhu)品(pin)牌(pai)(pai)發展,國(guo)產(chan)(chan)汽車(che)(che)業(ye)的繁榮將(jiang)為汽車(che)(che)膠的應用(yong)提(ti)供有力保障。預測未來3年,我國(guo)室(shi)溫硫(liu)化硅(gui)(gui)橡(xiang)(xiang)膠在(zai)汽車(che)(che)行業(ye)將(jiang)以年均(jun)20%增長。
此(ci)外,硅橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)是(shi)重(zhong)要的(de)(de)(de)非石油(you)(you)基(ji)合(he)成(cheng)(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao),約占非石油(you)(you)基(ji)合(he)成(cheng)(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)消費量的(de)(de)(de)98%。但(dan)因(yin)為(wei)石油(you)(you)價格(ge)(ge)的(de)(de)(de)大幅上漲,同時我國(guo)(guo)在(zai)硅橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)關(guan)鍵原(yuan)料有機硅單(dan)體的(de)(de)(de)生產(chan)(chan)技術(shu)方面取得突破(po),有機硅單(dan)體的(de)(de)(de)生產(chan)(chan)技術(shu)在(zai)2005年(nian)前被幾家跨國(guo)(guo)公(gong)司壟斷,但(dan)目(mu)前我國(guo)(guo)已發(fa)展成(cheng)(cheng)為(wei)全球有機硅單(dan)體第1大國(guo)(guo),這2個方面原(yuan)因(yin)使硅橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)價格(ge)(ge)從(cong)2011年(nian)起(qi)開(kai)始(shi)低于石油(you)(you)基(ji)合(he)成(cheng)(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao),僅約為(wei)大宗石油(you)(you)基(ji)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)80%~90%,成(cheng)(cheng)為(wei)廉價的(de)(de)(de)合(he)成(cheng)(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao),并開(kai)始(shi)大規模(mo)替(ti)代石油(you)(you)基(ji)合(he)成(cheng)(cheng)橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)。這將極大拓展有機硅產(chan)(chan)業(ye)的(de)(de)(de)市(shi)場空(kong)間,同時將帶動硅油(you)(you)、硅烷偶聯劑和硅樹脂等(deng)其他有機硅產(chan)(chan)品的(de)(de)(de)消費。