混合填料不同配比對免墊片硅酮密封膠性能的影響

摘要：免墊片硅酮密封膠是一種可以用于要求高密封性的場合，如汽車、高鐵、航天航空等領域的單組分室溫硫化型密封膠。通過在密封膠中加入填料，可以提升密封膠的理化性能。以納米碳酸鈣和硅微粉作為填料，在填料總質量固定的情況下研究不同填料比例對免墊片硅酮橡膠性能的影響。試驗發現，當納米碳酸鈣與硅微粉的質量比減小時，免墊片硅酮膠的表干速度、固化深度和耐高溫性有所增加，而力學性能和對金屬基材的粘接性能逐漸減弱。結合綜合性能，納米碳酸鈣與硅微粉的質量比為5∶2時制備的免墊片硅酮密封膠具有更全面的理化性能。

關鍵詞：硅微粉；納米碳酸鈣；免墊片硅酮密封膠

中圖分類號：TQ436+.6文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）01-0005-04

Effect of different ratio of mixed fillers on properties of gasket-free silicone sealant

LI Linfeng，CHEN Bingyao，QUAN Wengao，MENG Jiahua，OUJiali

（Guangdong Sanhe Holdings Co.，Ltd.，Zhongshan 528429，Guangdong China）

Abstract：Gasket-free silicone sealant is a single component room temperature vulcanized sealant that can be used in applications requiring high sealing，such as automobiles，high-speed rail，aerospace and other fields.By adding filler to the sealant，the physical and chemical properties of the sealant can be improved.In this paper，nano calci-um carbonate and silicon powder were used as fillers to study the effects of different filler ratios on the properties of gasket-free silicone rubber under the condition that the total mass of fillers was fixed.It was found that when the mass ratio of nano-calcium carbonate to silicon powder decreased，the surface drying speed，curing depth and high temperature resistance of gasket free silicone adhesive increased，but the mechanical properties and adhesion to metal substrate gradually weakened.Combined with the comprehensive properties，the gasket-free silicone sealant prepared when the mass ratio of nano-calcium carbonate to silicon powder is 5∶2 has more comprehensive physical and chemical properties.

Key words：silicon powder；nanometer calcium carbonate；gasket free silicone sealant

免墊片硅酮密封膠是一種單組分室溫硫化硅橡膠，具有優秀的耐高低溫性能、耐壓、電絕緣性、耐油性能、耐老化性能和生理惰性，易于快速成型的膏狀物，可以代替各種墊片（軟木墊、金屬墊、橡膠墊等）。由于其優異的性能和良好的性價比，被廣泛應用于汽車、法蘭盤、機械、電子電器等領域。隨著經濟和現代化工業的發展，航空航天、電子電器等對硅酮密封膠的性能要求越來越高。傳統的硅酮密封膠已不能滿足高性能產品的要求，在某些要求較高的領域限制了其應用。因此，為了適應工業發展的需求，對高性能免墊片硅酮密封膠進行研究具有非常重要的意義[1-3]。

目前硅酮密封膠行業常用的填料有重鈣、輕質鈣、納米碳酸鈣、硅微粉、白炭黑和金屬氧化物等。填料在密封膠中的作用主要有：填充、補強、增韌和阻燃[4-5]。通過在密封膠中加入填料，是一種常見的提升密封膠理化性能的方法。但填充量過大或單一填料含量過多均會導致硅橡膠性能下降，因此如何通過填料改性來達到改善硅酮密封膠性能是一個研究熱點[6]。故本次實驗以納米碳酸鈣和硅微粉作為填料，在填料總質量固定的前提下，探究不同填料配比對免墊片硅酮密封膠性能影響。

1試驗部分

1.1試驗原料

α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（107膠）（工業級（25℃時黏度20 000～80 000 mPa.s），湖北成豐化工有限公司）；納米碳酸鈣（工業級，上海聚千新材料發展有限公司）；硅微粉（工業級，格瑞新材料有限公司）；二甲基硅油（工業級，佛山楚鷹化工有限公司）；甲基三丁酮肟基硅烷（工業級，江蘇艾科維科技股份有限公司）；二月桂酸二丁基錫（工業級，杭州久錫化工有限公司）；KH-792（工業級，南京經天緯化工有限公司）。

