CN108641370A - 一种高强度耐高温硅橡胶复合材料 - Google Patents

一种高强度耐高温硅橡胶复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐高温硅橡胶复合材料，其原料按重量份包括：硅橡胶100份、三元乙丙橡胶8‑21份、聚氨酯4‑13份、气相法二氧化硅10‑28份、碳纳米管5‑11份、石墨1‑8份、纳米碳酸钙4‑13份、云母氧化铁3‑15份、蒙脱土6‑11份、粉煤灰2‑9份、硫酸钙晶须3‑10份、氟化锆0.5‑2.8份、硫化剂0.9‑2份、甲基硅油0.5‑2份、六甲基环三硅氮烷1‑2.5份、乙烯基三乙氧基硅烷0.5‑3.8份、正硅酸乙酯1‑2.5份。本发明提出的高强度耐高温硅橡胶复合材料，其耐高温性能好，强度高，韧性和耐老化性能优异。

Description

一种高强度耐高温硅橡胶复合材料
技术领域
本发明涉及硅橡胶技术领域，尤其涉及一种高强度耐高温硅橡胶复合材料。
背景技术
硅树脂是具有高度交联结构的热固性聚硅氧烷体系，其具有优异的耐热性、耐候性、电绝缘性、抗氧化、抗辐射、憎水性及阻燃性，目前已被广泛应用于航空、航天、国防军工、建筑、电子、机械、文体医疗和生物工程等众多领域。但是单纯的硅橡胶也存在强度低的缺陷，将其用于某些特殊环境下，例如航空航天、核电等高精尖领域，其强度和耐高温性仍达不到使用的要求，需要进行改性。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强度耐高温硅橡胶复合材料，其耐高温性能好，强度高，韧性和耐老化性能优异。
本发明提出的一种高强度耐高温硅橡胶复合材料，其原料按重量份包括：硅橡胶100份、三元乙丙橡胶8-21份、聚氨酯4-13份、气相法二氧化硅10-28份、碳纳米管5-11份、石墨1-8份、纳米碳酸钙4-13份、云母氧化铁3-15份、蒙脱土6-11份、粉煤灰2-9份、硫酸钙晶须3-10份、氟化锆0.5-2.8份、硫化剂0.9-2份、甲基硅油0.5-2份、六甲基环三硅氮烷1-2.5份、乙烯基三乙氧基硅烷0.5-3.8份、正硅酸乙酯1-2.5份。
优选地，所述硅橡胶为甲基乙烯基苯基硅橡胶。
优选地，所述气相法二氧化硅为改性气相法二氧化硅；所述改性气相法二氧化硅按照以下工艺进行制备：将气相法二氧化硅和双癸基二甲基溴化铵加入水和乙醇的混合溶液中，搅拌均匀后加入含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷和苯基乙炔基三甲基硅烷分散均匀，加入氯铂酸催化剂，在45-70℃下搅拌反应18-27h，反应结束后烘干、研磨得到所述改性气相法二氧化硅。
优选地，气相法二氧化硅、双癸基二甲基溴化铵、含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷、苯基乙炔基三甲基硅烷的重量比为10-15：0.1-0.22：52-80：33-70：110-145：80-120。
优选地，氯铂酸催化剂的重量为含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷、苯基乙炔基三甲基硅烷总重量的0.001-0.002％。
优选地，所述纳米碳酸钙的平均粒径为30-65nm。
优选地，所述粉煤灰为改性粉煤灰；所采用的改性剂为硅烷偶联剂Si-69、硬脂酸中的一种或者两种的混合物。
优选地，所述硫化剂为过氧化二异丙苯、三烯丙基异三聚氰酸酯的混合物，且过氧化二异丙苯、三烯丙基异三聚氰酸酯的重量比为5-10：0.5-1.5。
本发明所述高强度耐高温硅橡胶复合材料，其以硅橡胶为主料，同时加入了三元乙丙橡胶、聚氨酯与其配合，使得到的复合材料兼具三者的优点，在保持低成本的前提下，显著提高了复合材料的力学强度和弹性；优选方式气相法二氧化硅的制备过程中，首先以气相法二氧化硅与双癸基二甲基溴化铵为原料，通过控制反应的条件，使双癸基二甲基溴化铵对气相法二氧化硅起到了改性作用得到了乳化剂，之后加入含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷和苯基乙炔基三甲基硅烷，通过控制反应的条件使含氢硅油与1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷和苯基乙炔基三甲基硅烷发生了加成反应，得到了有机-无机杂化体系，将其加入体系中，未反应的乙烯基侧链在硫化的过程中，能与体系中的硅橡胶交联，使基团固定在橡胶内部，提高了复合材料的加工性能、耐高温性能、介电和力学等综合性能；将改性气相法二氧化硅加入体系中，与碳纳米管、石墨、纳米碳酸钙、云母氧化铁、蒙脱土、粉煤灰、硫酸钙晶须、氟化锆配合，在正硅酸乙酯、六甲基环三硅氮烷和乙烯基三乙氧基硅烷的作用下在体系中分散均匀，起到了增强增韧的作用，显著提高了复合材料的邵尔A型硬度、100％定伸应力、撕裂强度、热氧老化性能和耐辐照性能，并赋予复合材料一定的阻燃性。