CN113831739A - 一种硅橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于硅橡胶材料技术领域，尤其涉及一种硅橡胶复合材料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：甲基乙烯基硅橡胶100份、气相白炭黑45‑55份、硫化剂0.8‑1.2份、羟基硅油2.2‑2.6份、含氢硅油2.2‑2.6份、硅微粉0‑5份。本发明还提供硅橡胶复合材料的制备方法。本发明公开一种综合性能优异，白炭黑实际添加量充足不浪费白炭黑，且制备工艺和操作简单的硅橡胶复合材料及其制备方法显得尤为重要。

Description

一种硅橡胶复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于硅橡胶材料技术领域，尤其涉及一种硅橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

硅橡胶是一种分子主链由硅氧原子交替构成，侧链为甲基等有机基团的弹性体。硅橡胶是一种非常典型的半无机半有机结构的聚合物，其独特的结构使得它的很多性能都在橡胶材料中名列前茅，比如：与普通的有机聚合物相比，硅橡胶具有优异的热稳定性，可以在150℃下长期使用，即使在350℃高温下，某些品种的硅橡胶仍可使用较长时间；硅橡胶还具有优良的耐候性，即使长期处于在紫外线和其他气候条件下，物理性能也几乎不发生明显的变化；硅橡胶还具有良好的柔顺性和优越的耐寒性能，即使在-50℃仍然可以保持很好的弹性。此外，硅橡胶还具有优异的绝缘性能，耐电晕性和耐电弧性也非常好，其体积电阻率通常大于10¹⁴Ω·cm，并且具有很好的温度稳定性。

但目前的硅橡胶仍然存在力学性能差和绝缘性不足的缺点，传统的硅橡胶体积电阻率小于10¹⁵Ω·cm，在某些特殊条件下难以满足电缆插座和电力电子器件的使用要求。硅橡胶力学性能较差和绝缘性不足只有通过补强后才具有实用价值，目前使用最多的方法是采用白炭黑颗粒进行补强。白炭黑具有独特的三维网状结构，是目前被大规模生产和使用的一种无机纳米材料，但由于白炭黑表面存在的活性硅羟基及其吸附水，使其呈亲水性，在有机相中难以润湿和分散，而且由于其表面存在的羟基，表面能较大，总倾向于凝聚，使得掺用白炭黑的胶料粘度大幅度升高，胶料加工困难。用于补强硅橡胶的白炭黑为亲水白炭黑经过硅烷偶联剂处理过的疏水白炭黑，以降低亲水白炭黑表面的羟基，增加白炭黑的疏水性，使得白炭黑在硅橡胶中很好的润湿和分散。但市场上很多用于补强硅橡胶力学性能和绝缘性的白炭黑比表面积过大，密度小，在添加时易于飘散，难以按照设定的添加量将其全部添加到制备硅橡胶的设备，尤其是开炼设备中，造成白炭黑的实际添加量不足以及白炭黑大量浪费；白炭黑比表面积过大还使得硅橡胶和白炭黑不容易混匀，造成制备的硅橡胶复合材料压缩永久形变大，难以恢复至原状；由于白炭黑比表面积过大，难以添加入炼制硅橡胶设备中，使得目前使用最广泛的炼制硅橡胶的制备方法为密炼机密炼、捏合机捏合，制备工艺复杂，对设备要求高。

硅橡胶复合材料的力学性能包括硬度、拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度，硅橡胶复合材料硬度过大使复合材料断裂伸长率下降，硬度过小使得硅橡胶复合材料拉伸强度和撕裂强度下降，因此需开发硬度、拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度均合适的硅橡胶复合材料，使其具备优异的综合力学性能，拓宽硅橡胶复合材料的应用领域。

基于以上情况，开发一种综合性能优异，白炭黑实际添加量充足并且损失少的硅橡胶复合材料及其简单的制备工艺方法显得尤为重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种综合性能优异，白炭黑实际添加量充足并且损失少，且制备工艺和操作简单的硅橡胶复合材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种硅橡胶复合材料，包括如下重量份的各组分：甲基乙烯基硅橡胶100份、气相白炭黑45-55份、硫化剂0.8-1.2份、羟基硅油2.2-2.6份、含氢硅油2.2-2.6份、硅微粉0-5份。

更进一步的，所述硅橡胶复合材料优选如下重量份的各组分：甲基乙烯基硅橡胶100份、气相白炭黑50份、硫化剂1份、羟基硅油2.4份、含氢硅油2.4份、硅微粉3份。

更进一步的，所述甲基乙烯基硅橡胶的分子量为50-70万，乙烯基含量为0.1-0.2％。

更进一步的，所述气相白炭黑为R972、R974、R812S、HB-630、HB-620中的一种或多种；气相白炭黑的比表面积为100-250m²/g，堆积密度为40-60g/L。

