硅树脂对硅橡胶耐热性能的影响

收稿日期: 2000 -05 -12
作者简介:魏伯荣( 1951 ) ) , 男, 陕西长安人, 副教授, 硕士研究生
导师, 主要从事高分子材料的教学和科研工作, 已发表论文近 40
篇。
硅树脂对硅橡胶耐热性能的影响
魏伯荣1
,黄  峰2
( 1. 西北工业大学化学工程系, 陕西 西安  710072; 2. 北京航空工艺研究所,北京  100024)
摘要:用硅树脂对硅橡胶进行改性, 研究了硅树脂及其含量对硅橡胶耐热性能的影响。通过热空气老化试验及热
重法) 差热分析表明: 其力学性能与热空气老化性能显著提高。经过 300 e @ 48h 热空气老化后, 加入硅树脂的试样
仍非常柔软, 性能保持率达 80%。
关键词:硅橡胶; 硅树脂; 耐热性
中图分类号: TQ 333. 93     文献标识码: A     文章编号: 1005 -3174( 2000) 03 -0005 -03
    硅树脂是一种热固性的树脂, 它最突出的性
能之一是具有优异的热氧化稳定性[ 1]
。在250 e
加热24h 后, 硅树脂仅失重2% ~ 8% ,在350 e 加
热24h 后,硅树脂失重低于 20%。正因为硅树脂
有这种突出的耐热氧化稳定性, 我们试图通过硅
树脂的加入,来改善硅橡胶的高温稳定性。
本文研究了有机硅树脂及其含量对硅橡胶的
力学性能及耐热性的影响。
1  实验部分
1. 1   主要原材料
甲基乙烯基硅橡胶110 -2,晨光化工研究院;
沉淀法白炭黑, 工业品;三氧化二铁,工业品; 2, 5 -
二甲基 -2, 5 -双( 叔丁基过氧基) 己烷( DBPMH) ,
美国产;有机硅树脂,上海树脂厂。
1. 2   硅橡胶试样制备
硅橡胶试样制备: 将生胶和配合剂在开炼机
上进行混炼, 混炼胶在室温下放置一天,再返炼,
下片, 硫化。硫化胶片放置一天, 冲载试样, 测力
学性能。
1. 3   硅橡胶力学性能测试
力学性能测试按 GB828 -82 进行。其中:
拉伸强度保持率=
老化后拉伸强度
老化前拉伸强度@ 100%
扯断伸长率保持率=
老化后扯断伸长率
老化前扯断伸长率@ 100%
1. 4   TG -DTA 分析
称取大约0. 5mg 的试样, 在ZRY -IP 型综合
热分析仪上,在空气中考察硅橡胶的降解反应和
热失重。测试范围在 0~ 600 e 之间,升温速率为
20 e / min。
1. 5   热老化试验
热老化试验在电热烘箱中进行,试验条件为
300 e @ 24h, 48h。试样在室温放置一天,测力学
性能。
1. 6   热失重试验
将试样干燥,称重后放入电热烘箱中加热,在
达到规定温度( 300 e ) 后开始计时。到时后取出
试样,置于干燥器中冷却至室温。然后称重,计算
热失重。
2  试验结果和讨论
2. 1   硅树脂对硅橡胶耐热性能的影响
从表1 中可以看出, 添加5 份硅树脂的硅橡
胶,其拉伸强度并未提高,但其扯断伸长率有明显
的提高, 由原来的 249% 提高到 343%。经过
300 e @ 24h 热空气老化后,未添加有机硅树脂的
硅橡胶性能下降很多, 拉伸强度与扯断伸长率的
保持率分别为 36%和 49%。而添加 5 份硅树脂
的硅橡胶试样, 经过300 e @ 48h 热空气老化后,
拉伸强度由3. 89MPa下降到2. 58MPa,保持率为
65% ,扯断伸长率由 343%下降到224%, 保持率
也为65% ,已显示出良好的耐热氧老化性能。从
表2 中可以看到,随着硅树脂的用量的增加,其物
# 5 #
2000 年第10 卷 弹  性  体 第3 期理机械性能下降,在经过300 e @ 48h 热空气老化
后,其拉伸强度的保持率分别为65% ( 5 份)、 80%
( 10 份)、 70% ( 15 份)。说明随着硅树脂的增加,
硅橡胶的耐热性先提高, 而后又降低,中间有一个
极值, 由此可知添加 5~ 10 份硅树脂的硅橡胶的
耐热性和综合性能较优。这可能是由于少量的硅
树脂能够对硅橡胶的主链降解起到一定的抑制作
用, 但随着添加量的增加, 其抑制作用反而下降,
其原因有待进一步分析。
表 1  硅树脂对硅橡胶的力学性能
及耐热氧老化性能的影响
硅树脂添加量(质量份) 0 5
拉伸强度/ MPa 3. 80 3. 98
扯断伸长率, % 249 343
拉伸永久变形, % < 4 4
100%定伸应力/ MPa 0. 85 0. 87
邵 A 硬度/度 40 38
a*
b*
拉伸强度/ MPa 1. 35 2. 58
扯断伸长率, % 121 224
拉伸永久变形, % 4 4
100%定伸应力/ MPa / 0. 91
邵 A 硬度/度 48 40
拉伸强度保持率, % 36 65
扯断伸长率保持率, % 49 65
    配方(质量份) : 生胶 110 - 2   100; 沉淀白炭黑 50; Fe2O3   5;
DBPMH   0. 8
a* 为 300 e @ 24h         b* 为 300 e @ 48h
表 2  硅树脂用量对耐热性及力学性能的影响
项    目 硅树脂用量(质量份)
5 10 15
拉伸强度/ MPa 3. 98 2. 94 2. 64
扯断伸长率, % 343 308 270
100%定伸应力/ MPa 0. 87 0. 87 0. 88
邵 A 硬度/度 38 40 40
300 e @ 48h 老化后
拉伸强度/ MPa 2. 58 2. 36 1. 85
扯断伸长率, % 224 248 214
100%定伸应力, MPa 0. 91 0. 91 0. 92
邵 A 硬度/度 40 41 42
热失重, % 4. 8 5. 0 4. 8
拉伸强度保持率, % 65 80 70
扯断伸长率保持率, % 65 81 79
    配方(质量份) : 生胶 110 - 2   100; 沉淀白炭黑 50; Fe2O3   5;
DBPMH   0. 8