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高强度耐高温硅橡胶复合材料，其原料按重量份包括：硅橡胶100份、三元乙丙橡胶21份、聚氨酯4份、气相法二氧化硅28份、碳纳米管5份、石墨8份、纳米碳酸钙4份、云母氧化铁15份、蒙脱土6份、粉煤灰9份、硫酸钙晶须3份、氟化锆2.8份、硫化剂0.9份、甲基硅油2份、六甲基环三硅氮烷1份、乙烯基三乙氧基硅烷3.8份、正硅酸乙酯1份。
实施例2
本发明提出的一种高强度耐高温硅橡胶复合材料，其原料按重量份包括：硅橡胶100份、三元乙丙橡胶8份、聚氨酯13份、气相法二氧化硅10份、碳纳米管11份、石墨1份、纳米碳酸钙13份、云母氧化铁3份、蒙脱土11份、粉煤灰2份、硫酸钙晶须10份、氟化锆0.5份、硫化剂2份、甲基硅油0.5份、六甲基环三硅氮烷2.5份、乙烯基三乙氧基硅烷0.5份、正硅酸乙酯2.5份。
实施例3
本发明提出的一种高强度耐高温硅橡胶复合材料，其原料按重量份包括：硅橡胶100份、三元乙丙橡胶17份、聚氨酯6份、气相法二氧化硅21份、碳纳米管7份、石墨7份、纳米碳酸钙6份、云母氧化铁12份、蒙脱土8份、粉煤灰8.3份、硫酸钙晶须6份、氟化锆2.3份、硫化剂1.3份、甲基硅油1.8份、六甲基环三硅氮烷1.4份、乙烯基三乙氧基硅烷3.2份、正硅酸乙酯1.4份；
其中，所述硅橡胶为甲基乙烯基苯基硅橡胶；
所述气相法二氧化硅为改性气相法二氧化硅；所述改性气相法二氧化硅按照以下工艺进行制备：将气相法二氧化硅和双癸基二甲基溴化铵加入水和乙醇的混合溶液中，搅拌均匀后加入含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷和苯基乙炔基三甲基硅烷分散均匀，加入氯铂酸催化剂，在45℃下搅拌反应27h，反应结束后烘干、研磨得到所述改性气相法二氧化硅；其中，气相法二氧化硅、双癸基二甲基溴化铵、含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷、苯基乙炔基三甲基硅烷的重量比为10：0.22：52：70：110：120；氯铂酸催化剂的重量为含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷、苯基乙炔基三甲基硅烷总重量的0.001％；
所述纳米碳酸钙的平均粒径为30nm；
所述粉煤灰为改性粉煤灰；所采用的改性剂为硬脂酸；
所述硫化剂为过氧化二异丙苯、三烯丙基异三聚氰酸酯的混合物，且过氧化二异丙苯、三烯丙基异三聚氰酸酯的重量比为5：1.5。
实施例4
本发明提出的一种高强度耐高温硅橡胶复合材料，其原料按重量份包括：硅橡胶100份、三元乙丙橡胶10份、聚氨酯12份、气相法二氧化硅15份、碳纳米管10份、石墨3.2份、纳米碳酸钙11份、云母氧化铁4份、蒙脱土10份、粉煤灰3.5份、硫酸钙晶须8.2份、氟化锆0.9份、硫化剂1.7份、甲基硅油0.9份、六甲基环三硅氮烷2.1份、乙烯基三乙氧基硅烷1份、正硅酸乙酯2.1份；
其中，所述硅橡胶为甲基乙烯基苯基硅橡胶；
所述气相法二氧化硅为改性气相法二氧化硅；所述改性气相法二氧化硅按照以下工艺进行制备：将气相法二氧化硅和双癸基二甲基溴化铵加入水和乙醇的混合溶液中，搅拌均匀后加入含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷和苯基乙炔基三甲基硅烷分散均匀，加入氯铂酸催化剂，在70℃下搅拌反应18h，反应结束后烘干、研磨得到所述改性气相法二氧化硅；其中，气相法二氧化硅、双癸基二甲基溴化铵、含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷、苯基乙炔基三甲基硅烷的重量比为15：0.1：80：33：145：80；氯铂酸催化剂的重量为含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷、苯基乙炔基三甲基硅烷总重量的0.002％；
所述纳米碳酸钙的平均粒径为65nm；
所述粉煤灰为改性粉煤灰；所采用的改性剂为硅烷偶联剂Si-69；
所述硫化剂为过氧化二异丙苯、三烯丙基异三聚氰酸酯的混合物，且过氧化二异丙苯、三烯丙基异三聚氰酸酯的重量比为10：0.5。