更进一步的，所述气相白炭黑优选为汇富HB-630与德固赛R812S按照质量比为(3-5)：1复配而成，气相白炭黑的比表面积优选为100-250m²/g。

更进一步的，所述气相白炭黑优选为德固赛R972与德固赛R974按照质量比为1：1复配而成，气相白炭黑的比表面积优选为100-250m²/g。

更进一步的，所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷、2，5-二甲基-2，5-双己烷或2，4-二甲基2，4-双己烷中的一种或多种。

更进一步的，所述羟基硅油中羟基含量为4-4.8％，含氢硅油中氢含量为0.05-0.15％。

更进一步的，所述硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在15-30℃条件下，在双辊开炼机上依次加入甲基乙烯基硅橡胶，气相白炭黑、硅微粉、羟基硅油和含氢硅油，得到胶料，混炼至胶料颜色均一，无气泡及象牙白色；

2)15-20℃薄通出片，将胶料置于室温放置24-48h，在双辊开炼机上开炼，并加入硫化剂，混炼均匀后在160-180℃的硫化试验机上预硫化10-20min，再在180-220℃烘箱中硫化3-5h，取出后冷却至室温，得到所述硅橡胶复合材料。

更进一步的，所述步骤1)中双辊开炼机为佰弘机械(上海)有限公司生产的开炼机；所述步骤2)中硫化试验机的型号为UR-2010DS，且预硫化温度优选为170℃，预硫化时间优选为10min。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

1.本发明专利将甲基乙烯基硅橡胶作为基料，添加硫化剂来硫化硅橡胶，添加气相白炭黑来补强甲基乙烯基硅橡胶的力学性能，并提高甲基乙烯基硅橡胶的绝缘性能，添加羟基硅油和含氢硅油再次增加气相白炭黑和甲基乙烯基硅橡胶的相容性，添加硅微粉有利于气相白炭黑的分散，提高硅橡胶复合材料的综合性能。

2.本发明专利使用的气相白炭黑R972、R974、R812S、HB-630、HB-620均为气相疏水白炭黑，对甲基乙烯基硅橡胶的力学性能具有良好的补强作用，可提高甲基乙烯基硅橡胶的绝缘性能；气相白炭黑为汇富HB-630与德固赛R812S按照质量比为(3-5)：1复配而成，气相白炭黑为德固赛R972与德固赛R974按照质量比为1：1复配而成，可使得硅橡胶复合材料具有合适的硬度以及优异的拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度，硅橡胶复合材料具备优异的综合力学性能，增大硅橡胶复合材料的应用领域。

3.本发明中使用的R972、R974、R812S、HB-630、HB-620的比表面积均小于250m²/g，在添加白炭黑时避免添加物乱飞，在添加白炭黑时可按照设定的添加量损失少地添加到炼制硅橡胶的设备中，避免白炭黑的实际添加量不足以及白炭黑的大量损失；以及硅橡胶和白炭黑的良好相容性，使得制备的硅橡胶复合材料压缩永久形变小，易于恢复至原状；且R972、R974、R812S、HB-630、HB-620白炭黑比表面积适中，白炭黑易于添加入炼制硅橡胶设备中，本发明专利使用双辊开炼机混炼的制备方法制备硅橡胶复合材料，制备工艺简单，易于操作。

4.本发明制备的硅橡胶复合材料具有优异的力学性能、压缩形变和绝缘性，综合性能优异，白炭黑实际添加量充足且白炭黑损失少，且制备工艺和操作简单。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明下述实施例中所使用的原料均为商业购买。

实施例1

一种硅橡胶复合材料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：甲基乙烯基硅橡胶100份、气相白炭黑45份、硫化剂0.8份、羟基硅油2.2份、含氢硅油2.2份、硅微粉0份。

更进一步的，所述甲基乙烯基硅橡胶的分子量为70万，乙烯基含量为0.12％。

更进一步的，所述气相白炭黑为R812S；气相白炭黑的比表面积为100-250m²/g，堆积密度为40-60g/L。

更进一步的，所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷。

更进一步的，所述羟基硅油中羟基含量为4％，含氢硅油中氢含量为0.05％。

更进一步的，所述硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在25℃条件下，在双辊开炼机上依次加入甲基乙烯基硅橡胶、气相白炭黑、羟基硅油和含氢硅油，得到胶料，混炼至胶料颜色均一，无气泡及象牙白色；

2)15℃薄通出片，将胶料置于室温放置24h，在双辊开炼机上开炼，并加入硫化剂，混炼均匀后在170℃的硫化试验机上预硫化10min，再在200℃烘箱中硫化4h，取出后冷却至室温，得到所述硅橡胶复合材料。

