CN114736518A - 纤维增强自固化硅橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种纤维增强自固化硅橡胶，其原料按重量配方如下：液体硅橡胶、增强纤维、交联剂、补强填料、偶联剂、防老剂、着色剂、催化剂。本发明还提供了一种纤维增强自固化硅橡胶的制备方法。本发明将增强纤维均匀分布在硅橡胶基体中，使其与硅橡胶之间相互复合制成类似聚合物共混物的补强型复合材料，通过增强纤维的加入，能够有效提高其使用寿命，并使其拉伸强度得到显著的提高。
Description
技术领域
本申请属于非金属功能材料技术领域，尤其涉及一种纤维增强自固化硅橡胶及其制备方法。
背景技术
自固化硅橡胶是以线形聚有机硅氧烷为基础聚合物(生胶),加入混合材料，经配合、硫化，形成弹性体。它可以使用温度范围很广，从-100℃～315℃，为其他任何弹性体所不及。耐气候老化是其特点，经试验推定，在室外可使用100～150年。还有诸如电绝缘性、疏水性、抗黏性、生化相容性等优良性能，是现代各领域普遍使用的弹性体。
目前，市场上的自固化硅橡胶的拉伸强度和撕裂强度等力学性能较差，在常温下其力学性能不及大多数合成橡胶，在长时间的使用下，容易变形损坏，存在着使用寿命短的弊端，影响了其应用的广泛性。
发明内容
本申请的目的在于提供一种纤维增强自固化硅橡胶及其制备方法，旨在解决现有技术中自固化硅橡胶拉伸强度和撕裂强度差的问题。
为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供了一种纤维增强自固化硅橡胶，包括如下重量份数的下列组分：
第二方面，本申请提供了一种纤维增强自固化硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
根据所述的纤维增强自固化硅橡胶提供各组分；
将所述液体硅橡胶、所述纤维、所述填料和所述着色剂进行第一混合处理，得到第一混合物料；
将所述交联剂、所述偶联剂、所述老化剂、所述催化剂和所述第一混合物料进行第二混合处理，挤出成型，得到纤维增强自固化硅橡胶。
本申请第一方面提供的纤维增强自固化硅橡胶，以液体硅橡胶为基础聚合物，协同添加纤维、填料、交联剂、偶联剂、防老剂、着色剂和催化剂，添加纤维能够有效提高液体硅橡胶的使用寿命，与填料协同作用，能够提高对硅橡胶的拉伸强度和伸长率的补强；还包括交联剂和偶联剂，交联剂能够与基础聚合物缩合形成交联结构的硅烷或者硅氧烷，偶联剂进一步增强液体硅橡胶与填料等其他组分之间的相互作用，与防老剂、着色剂和催化剂进行复配作用，提高自固化硅橡胶的拉伸强度和撕裂强度，同时，还能够材料阻燃性能好、耐酸碱性强，能够使得自固化硅橡胶的力学性能得到显著的提高，能够适用于各个领域的生产。
本申请第二方面提供的纤维增强自固化硅橡胶的制备方法，该制备方法分为两步，分别将液体硅橡胶、纤维、填料和着色剂进行第一混合处理，得到第一混合物料；再将交联剂、偶联剂、老化剂和催化剂进行第二混合处理，得到纤维增强自固化硅橡胶，该制备方法简单方便，不需要使用大型仪器设备，有利于广泛制备得到。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
术语“第一“、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本申请实施例第一方面提供一种纤维增强自固化硅橡胶，包括如下重量份数的下列组分：
本申请第一方面提供的纤维增强自固化硅橡胶，以液体硅橡胶为基础聚合物，协同添加纤维、填料、交联剂、偶联剂、防老剂、着色剂和催化剂，添加纤维能够有效提高液体硅橡胶的使用寿命，与填料协同作用，能够提高对硅橡胶的拉伸强度和伸长率的补强；还包括交联剂和偶联剂，交联剂能够与基础聚合物缩合形成交联结构的硅烷或者硅氧烷，偶联剂进一步增强液体硅橡胶与填料等其他组分之间的相互作用，与防老剂、着色剂和催化剂进行复配作用，提高自固化硅橡胶的拉伸强度和撕裂强度，同时，还能够材料阻燃性能好、耐酸碱性强，能够使得自固化硅橡胶的力学性能得到显著的提高，能够适用于各个领域的生产。
具体的，纤维增强自固化硅橡胶，包括100份液体硅橡胶，液态硅橡胶为液体胶，流动性好，硫化速度快，与其他组分能够较好地混合，有利于对液体硅橡胶进行改性。
