CN115141489A - 一种用于绝缘防护套的热硅橡胶 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，属于橡胶技术领域。本发明为一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，包括甲基乙烯基硅橡胶、氧化白炭黑、长碳纤维、短碳纤维、甲基苯基环硅氧烷、结构控制剂、硫化促进剂、硫化剂、填料氢氧化铝，所述长碳纤维的长度为30‑40mm，所述短碳纤维的长度为5‑10mm。本发明中通过提高橡胶体系中苯基的含量，同时添加氧化白炭黑、长碳纤维、短碳纤维作为复合补强剂，在橡胶体系中形成三维网状结构，实现了提高橡胶高阻尼和回弹力、扯断伸长率的目的，生胶硫化成型以后抗撕扯强度高达56MPa。

Description

一种用于绝缘防护套的热硅橡胶

技术领域

本发明属于橡胶技术领域，具体涉及一种用于绝缘防护套的热硅橡胶。

背景技术

橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度低，分子量往往很大，大于几十万。

橡胶分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成;合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。

甲基乙烯基硅橡胶生胶具有独特的综合性能，尤其是含有乙烯基封端硅橡胶的生物相容性更是种关键的特性，它已成功地用于其它橡胶用之无效的场合，解决了许多技术问题，满足了现代工业和日常生活的各种需要。与其它橡胶一样，硅橡胶可加工成各种型材、胶管、胶条、胶布等纸品，室温硫化型硅橡胶就可用于大面积施工，使用方便。

根据硅橡胶的独特特点，目前已广泛应用在各个领域，下面就其中几个做简单：(1)甲基乙烯基硅橡胶生胶在电子、电气工业上的应用电子、电气业是硅橡胶作为绝缘材料使用早，需求量较大的一个领域，硅橡胶主要用于电视机阳极置、高压保护置、高压引出线、冰箱除霜器电线、功率或讯号传递用电线和电缆等。用硅橡胶制造的绝缘子将替代陶瓷制品广泛用于输电线路，特别是超高压线路。导电硅橡胶用于电子计算机、电话等仪器的电接点件及液晶显示触点件。阻燃和耐辐射硅橡胶制造的电线，电缆广泛用于原子能发电站。硅橡胶加热片加热带用于控制多种精密仪表和输油管道的工作温度。室温硫化型硅橡胶可作为防水、防潮和防震用灌封材料甲基乙烯基硅橡胶生胶因具有耐热洗涤液性能，目前已广泛用于洗碗机和洗衣机的泵用密封上。硅橡胶非常适于用作咖时啡锅、电气油和蒸汽斗等用具上的垫圈。

(2)甲基乙烯基硅橡胶生胶在医用领域的应用

硅橡胶具有良好的生物相容性对机体反应小性能稳定，血凝性低，能够承高温高压蒸煮，可以加工成各种形状的制品。

(3)甲基乙烯基硅橡胶生胶在汽车工业中的应用

硅在汽车工业中的应用增长速度很快，硅橡胶（特别是具有各种特性的硅橡胶）可耐燃油、润滑油的侵蚀，提高汽车各部件的性能，降低维修费用。可用于汽车点火线、火花塞保护罩等。随着车辆电子电气化的发展，室温硫化硅橡胶广泛应用于电子零件、电气装配件的灌封料、风挡玻璃等处的粘结密封剂。

已经公开的申请号为CN202011315027.1的专利中公开了一种热压缓冲硅橡胶片材及其制造方法，适用于液晶模组的电极连接中使用的异方性导电膜(ACF)的热压缓冲工艺，其中热压缓冲硅橡胶片材，其特征在于，由硅橡胶填充导热填料固化而成，硅橡胶按重量份包括以下原料：100份甲基乙烯硅橡胶生胶，20～60份补强填料，3～12份结构化控制剂，1～10份耐热助剂，1～400份其它填料，0.1～0.5份内脱模剂，0.5～4份硫化剂，聚四氟乙烯乳液0.5-5份。该发明中的橡胶在混炼胶用于电绝缘护套制品模压成形后，在取模时，橡胶的抗扯断强度低，易撕破产品，产品密度大，定伸应力小，回弹性小，扯断伸长率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，通过提高橡胶体系中苯基的含量，同时添加氧化白炭黑、长碳纤维、短碳纤维作为复合补强剂，实现了提高橡胶高阻尼和回弹力、扯断伸长率的目的。