1.2試驗儀器及設備

5L實驗室真空捏合機（皋市高普捏合機械制造有限公司）；5L實驗室真空強力分散攪拌機（世赫智能設備有限公司）；DZF-6210型恒溫電熱鼓風干燥箱（南京沃環科技實業有限公司）；HZ-1003B電子拉力機（力顯儀器科技有限公司）；LX-A硬度計（蘇州南光電子科技有限公司）。

1.3試驗方法

1.3.1基料的制備

按工藝配方，將107膠按照比例加入真空捏合機攪拌混合均勻，再按表1分別分步加入不同填料配比的納米碳酸鈣、硅微粉室溫攪拌混合分散，攪拌20 min后抽真空，待溫度升到110℃開始計時，攪拌3.5 h，然后降溫。得到1#～3#不同填料配比的基料。

1.3.2免墊片硅酮密封膠的制備

將基料加入強力分散攪拌機中，與一定量107膠和二甲基硅油混合，抽真空攪拌5 min，攪拌均勻后加入甲基三丁酮肟基硅烷，抽真空攪拌15 min后，再加入偶聯劑、催化劑，抽真空攪25 min后，擠入300 mL空白管密封待用，根據不同的基料得到對應的1#～3#樣品[7-9]。

1.4性能表征

（1）表干時間：依照GB/T 13477.5—2002《建筑密封材料試驗方法：表干時間的測定》試驗方法進行測試；

（2）固化深度：使用固化深度板檢測樣品在溫度為（23±2）℃、相對濕度為（50±5）%時24h的固化深度；

（3）硬度：依照GB/T 531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法：邵氏硬度計算法》標準用邵氏A硬度計檢測；

（4）拉伸強度和斷裂伸長率：按GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》標準，采用啞鈴狀Ⅰ型試樣測定；

（5）剪切強度：按照GB/T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定》標準檢測，粘接基材選用尺寸為100 mm×25 mm×1.6 mm的同類基材的粘接（碳鋼、鋁板、不銹鋼、電鍍鋅板、玻璃鋼）；

（6）耐高溫性能：將做好的硬度塊和啞鈴狀試樣在實驗室恒溫電熱鼓風烘箱經過250℃×24 h高溫烘烤后，再進行硬度和拉伸性能測試[10]。

2結果與討論

2.1不同混合填料配比對免墊片硅酮密封膠表干及固化深度的影響

表干時間和固化速度是研究硅酮膠性能的重要指標，在本試驗中，將混合不同質量比的填料制成樣品，檢測并記錄各個免墊片密封膠表干時間和固化深度數據，其中表2為不同混合填料質量比所制的免墊片硅酮膠的表干時間和固化速度測試對比。

由表2可知，1#樣品表干時間最長，固化深度最小，其表干時間和固化深度分別為10 min和3.5 mm；3#樣品表干時間最短，固化深度最大，其表干時間為5 min，固化深度為5 mm；而2#樣品的表干時間和固化深度均介于1#與3#樣品中間，分別為7min與4.5mm。這說明在本次實驗中納米碳酸鈣與硅微粉的質量比與表干時間和固化深度有明顯的線性變化關系，隨著納米碳酸鈣與硅微粉的質量比逐漸減小，表干時間呈明顯減小趨勢，固化深度與之相反。這是由于在填料質量一致的情況下，納米碳酸鈣與硅微粉的質量比越大，納米碳酸鈣的添加量越大。而納米碳酸鈣的顆粒表面具有親水疏油性，且極性相當高，易與極性水分子相結合[11-13]而增加其結晶水含量，當免墊片硅酮膠中所含結晶水越多時，越容易與組分中的交聯劑反應，使得制備膠料表干時間較長，固化速度減慢[14-15]。