进一步，液体硅橡胶选自α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，二羟基聚二甲基硅氧烷是一种直链状高分子量的聚有机硅氧烷合成材料，其为可流动的液体或粘稠的膏状物。进一步地，α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷的黏度为20000-100000mPa·s；因此，液体硅橡胶选择黏度为20000-100000mPa·s的α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷中的至少一种或几种的混合。提供相应的α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，能够较好地与其他组分进行协同作用，对自固化硅橡胶的性质进行改性，以提高自固化硅橡胶拉伸强度和撕裂强度。
在本发明实施例中，液体硅橡胶选自黏度为20000mPa·s、25000mPa·s、30000mPa·s、35000mPa·s、40000mPa·s、45000mPa·s、50000mPa·s、55000mPa·s、60000mPa·s、65000mPa·s、70000mPa·s、75000mPa·s、80000mPa·s、85000mPa·s、90000mPa·s、95000mPa·s、100000mPa·s的α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷中的至少一种。
具体的，纤维增强自固化硅橡胶包括100份液体硅橡胶的基础上，还包括10～20份纤维，其中，添加的纤维与液体硅橡胶进行混合协同作用，能够提高液体硅橡胶的拉伸强度，同时为液体硅橡胶提供支撑，同时提高其撕裂强度。在本发明具体实施例中，纤维的添加份数选自10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份。
进一步的，纤维选自非导电纤维。更进一步的，非导电纤维包括但不限于玄武岩纤维、玻璃纤维、聚氨酯纤维。
在一些实施例中，选择玄武岩纤维作为增强纤维进行添加，玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成。添加玄武岩纤维能够提高强度，同时还能够提高电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。
在另一些实施例中，选择玻璃纤维作为纤维进行添加，玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，添加玻璃纤维能够提高纤维增强自固化硅橡胶的绝缘性、耐热性、抗腐蚀性和机械强度。
在又一些实施例中，选择聚氨酯纤维作为纤维进行添加，聚氨酯纤维分子结构为一个像链状的、柔软及可伸长性的聚氨基甲酸酯，通过与硬链段连接在一起而增强其特性，弹性较高，添加聚氨酯纤维能够改善液体硅橡胶的拉伸性能。
进一步，添加的纤维的直径为10～20微米。选择直径为10～20微米的纤维进行混合，能够较好地改善液体硅橡胶的拉伸强度和撕裂强度，若添加的纤维直径过小，则无法对液体硅橡胶进行较好地改性处理，若纤维的直径过大，则会导致混合不够均匀，无法较好地提高液体硅橡胶地拉伸性能和撕裂强度。在本发明具体实施例中，纤维地直径选自10微米、11微米、12微米、13微米、14微米、15微米、16微米、17微米、18微米、19微米、20微米中的至少一种。
具体的，纤维增强自固化硅橡胶包括100份液体硅橡胶的基础上，还包括5～10份填料，提供填料能够对液体硅橡胶的模量、拉伸强度和伸长率具有一定的补强效果，提高液体硅橡胶的性能。在本申请具体实施例中，填料的添加份数选自5份、6份、7份、8份、9份、10份。
进一步的，填料选自疏水性气相白炭黑、活性碳酸钙、硅微粉、硅藻土中的至少一种。更进一步地，气相白炭黑的粒径为5～20nm；活性碳酸钙粒径为0.01～1um；硅微粉粒径为6um以下；硅藻土粒径为1～10um。
具体的，纤维增强自固化硅橡胶包括100份液体硅橡胶的基础上，还包括10～15份交联剂，提供交联剂主要是与基础聚合物缩合，形成具有交联结构的硅烷或硅氧烷，提高自固化硅橡胶的交联性以及柔韧性。在本发明具体实施例中，交联剂的添加份数选自10份、11份、12份、13份、14份、15份。
进一步，交联剂选自甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二-N-乙基乙酰氨基硅烷中的至少一种。