本发明为一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，包括甲基乙烯基硅橡胶、氧化白炭黑、长碳纤维、短碳纤维、甲基苯基环硅氧烷、结构控制剂、硫化促进剂、硫化剂、填料氢氧化铝，所述长碳纤维的长度为30-40mm，所述短碳纤维的长度为5-10mm。

甲基乙烯基硅橡胶是由二甲基硅氧烷与少量乙烯基硅氧烷共聚而成，少量不饱和乙烯基的引入使它的硫化工艺及成品性能，特别是耐热老化性和高温抗压缩变形有很大改进。甲基乙烯基硅氧烷单元的含量对硫化作用和硫化胶耐热性有很大影响。本发明中甲基乙烯基硅橡胶的乙烯含量为0.08%。只添加甲基乙烯基硅橡胶最终得到的橡胶的弹性差，脆性高，添加甲基苯基环硅氧烷能够增加橡胶体系中苯基的含量，与纯甲基乙烯基硅橡胶相比，甲基苯基环硅氧烷侧基体积更大，阻尼性能比甲基硅橡胶有所提高。引入苯基后能进一步增大分子侧基的体积，增加分子内旋转阻力，提高其阻尼性能。主链含有甲基苯基硅氧烷的硅橡胶还具有高阻尼、恒模量的特点。

在橡胶制备过程中添加白炭黑用作补强剂，白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH₂O表示，其中nH₂O是以表面羟基的形式存在，白炭黑表面羟基

主要以三种方式存在：相邻羟基：以氢键形式彼此结合，对极性物质的吸附作用十分重要；隔离羟基：主要存在于脱水白炭黑表面上；双羟基：在一个硅原子上连有两个羟基。所述氧化白炭黑的比表面积200㎡/g。经过氧化以后的白炭黑表面带有更多的基团，相互之间的抵抗作用，使得其在橡胶体系中分散性好，氧化白炭黑-橡胶作用大，具有较高的交联密度和良好的抗撕裂性能，有利于阻碍裂纹的产生。氧化白炭黑的表面含有大量含氧官能团，这些含氧官能团与水分子间形成氢键，大量氢键的作用使得氧化后的炭黑能均匀的分散在水中，从而使其在水中的分散性显著改善。

将氧化白炭黑加入到橡胶中，在反应的过程中，在范德华力和静电斥力的作用下会相互聚集形成二维的网络结构。

碳纤维添加到橡胶中主要作用是为了提高橡胶的强度，碳纤维的表面带有羟基，且碳纤维的表面有许多凹凸的部分，长短碳纤维同时添加长短碳纤维相互接触，相互搭接，与氧化白炭黑共同作用在橡胶体系中形成三维的网状结构，形成支撑提高其弹性和回弹性，对其伸长率的提升有很大帮助。回弹力和弹性的增加能够有效避免脱模过程中被扯断的现象。

其中，所述热硅橡胶按重量份计包括甲基乙烯基硅橡胶60-68份、氧化白炭黑14-16份、长碳纤维3-4份、短碳纤维3-5份、甲基苯基环硅氧烷8-12份、结构控制剂1.7-2份、硫化促进剂0.8-0.9份、硫化剂0.6-0.65份、填料氢氧化铝40-43份。较优选的，所述热硅橡胶按重量份计包括甲基乙烯基硅橡胶65份、氧化白炭黑15份、长碳纤维3.5份、短碳纤维4份、甲基苯基环硅氧烷10份、结构控制剂1.8份、硫化促进剂0.85份、硫化剂0.63份、填料氢氧化铝42份。橡胶的生产过程中各个物质的添加量尤其是补强材料如氧化白炭黑、长碳纤维、短碳纤维的添加量过少无法起到增强橡胶弹性的目的，过多了会橡胶的流动性有不好的影响，本发明中各物质的配比范围内得到弹性好，定伸应力大的橡胶。