2.2不同混合填料配比對免墊片硅酮密封膠力學性能及粘接影響

將1#～3#樣品按對應標準制件、測試。得到不同混合填料質量比所制的免墊片硅酮膠的力學性能如表3所示。

由表3可知，納米碳酸鈣與硅微粉的質量比為3∶1時，制得免墊片硅酮膠的硬度最大，同時力學性能相對最佳；納米碳酸鈣與硅微粉的質量比為2∶1時，制得免墊片硅酮膠的硬度最小，力學性能相對最差；納米碳酸鈣與硅微粉的質量比為5∶2所制得的免墊片硅酮膠各項數值均處于中間水平。結合數據可以發現，隨著納米碳酸鈣與硅微粉的質量比逐漸減小所免墊片硅酮膠的硬度、拉伸強度和斷裂伸長率均呈減小趨勢。分析原因為實驗中納米碳酸鈣與硅微粉相比粒徑更小，活性更強且分散性更好[16]。在本次實驗中所使用納米碳素鈣的補強效果要強于硅微粉，在本次實驗范圍內當納米碳素鈣用量增加時，補強作用越發明顯，表現為硬度、拉伸強度和拉斷伸長率提高[17]。

在此次試驗中用剪切強度來表征免墊片硅酮膠對不同基材的粘接性能，數值越高表示對應制樣的粘接性能越強。表4為不同混合填料質量比制備的免墊片硅酮膠在不同基材下所測得的剪切強度。

由表4可知，本實驗中制備的所有樣品均對玻璃鋼的粘接性最好，對鋁板的粘接性相對較差。同時1#樣品在同種基材上測得的剪切強度均為3組樣品中的最大值，3#樣品測得的數值均為最小值，2#樣品測得數值依舊位于1#、3#樣品中間。隨著納米碳酸鈣與硅微粉的質量比逐漸減小，制備的免墊片硅酮膠的剪切強度呈下降趨勢。這是因為納米碳酸鈣晶體更加規整，粒徑分布更加集中所致[18]，在本次試驗中納米碳酸鈣相較硅微粉對所測這幾類金屬基材的粘接性能的提升更為明顯，同時，隨著納米碳酸鈣的添加量減少，能與吸附在基材表面硅醇縮合形成化學鍵的活性基團減少[19]故粘接強度也會隨之下降。

2.3不同混合填料配比對免墊片硅酮密封膠耐高溫性能影響

將不同混合填料配比制成的1#～3#免墊片硅酮膠對應的硬度塊與啞鈴狀試樣在電熱鼓風干燥箱中經過250℃×24 h高溫熱老化處理后，再進行硬度和拉伸性能測試。通過對應性能指標的保持率的大小來表示耐高溫性能的優異，保持率越高，耐高溫性能越好，匯總數據如表5所示。

由表5可知，1#樣品的各項指標保持率均低于75%，對應耐高溫性能最差，3#樣品的各項指標保持率均高于75%，對應耐高溫性能最優，2#樣品的各項指標保持率介于中間但更接近3#樣品，對應耐高溫性能與3#樣品相近。該數據反應了免墊片硅酮膠的耐高溫性能隨著納米碳酸鈣與硅微粉的質量比減小而增加，在一定范圍內，增加硅微粉的添加量可以一定程度上提高免墊片硅酮密封膠的耐高溫性能。這是因為硅微粉相較于表明有活性基團的納米碳酸鈣熱穩定性更好，在受熱過后聚硅氧烷主鏈降解較少[20]，具有更好的硅氧烷結構的規整性。因此硅微粉添加量相對較多的樣品在各項力學性能指標上能有更好的保持率。同時當硅微粉的添加量到達一定量時，對免墊片硅酮密封膠的耐高溫性能提升趨于平緩[21]。

3結語

研究發現，在填料總量、其余配方和生產工藝條件固定的情況下，混合填料的配比變化對免墊片硅酮密封膠的性能有顯著影響。在本次試驗條件下，樣品納米碳酸鈣與硅微粉的質量比越小，所制得的免墊片硅酮密封膠在表干時間、固化速度和耐高溫性上越優秀，而納米碳酸鈣與硅微粉的質量比越大，在對應的力學性能與測試金屬基材的粘接性能更為優異。綜合各項性能指標，納米碳酸鈣與硅微粉的質量比為5∶2的2#樣品能在滿足表干時間和固化速度的前提下，同時兼顧較好的力學性能、金屬粘接性和耐高溫性能。

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（責任編輯：張玉平）