更进一步的，所述步骤1)中双辊开炼机为佰弘机械(上海)有限公司生产的开炼机；所述步骤2)中硫化试验机的型号为UR-2010DS。

实施例2

一种硅橡胶复合材料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：甲基乙烯基硅橡胶100份、气相白炭黑48份、硫化剂0.9份、羟基硅油2.3份、含氢硅油2.3份、硅微粉1份。

更进一步的，所述甲基乙烯基硅橡胶的分子量为65万，乙烯基含量为0.1％。

更进一步的，所述气相白炭黑优选为汇富HB-630与德固赛R812S按照质量比为3：1复配而成，气相白炭黑的比表面积优选为100-250m²/g。

更进一步的，所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5-双己烷。

更进一步的，所述羟基硅油中羟基含量为4.2％，含氢硅油中氢含量为0.08％。

更进一步的，所述硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在23℃条件下，在双辊开炼机上依次加入甲基乙烯基硅橡胶，气相白炭黑、硅微粉、羟基硅油和含氢硅油，得到胶料，混炼至胶料颜色均一，无气泡及象牙白色；

2)17℃薄通出片，将胶料置于室温放置30h，在双辊开炼机上开炼，并加入硫化剂，混炼均匀后在170℃的硫化试验机上预硫化10min，再在200℃烘箱中硫化4h，取出后冷却至室温，得到所述硅橡胶复合材料。

更进一步的，所述步骤1)中双辊开炼机为佰弘机械(上海)有限公司生产的开炼机；所述步骤2)中硫化试验机的型号为UR-2010DS。

实施例3

一种硅橡胶复合材料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：甲基乙烯基硅橡胶100份、气相白炭黑50份、硫化剂1.0份、羟基硅油2.4份、含氢硅油2.4份、硅微粉3份。

更进一步的，所述甲基乙烯基硅橡胶的分子量为60万，乙烯基含量为0.2％。

更进一步的，所述气相白炭黑优选为汇富HB-630与德固赛R812S按照质量比为4：1复配而成，气相白炭黑的比表面积优选为100-250m²/g。

更进一步的，所述硫化剂为2，4-二甲基2，4-双己烷。

更进一步的，所述羟基硅油中羟基含量为4.4％，含氢硅油中氢含量为0.1％。

更进一步的，所述硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在27℃条件下，在双辊开炼机上依次加入甲基乙烯基硅橡胶，气相白炭黑、硅微粉、羟基硅油和含氢硅油，得到胶料，混炼至胶料颜色均一，无气泡及象牙白色；

2)18℃薄通出片，将胶料置于室温放置36h，在双辊开炼机上开炼，并加入硫化剂，混炼均匀后在170℃的硫化试验机上预硫化10min，再在200℃烘箱中硫化4h，取出后冷却至室温，得到所述硅橡胶复合材料。

更进一步的，所述步骤1)中双辊开炼机为佰弘机械(上海)有限公司生产的开炼机；所述步骤2)中硫化试验机的型号为UR-2010DS。

实施例4

一种硅橡胶复合材料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：甲基乙烯基硅橡胶100份、气相白炭黑53份、硫化剂1.1份、羟基硅油2.5份、含氢硅油2.5份、硅微粉4份。

更进一步的，所述甲基乙烯基硅橡胶的分子量为55万，乙烯基含量为0.18％。

更进一步的，所述气相白炭黑优选为汇富HB-630与德固赛R812S按照质量比为5：1复配而成，气相白炭黑的比表面积优选为100-250m²/g。

更进一步的，所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷和2，5-二甲基-2，5-双己烷按照质量比为3:1复配而成。

更进一步的，所述羟基硅油中羟基含量为4.6％，含氢硅油中氢含量为0.12％。

更进一步的，所述硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在28℃条件下，在双辊开炼机上依次加入甲基乙烯基硅橡胶，气相白炭黑、硅微粉、羟基硅油和含氢硅油，得到胶料，混炼至胶料颜色均一，无气泡及象牙白色；

2)19℃薄通出片，将胶料置于室温放置42h，在双辊开炼机上开炼，并加入硫化剂，混炼均匀后在175℃的硫化试验机上预硫化18min，再在210℃烘箱中硫化3.5h，取出后冷却至室温，得到所述硅橡胶复合材料。

更进一步的，所述步骤1)中双辊开炼机为佰弘机械(上海)有限公司生产的开炼机；所述步骤2)中硫化试验机的型号为UR-2010DS。

实施例5

一种硅橡胶复合材料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：甲基乙烯基硅橡胶100份、气相白炭黑55份、硫化剂1.2份、羟基硅油2.6份、含氢硅油2.6份、硅微粉5份。

更进一步的，所述甲基乙烯基硅橡胶的分子量为50万，乙烯基含量为0.15％。

更进一步的，所述气相白炭黑优选为德固赛R972与德固赛R974按照质量比为1：1复配而成，气相白炭黑的比表面积优选为100-250m²/g。

更进一步的，所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷和2，4-二甲基2，4-双己烷按照质量比为1：2.5复配而成。