实施例5
本发明提出的一种高强度耐高温硅橡胶复合材料，其原料按重量份包括：硅橡胶100份、三元乙丙橡胶17份、聚氨酯11份、气相法二氧化硅22份、碳纳米管8份、石墨5份、纳米碳酸钙12份、云母氧化铁10份、蒙脱土9份、粉煤灰7份、硫酸钙晶须6份、氟化锆2份、硫化剂1.6份、甲基硅油1.5份、六甲基环三硅氮烷1.9份、乙烯基三乙氧基硅烷3份、正硅酸乙酯2份；
其中，所述硅橡胶为甲基乙烯基苯基硅橡胶；
所述气相法二氧化硅为改性气相法二氧化硅；所述改性气相法二氧化硅按照以下工艺进行制备：将气相法二氧化硅和双癸基二甲基溴化铵加入水和乙醇的混合溶液中，搅拌均匀后加入含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷和苯基乙炔基三甲基硅烷分散均匀，加入氯铂酸催化剂，在65℃下搅拌反应21h，反应结束后烘干、研磨得到所述改性气相法二氧化硅；其中，气相法二氧化硅、双癸基二甲基溴化铵、含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷、苯基乙炔基三甲基硅烷的重量比为13：0.17：65：60：132：110；氯铂酸催化剂的重量为含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷、苯基乙炔基三甲基硅烷总重量的0.0017％；
所述纳米碳酸钙的平均粒径为50nm；
所述粉煤灰为改性粉煤灰；所采用的改性剂为硅烷偶联剂Si-69、硬脂酸中的混合物，且硅烷偶联剂Si-69、硬脂酸的重量比为7：4；
所述硫化剂为过氧化二异丙苯、三烯丙基异三聚氰酸酯的混合物，且过氧化二异丙苯、三烯丙基异三聚氰酸酯的重量比为7：1。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高强度耐高温硅橡胶复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括：硅橡胶100份、三元乙丙橡胶8-21份、聚氨酯4-13份、气相法二氧化硅10-28份、碳纳米管5-11份、石墨1-8份、纳米碳酸钙4-13份、云母氧化铁3-15份、蒙脱土6-11份、粉煤灰2-9份、硫酸钙晶须3-10份、氟化锆0.5-2.8份、硫化剂0.9-2份、甲基硅油0.5-2份、六甲基环三硅氮烷1-2.5份、乙烯基三乙氧基硅烷0.5-3.8份、正硅酸乙酯1-2.5份。
2.根据权利要求1所述高强度耐高温硅橡胶复合材料，其特征在于，所述硅橡胶为甲基乙烯基苯基硅橡胶。
3.根据权利要求1或2所述高强度耐高温硅橡胶复合材料，其特征在于，所述气相法二氧化硅为改性气相法二氧化硅；所述改性气相法二氧化硅按照以下工艺进行制备：将气相法二氧化硅和双癸基二甲基溴化铵加入水和乙醇的混合溶液中，搅拌均匀后加入含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷和苯基乙炔基三甲基硅烷分散均匀，加入氯铂酸催化剂，在45-70℃下搅拌反应18-27h，反应结束后烘干、研磨得到所述改性气相法二氧化硅。
4.根据权利要求3所述高强度耐高温硅橡胶复合材料，其特征在于，气相法二氧化硅、双癸基二甲基溴化铵、含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷、苯基乙炔基三甲基硅烷的重量比为10-15：0.1-0.22：52-80：33-70：110-145：80-120。
5.根据权利要求3或4所述高强度耐高温硅橡胶复合材料，其特征在于，氯铂酸催化剂的重量为含氢硅油、1，7-双(烷基氢硅烷)-碳硼烷、七甲基三乙烯基硅乙基环四硅氧烷、苯基乙炔基三甲基硅烷总重量的0.001-0.002％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述高强度耐高温硅橡胶复合材料，其特征在于，所述纳米碳酸钙的平均粒径为30-65nm。
7.根据权利要求1-6中任一项所述高强度耐高温硅橡胶复合材料，其特征在于，所述粉煤灰为改性粉煤灰；所采用的改性剂为硅烷偶联剂Si-69、硬脂酸中的一种或者两种的混合物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述高强度耐高温硅橡胶复合材料，其特征在于，所述硫化剂为过氧化二异丙苯、三烯丙基异三聚氰酸酯的混合物，且过氧化二异丙苯、三烯丙基异三聚氰酸酯的重量比为5-10：0.5-1.5。
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