具体的，纤维增强自固化硅橡胶包括100份液体硅橡胶的基础上，还包括1～5份偶联剂，添加偶联剂能够增强液体硅橡胶与填料之间的相互作用，提高自固化硅橡胶的韧性。在本发明具体实施例中，偶联剂的添加份数选自1份、2份、3份、4份、5份。
进一步，偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三-β-甲氧乙氧基硅烷中的至少一种。
具体的，纤维增强自固化硅橡胶包括100份液体硅橡胶的基础上，还包括1～5份防老剂，添加防老剂可以延长液体硅橡胶的使用寿命和储存期，提高自固化硅橡胶的性能。在本发明具体实施例中，防老剂的添加份数选自1份、2份、3份、4份、5份。
进一步，防老剂选自N-苯基-2-萘胺。
具体的，纤维增强自固化硅橡胶包括100份液体硅橡胶的基础上，还包括1～5份着色剂，添加着色剂可以改善产品的颜色外观，保证使用范围较广泛。在本发明具体实施例中，着色剂的添加份数选自1份、2份、3份、4份、5份。
进一步，着色剂选自色素炭黑、钛白粉、珠光颜料中的至少一种。
具体的，纤维增强自固化硅橡胶包括100份液体硅橡胶的基础上，还包括0.1～0.5份催化剂，添加催化剂能够促进基础聚合物与交联剂的缩合交联反应。在本发明具体实施例中，催化剂的添加份数选自0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份。
进一步，催化剂选自二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、二异辛基马来酸二丁基锡中的至少一种。
本申请实施例第二方面提供一种纤维增强自固化硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S01.根据纤维增强自固化硅橡胶提供各组分；
S02.将液体硅橡胶、纤维、填料和着色剂进行第一混合处理，得到第一混合物料；
S03.将交联剂、偶联剂、老化剂、催化剂和第一混合物料进行第二混合处理，挤出成型，得到纤维增强自固化硅橡胶。
本申请第二方面提供的纤维增强自固化硅橡胶的制备方法，该制备方法分为两步，分别将液体硅橡胶、纤维、填料和着色剂进行第一混合处理，得到第一混合物料；再将交联剂、偶联剂、老化剂和催化剂进行第二混合处理，得到纤维增强自固化硅橡胶，该制备方法简单方便，不需要使用大型仪器设备，有利于广泛制备得到。
在步骤S01中，纤维增强自固化硅橡胶的各组分的种类及添加量的选择如上文所论述，为了节约篇幅，此处不再进行赘述。
在步骤S02中，将液体硅橡胶、纤维、填料和着色剂进行第一混合处理的步骤中，将液体硅橡胶、纤维、填料和着色剂于真空环境下，在100～120℃条件下混合处理1～2小时。
在本发明具体实施例中，提供真空捏合机，将液体硅橡胶、纤维、填料和着色剂等固体粉末少量多次投入真空捏合机料腔内，控制温度为100～120℃，进行高温真空捏合处理1～2小时，使物料混合均匀，并脱除残余水分，得到第一混合物料。
在步骤S03中，将交联剂、偶联剂、老化剂、催化剂和第一混合物料进行第二混合处理的步骤中，将交联剂、偶联剂、老化剂、催化剂和第一混合物料于真空环境下，在室温条件混合处理1～2小时。
在本发明具体实施例中，将交联剂、偶联剂、老化剂、催化剂等液体组份依次添加到捏合机中，真空状态下，连续捏合1-2h，使液体组分均匀分散在膏状胶料中，进行第二混合处理。
进一步，挤出成型的步骤中，提供单螺杆挤出机，将第二混合处理后的混合物经模具挤出成型后，通过压延复合裁切机组进行裁切和真空包装，得到纤维增强自固化硅橡胶。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
纤维增强自固化硅橡胶及其制备方法
纤维增强自固化硅橡胶
其包括如下重量份数的下列组分：
其中，液体硅橡胶选自黏度为80000mPa·s的α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷；纤维选自玄武岩纤维，填料选自疏水性气相白炭黑，交联剂选自甲基三丁酮肟基硅烷，偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷，防老剂选自N-苯基-2-萘胺，着色剂选自色素炭黑，催化剂选自二月桂酸二丁基锡。
纤维增强自固化硅橡胶的制备方法
根据实施例1提供的纤维增强自固化硅橡胶提供各组分；
将液体硅橡胶、纤维、填料和着色剂少量多次投入到真空捏合机料腔内，温度控制在100℃-120℃，高温真空捏合1h，进行第一混合处理，使物料混合均匀，并脱去残余水分，得到第一混合物料；