另外，结构控制剂为羟基硅油，羟基硅油的羟基会优先与氧化白炭黑表面的羟基作用，不让白炭黑的表面活性羟基对硅橡胶分子进行物理或化学吸附，使氧化白炭黑钝化而达到抗结构化目的。

所述硫化促进剂为氧化锌。在硫化的过程中，氧化锌可使橡胶的硫化反应发生变化，在促进剂的存在下，降低了硫化断裂的活化能，由于促进剂本身的裂解，增加了体系中的自由基和离子的浓度，加速了硫化链反应的引发和链增长反应，提高硫化反应。

所述热硅橡胶还包括空心玻璃珠，空心玻璃珠是一种橡胶增强物质，添加空心玻璃珠填充在长短碳纤维“搭建”形成的网络结构中，作为支撑点，提高橡胶的抗变形的能力。

本发明的橡胶生料通过高温（160℃~170℃）模压硫化后，发生化学交联形成三维网状结构的弹性产品。

本发明中所述氧化白炭黑的制备包括以下步骤；将白炭黑加入浓硫酸溶液中，加热1-2h后取出，喷淋干燥后，加入过氧化氢溶液1中，油浴加热1-2h后，喷淋干燥后，再加入到过氧化溶液2中，油浴加热1-2h后，喷淋干燥后得到氧化白炭黑。

本发明具有以下有益效果；

（1）添加甲基苯基环硅氧烷增加橡胶体系中苯基的含量，使得橡胶产品具有高阻尼、恒模量的特点；

（2）添加氧化白炭黑、长碳纤维、短碳纤维作为橡胶补强材料，在橡胶硫化成型后形成三维网状结构，碳纤维、短碳纤维相互搭接，增强橡胶的弹性和回弹力，利于脱模，脱模进行拉扯的时候橡胶不会断裂，同时添加空心玻璃珠提高橡胶的抗变形能力。

（3）提高甲基乙烯基硅橡胶的整体含量，相对地增加了硅氧烷中的硅氧烷基键，而混炼胶在模具中高温硫化时，一般的硅氧键烷基以密集堆积方式覆盖在模具表面上，制品的脱模能力又随硅氧键烷基的密度而递增，另极性化学键与模具表面相互形成具有再生力的吸附薄膜力小，所以易脱模；

（4）通过降低甲基乙烯基硅氧烷中乙烯的含量，减少了生胶中的甲基乙烯基硅氧烷链节的摩尔分数3%~4%，也就是混炼胶在高温硫化共聚物中每一万个硅氧烷链节。少了甲基乙烯基硅氧烷链节。硫化时三维网状结构少了3%~4%交联点，提高了制品伸长率；

（5）减少了填充剂氢氧化铝（ATH D50 5um），降低了混炼胶的粘度与制品的密度，当操作加工时，加快了注胶的速度使混炼胶充实于模腔内，减少了制品的生胶和气泡。而且解决了制品的定伸应力小与回弹性小的问题，使制品的扯断强度（按GB/T528试验）有52Mpa。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。

实施例1

一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，按重量份计包括以下组分；甲基乙烯基硅橡胶38份、氧化白炭黑14份、长碳纤维3份、短碳纤维3份、甲基苯基环硅氧烷8份、羟基硅油1.7份、氧化锌0.8份、硫化剂0.6份、填料氢氧化铝40份，甲基乙烯基硅橡胶的乙烯含量为0.08%，氧化白炭黑的比表面积200㎡/g，所述长碳纤维的长度为30mm，所述短碳纤维的长度为5mm。

所述氧化白炭黑的制备包括以下步骤；将白炭黑加入浓硫酸溶液中，加热1h后取出，喷淋干燥后，加入过氧化氢溶液1中，油浴加热1h后，喷淋干燥后，再加入到过氧化溶液2中，油浴加热1h后，喷淋干燥后得到氧化白炭黑。

实施例2

一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，按重量份计包括以下组分；甲基乙烯基硅橡胶40份、氧化白炭黑15份、长碳纤维3.5份、短碳纤维4份、甲基苯基环硅氧烷10份、结构控制剂1.8份、硫化促进剂0.85份、硫化剂0.63份、填料氢氧化铝42份，空心玻璃珠1份，甲基乙烯基硅橡胶的乙烯含量为0.08%，氧化白炭黑的比表面积200㎡/g，所述长碳纤维的长度为35mm，所述短碳纤维的长度为6mm。