空气中硅橡胶热失重) 差热( TG -DTA)曲线
显示(图 1) , 添加硅树脂试样的第一个放热峰的
温度比未添加硅树脂的试样要高, 并且添加硅树
脂试样的热失重初始阶段比未添加硅树脂试样明
显地向高温方向移动。我们认为硅树脂对硅橡胶
主链的降解确实起到一定的抑制作用。
1. 未添加硅树脂  2. 添加 5 份硅树脂
图 1  硅橡胶的 TG -DTA曲线
2. 2   硅树脂的补强机理与耐热机理
硅树脂具有与硅橡胶相似的结构,同样是以
S- i O 键为主链的聚合物,硅树脂侧基只有甲基与
苯基,因此与硅橡胶具有较好的容混性。少量的
硅树脂的加入,在混炼作用下,硅树脂均匀地分散
于硅橡胶的胶料中。在硫化过程中, 橡胶与树脂
的表面以稀少的化学键和分子间氢键结合, 因此,
具有一定的补强作用。但是由于无机填充剂对刚
性聚合物( 热固型塑料) 的粘附力小于对弹性橡
胶,而且硫化胶的破坏总是沿着这些薄弱地方,因
此,硅树脂的添加量不宜过大,否则,会降低硅橡
胶的力学性能,其添加量在5~ 10 份时为宜。
T .H. Thomas
[ 2]
认为硅橡胶降解过程主要分
为氧化与热降解。在 380 e , 发生甲基氧化与交
联反应, 其反应活化能为 126kJ/ mol , 在 390 ~
410 e 主要发生 S- i O 键的断裂降解, 其反应活化
能为184kJ/ mol。由图看出, 添加硅树脂的试样,
其第二放热峰没有未加硅树脂试样的明显,这说
明,硅树脂在一定程度上减弱了主链容易发生解
扣式降解反应的可能性。这可能是因为硅树脂的
加入,破坏了硅橡胶的螺旋结构,减少了在高温、
水、 硅羟基或残存催化剂存在下容易发生的解扣
式主链降解反应的机率, 从而提高了耐热性。
3  结  论
( 1) 经过 300 e @ 48h 热老化处理, 添加硅树
脂的硅橡胶仍然很柔软, 性能保持率大幅度提高。
( 2)随着硅树脂用量的增加,硅橡胶的耐热性
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第3 期 弹  性  体 2000 年第10 卷能先提高,然后降低,适宜用量为5~ 10 份。
参 考 文 献:
[ 1]   吴森纪. 有机硅及其应用[ M] . 北京: 科学技术文献出版社,
1990. 213.
[ 2]   T homas, T. H.H endrich, T. C. J. pol ym. sci. , 1969( 7) : 537.
The ef fect of silicon resin on the heat
resistance property of si licon rubber
WEI Bo -rong
1
,HUANG Feng
2
( 1. N or thw ester n Poly technical University , X ian 710072, China; 2. Bei j ing A eronauti cal Manuf ac -
turing Technology Resear ch I nsti tute, Bei j ing 100024, China)
ABSTRACT
T he effect of sil icon resin on the heat resistance property of si licon rubber w as studied. T he resul t s
showed that the mechanics property and thermal stabil ity of HRV silicon rubber w as improved by silicon
resin. Af ter hot air ag ing test ( 300 e @ 48h) , the mechanical propert ies of silicon rubber w i th si licon resin
w ere st il l sof t and maintained approximately 80% of thei r original propert ies.
Key words: silicon rubber; si licon resin; thermal stabi lity.
(上接10 页)
Study on copolymerization of N -Butyl
maleimide and butyl acrylate
TAN Hong -yan, LIU Peng -sheng
( Col lege of Chemistry and Chemical Engineering X iang Tan University , X iang tan   410005, China)
ABSTRACT
In this paper, poly( NBMI -co -BA) was sy nthesized by solut ion copolymerizat ion in chloroform. The ef -
fect of monomer feed, polymerizat ion temperature and solvent polarity on polymerization w ere invest igated.
In addi t ion, the result ing copolymers w ere characterized by IR, DTA and intrinsic viscosity .
Key words:N -Butyl maleimide; butyl acrylate; solution copolymerizat ion; copolymers
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2000 年第10 卷 弹  性  体 第3 期578