将交联剂、偶联剂、老化剂、催化剂和第一混合物料，依次添加到捏合机中，真空状态下，连续捏合1-2h，进行第二混合处理，使液体组分均匀分散在膏状胶料中；
的混炼胶经过单螺杆挤出机，经模具挤出成型后，通过压延复合裁切机组进行裁切和真空包装。
实施例2
实施例2的纤维增强自固化硅橡胶的制作方法与实施例1完全相同，不同的是实施例2中的玄武岩纤维为15份，其他成分比例完全相同。
实施例3
实施例3的纤维增强自固化硅橡胶的制作方法与实施例1完全相同，不同的是实施例3中的玄武岩纤维为20份，其他成分比例完全相同。
实施例4
实施例4的纤维增强自固化硅橡胶的制作方法与实施例1完全相同，不同的是实施例4中纤维为玻璃纤维，其他成分比例完全相同。
实施例5
实施例5的纤维增强自固化硅橡胶的制作方法与实施例1完全相同，不同的是实施例5中纤维为聚氨酯纤维，其他成分比例完全相同。
将实施例1～实施例5提供的纤维增强自固化硅橡胶的拉伸强度和阻燃等级进行测试，结果测试如下表1所示，可以看出，实施例1～5提供的纤维增强自固化硅橡胶的拉伸强度依次为5.1MPa、6.8MPa、10.5MPa、2.8MPa、2.5MPa；阻燃等级均为UL94V-0，从表1中可以看出，本发明的纤维增强自固化硅橡胶具有良好的力学性能和阻燃性能。
表1
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纤维增强自固化硅橡胶，其特征在于，包括如下重量份数的下列组分：
2.根据权利要求1所述的纤维增强自固化硅橡胶，其特征在于，所述液体硅橡胶选自α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷。
3.根据权利要求2所述的纤维增强自固化硅橡胶，其特征在于，所述α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷的黏度为20000-100000mPa·s。
4.根据权利要求1～3任一所述的纤维增强自固化硅橡胶，其特征在于，所述纤维选自非导电纤维。
5.根据权利要求4所述的纤维增强自固化硅橡胶，其特征在于，所述非导电纤维选自玄武岩纤维、玻璃纤维、聚氨酯纤维中的至少一种。
6.根据权利要求1～3任一所述的纤维增强自固化硅橡胶，其特征在于，所述纤维的直径为10～20微米。
7.根据权利要求1～3任一所述的纤维增强自固化硅橡胶，其特征在于，所述填料选自疏水性气相白炭黑、活性碳酸钙、硅微粉、硅藻土中的至少一种。
8.根据权利要求1～3任一所述的纤维增强自固化硅橡胶，其特征在于，所述交联剂选自甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二-N-乙基乙酰氨基硅烷中的至少一种；和/或，
所述偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三-β-甲氧乙氧基硅烷中的至少一种；和/或，所述防老剂选自N-苯基-2-萘胺；和/或，
所述着色剂选自色素炭黑、钛白粉、珠光颜料中的至少一种；和/或，
所述催化剂选自二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、二异辛基马来酸二丁基锡中的至少一种。
9.一种纤维增强自固化硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据权利要求1～8任一所述的纤维增强自固化硅橡胶提供各组分；
将所述液体硅橡胶、所述纤维、所述填料和所述着色剂进行第一混合处理，得到第一混合物料；
将所述交联剂、所述偶联剂、所述老化剂、所述催化剂和所述第一混合物料进行第二混合处理，挤出成型，得到纤维增强自固化硅橡胶。
10.根据权利要求9所述的纤维增强自固化硅橡胶的制备方法，其特征在于，将所述液体硅橡胶、所述纤维、所述填料和所述着色剂进行第一混合处理的步骤中，将所述液体硅橡胶、所述纤维、所述填料和所述着色剂于真空环境下，在100～120℃条件下混合处理1～2小时；和/或，
将所述交联剂、所述偶联剂、所述老化剂、所述催化剂和所述第一混合物料进行第二混合处理的步骤中，将所述交联剂、所述偶联剂、所述老化剂、所述催化剂和所述第一混合物料于真空环境下，在室温条件混合处理1～2小时。
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