高黏度107膠含量對硅酮密封膠性能的影響

趙云龍陳炳耀 全文高 彭小琴

（1.廣東阜和實業有限公司，廣東 中山 528434；2.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429）

硅酮密封膠粘接力強，拉伸強度大，同時又具有耐候性、抗振性、防潮、抗臭氣和適應冷熱變化大，主要用于干潔的金屬、玻璃、大多數不含油脂的木材、硅酮樹脂、加硫硅橡膠、陶瓷、天然及合成纖維、以及許多油漆塑料表面的粘接。近年來，硅酮密封膠越來越引人注目，歐美等國家發展了聚硅氧烷改性技術，開發出性能更優異的硅烷改性聚醚密封膠。改性硅酮密封膠兼具傳統硅氧烷型有機硅密封膠耐老化及聚氨酯密封膠粘接高強度等優點，屬于有機硅密封膠的高端產品，是有機硅酮密封膠的升級發展方向之一[1]。由于其價格較高，在國內還沒普及使用，因此設計一種性能較普通單組分硅酮密封膠高且價格比改性硅酮密封膠要實惠的產品是有必要的。本論文以高黏度107室溫硫化硅橡膠、硅烷偶聯劑、交聯劑在催化劑的作用下輔以氣相SiO2補強填料、增塑劑制取硅酮密封膠，研究了改變高黏度107膠的含量對其性能的影響。結果表明，隨著高黏度107膠含量的增加，其邵氏硬度、擠出性、表干時間、固化速度、粘接強度、拉伸強度、伸長率、最大拉斷力均得到一定的提高，但當用量超過12%以后，其性能提高不明顯，擠出性、拉伸強度以及粘接強度變差。

1　 實驗部分

1.1　主要原料

107室溫硫化硅橡膠，48 000 mPa·s，江西星火有機硅廠；高黏度107室溫硫化硅橡膠，500 000 mPa·s，江西星火有機硅廠；納米碳酸鈣，工業級，江西九峰碳酸鈣有限公司；增塑劑：甲基硅油，江西星火有機硅廠；硅烷偶聯劑，純度≥97%，湖北新藍天；氣相SiO2，工業級，輝明化工有限公司；硅烷交聯劑、催化劑，自制。

1.2　儀器與設備

強力分散機，QF-5，佛山市金銀河機械設備有限公司；真空捏合機，NX-5，廣東省佛山市諾星機械設備有限公司；壓料機，YLJ-6，佛山市金銀河機械設備有限公司；UT2080型電腦控制拉力機，天惠試驗機械有限公司；邵氏A型硬度計，天發試驗機械有限公司。

1.3　硅酮密封膠的制備

1.3.1原料的精制

將氣相SiO2放置在80 ℃烘箱中干燥24 h，除去水分；利用數顯旋轉黏度計測得107室溫硫化硅橡膠黏度為48 000 mPa·s，高黏度107室溫硫化硅橡膠黏度為50 0000 mPa·s，進行真空脫水后密封貯存，使用前取出即可。

1.3.2硅酮密封膠的制備

將高黏度107室溫硫化硅橡膠、107室溫硫化硅橡膠、氣相SiO2混合均勻，加熱抽真空脫水制成硅酮密封膠基料，待基料冷卻到40 ℃以下，再加入交聯劑、硅烷偶聯劑、催化劑等原料，抽真空，分散攪拌均勻后，將成品膠壓入塑料管瓶內密封保存。

1.4　性能測試

擠出性：按GB/T 13477.3—2002進行測試；

下垂度：按GB/T 13477.6—2002進行測試；

表干時間：按GB/T 13477.5—2003進行測試；

固化速度：使用固化深度板檢測樣品在標準條件下（溫度24～25 ℃，相對濕度45～55%）24 h的固化深度；

粘接強度：采用萬能材料試驗機按GB/T 11211—2009測試；

邵氏硬度：按GB/T 531—1999采用邵爾A型硬度計測試；

拉伸強度：按GB/T 13477.8—2003進行測試；

最大拉斷力：按GB/T 13477.8—2003制定的啞鈴狀樣品，利用萬能材料試驗機拉伸樣品至斷裂所需的最大力；

斷裂伸長率：按GB/T 13477.8—2003進行測試。

2　 結果與討論

2.1　高黏度107膠含量對施工工藝的影響

高黏度107膠含量對施工工藝的影響見表1。

表1結果表明，改變高黏度107膠含量對其透明性、下垂度影響不大。施膠擠出性能隨高黏度107膠含量的增加而變差，原因是因為高黏度107膠分子鏈較長，在流動過程中大分子鏈可能會發生纏繞，從而增加了分子之間相對滑移的摩擦力，導致流動性變差[4，5]，擠出性變差，增加了施工難度。表干時間隨著高黏度107膠含量的增加而減小，因為黏度是隨其分子質量的增長而增長，而高黏度107膠分子分子鏈是線性的，所以分子鏈較長，交聯密度會降低，空氣中的水分更容易進入膠體內部，從而加快了固化速度[2]，表干時間變短。當高黏度107膠質量分數在12%時，其表干時間最快，固化速度與含量為15%時相差不大，擠出性較好，綜合性能優。

表1　高黏度107膠質量分數對施工工藝的影響Tab.1　Effect of mass fraction of high viscosity 107 silicone rubber on construction processing performance

2.2　高黏度107膠含量對粘接性能的影響

按標準制工字樣，待粘接的硅酮密封膠完全固化后，分別測試其粘接強度如表2所示。

表2結果表明，高黏度107膠質量分數在強度顯著降低，而且硅酮膠的稠度會越來越大，對被粘基材的濕潤能力會進一步下降，從而導致粘接強度降低。12%時粘接強度最優，當超過12%以后粘接強度出現下滑現象。原因是：對于用直鏈聚合物基料構成的膠粘劑，在發生內聚破壞的情況下，粘接強度隨分子質量升高而增大，升高到一定范圍后逐漸趨向一個定值[3]。隨著高黏度107膠含量繼續增大，其內聚強度增大，粘接體系逐漸轉變為界面破壞而使粘接

表2　高黏度107膠用量對粘接強度的影響Tab.2　Effect of mass fraction of high viscosity 107 silicone rubber on bonding strength

2.3　高黏度107膠含量對力學性能的影響

高黏度107膠含量對力學性能的影響見表3。

從表3可以看出，高黏度107膠含量的增加會導致硅酮密封膠的拉伸強度降低，斷裂伸長率增大。原因是：硅酮密封膠吸收空氣中的水固化，膠體會形成一種三維網狀結構，分子鏈排布緊密[4]，分子鏈間作用力會提高，且硅酮密封膠固化后為熱固性交聯高分子。107膠為長鏈高分子，加入之后會降低交聯密度，在增塑的同時增韌，所以其拉伸強度和載荷下降而斷裂伸長率提高。

表3　高黏度107膠質量分數對力學性能的影響Tab.3　Effect of mass fraction of high viscosity 107 silicone rubber on mechanical properties

3　 結論

隨著高黏度107膠含量的增加，硅酮密封膠表干時間、固化速度、粘接強度、拉伸強度、拉伸長度均得到提高，高黏度107膠用量的最佳值為12%；按比例混合幾種不同黏度的107膠作基料為硅酮密封膠性能優化提供了一個研究方向。