更进一步的，所述羟基硅油中羟基含量为4.8％，含氢硅油中氢含量为0.15％。

更进一步的，所述硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在30℃条件下，在双辊开炼机上依次加入甲基乙烯基硅橡胶，气相白炭黑、硅微粉、羟基硅油和含氢硅油，得到胶料，混炼至胶料颜色均一，无气泡及象牙白色；

2)20℃薄通出片，将胶料置于室温放置48h，在双辊开炼机上开炼，并加入硫化剂，混炼均匀后在180℃的硫化试验机上预硫化20min，再在220℃烘箱中硫化5h，取出后冷却至室温，得到所述硅橡胶复合材料。

更进一步的，所述步骤1)中双辊开炼机为佰弘机械(上海)有限公司生产的开炼机；所述步骤2)中硫化试验机的型号为UR-2010DS。

实验结果：

将实施例1-5制备的硅橡胶复合材料的硬度、拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度的测试结果见表1。

由表1可看出，本发明采用的一种硅橡胶复合材料的制备方法制备的硅橡胶复合材料硬度为45-65邵A，拉伸强度均大于7.5MPa，拉断伸长率均大于350％，撕裂强度均大于16N/mm。本发明制备的硅橡胶复合材料具有优异的力学性能。

表1不同实施例下硅橡胶复合材料的硬度、拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度

将实施例1-5制备的硅橡胶复合材料的压缩形变、体积电阻率、介电常数和电击穿强度的测试结果见表2。

由表2可看出，本发明采用的一种硅橡胶复合材料的制备方法制备的硅橡胶复合材料在180℃的22h的压缩形变小于30％；体积电阻率大于1×10¹⁵Ω·cm，介电常数＜3，电击穿强度23-30KV/mm。本发明制备的硅橡胶复合材料具有优异的压缩形变和绝缘性。

综上所述，本发明制备的硅橡胶复合材料具有优异的力学性能、压缩形变和绝缘性，综合性能优异。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种硅橡胶复合材料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：甲基乙烯基硅橡胶100份、气相白炭黑45-55份、硫化剂0.8-1.2份、羟基硅油2.2-2.6份、含氢硅油2.2-2.6份、硅微粉0-5份。

2.根据权利要求1所述的一种硅橡胶复合材料，其特征在于，所述高强度绝缘硅橡胶复合材料优选如下重量份的各组分：甲基乙烯基硅橡胶100份、气相白炭黑50份、硫化剂1份、羟基硅油2.4份、含氢硅油2.4份、硅微粉3份。

3.根据权利要求1所述的一种硅橡胶复合材料，其特征在于，所述甲基乙烯基硅橡胶的分子量为50-70万，乙烯基含量为0.1-0.2％。

4.根据权利要求1所述的一种硅橡胶复合材料，其特征在于，所述气相白炭黑为R972、R974、R812S、HB-630、HB-620中的一种或多种；气相白炭黑的比表面积为100-250m²/g，堆积密度为40-60g/L。

5.根据权利要求3所述的一种硅橡胶复合材料，其特征在于，所述气相白炭黑优选为汇富HB-630与德固赛R812S按照质量比为(3-5)：1复配而成，气相白炭黑的比表面积优选为100-250m²/g。

6.根据权利要求3所述的一种硅橡胶复合材料，其特征在于，所述气相白炭黑优选为德固赛R972与德固赛R974按照质量比为1：1复配而成，气相白炭黑的比表面积优选为100-250m²/g。

7.根据权利要求1所述的一种硅橡胶复合材料，其特征在于，所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷、2，5-二甲基-2，5-双己烷或2，4-二甲基2，4-双己烷中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种硅橡胶复合材料，其特征在于，所述羟基硅油中羟基含量为4-4.8％，含氢硅油中氢含量为0.05-0.15％。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种硅橡胶复合材料，其特征在于，所述硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在25-30℃条件下，在双辊开炼机上依次加入甲基乙烯基硅橡胶，气相白炭黑、硅微粉、羟基硅油和含氢硅油，得到胶料，混炼至胶料颜色均一，无气泡及象牙白色；

2)15-20℃薄通出片，将胶料置于室温放置24-48h，在双滚开炼机上开炼，并加入硫化剂，混炼均匀后在160-180℃的硫化试验机上预硫化10-20min，再在180-220℃烘箱中硫化3-5h，取出后冷却至室温，得到所述高强度绝缘硅橡胶复合材料。

10.根据权利要求9中所述的一种硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中双辊开炼机为佰弘机械(上海)有限公司生产的开炼机；所述步骤2)中硫化试验机的型号为UR-2010DS，且预硫化温度优选为170℃，预硫化时间优选为10min。