所述氧化白炭黑的制备包括以下步骤；将白炭黑加入浓硫酸溶液中，加热1.5h后取出，喷淋干燥后，加入过氧化氢溶液1中，油浴加热1.5h后，喷淋干燥后，再加入到过氧化溶液2中，油浴加热1.2h后，喷淋干燥后得到氧化白炭黑。

实施例3

一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，按重量份计包括以下组分；甲基乙烯基硅橡胶41份、氧化白炭黑16份、长碳纤维4份、短碳纤维5份、甲基苯基环硅氧烷12份、羟基硅油2份、氧化锌0.9份、硫化剂0.65份、填料氢氧化铝43份，甲基乙烯基硅橡胶的乙烯含量为0.08%，氧化白炭黑的比表面积200㎡/g，所述长碳纤维的长度为40mm，所述短碳纤维的长度为10mm。

所述氧化白炭黑的制备包括以下步骤；将白炭黑加入浓硫酸溶液中，加热2h后取出，喷淋干燥后，加入过氧化氢溶液1中，油浴加热2h后，喷淋干燥后，再加入到过氧化溶液2中，油浴加热2h后，喷淋干燥后得到氧化白炭黑。

对比例1

对比例1与实施例3相同，区别在于，对比例1中不添加，氧化白炭黑、长碳纤维、短碳纤维。

对比例2

对比例2与实施例3相同，区别在于，对比例2中不添加长碳纤维、短碳纤维。

对比例3

对比例3与实施例3相同，区别在于，对比例3中将短碳纤维，替换成长碳纤维。

将实施例1至3，对比例1至3中的热硅橡胶经硫化成型以后，按照GB/T528试验测量所得橡胶的扯断强度，结果如下；

由以上的实验数据可以看出本发明的热硅橡胶的生胶经硫化成型以后，具有很高的抗扯断强度，在进行脱模的时候不会容易断裂。

Claims (9)

1.一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，其特征在于，包括甲基乙烯基硅橡胶、氧化白炭黑、长碳纤维、短碳纤维、甲基苯基环硅氧烷、结构控制剂、硫化促进剂、硫化剂、填料氢氧化铝，所述长碳纤维的长度为30-40mm，所述短碳纤维的长度为5-10mm。

2.根据权利要求1所述的一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，其特征在于，所述热硅橡胶按重量份计包括甲基乙烯基硅橡胶38-41份、氧化白炭黑14-16份、长碳纤维3-4份、短碳纤维3-5份、甲基苯基环硅氧烷8-12份、结构控制剂1.7-2份、硫化促进剂0.8-0.9份、硫化剂0.6-0.65份、填料氢氧化铝40-43份。

3.根据权利要求1所述的一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，其特征在于，所述热硅橡胶按重量份计包括甲基乙烯基硅橡胶40份、氧化白炭黑15份、长碳纤维3.5份、短碳纤维4份、甲基苯基环硅氧烷10份、结构控制剂1.8份、硫化促进剂0.85份、硫化剂0.63份、填料氢氧化铝42份。

4.根据权利要求2所述的一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，其特征在于，甲基乙烯基硅橡胶的乙烯含量为0.08%。

5.根据权利要求3所述的一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，其特征在于，结构控制剂为羟基硅油。

6.根据权利要求4所述的一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，其特征在于，所述氧化白炭黑的比表面积200㎡/g。

7.根据权利要求5所述的一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，其特征在于，所述硫化促进剂为氧化锌。

8.根据权利要求1所述的一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，其特征在于，所述热硅橡胶还包括空心玻璃珠。

9.根据权利要求1所述的一种用于绝缘防护套的热硅橡胶，其特征在于，所述氧化白炭黑的制备包括以下步骤；将白炭黑加入浓硫酸溶液中，加热1-2h后取出，喷淋干燥后，加入过氧化氢溶液1中，油浴加热1-2h后，喷淋干燥后，再加入到过氧化溶液2中，油浴加热1-2h后，喷淋干燥后得到氧化白炭黑。