一種新超低模量硅酮密封膠制備及性能研究

關鍵詞：硅酮密封膠、低模量、擴鏈劑、助劑復配、 .150% 定伸彈性恢復率中圖分類號： TQ436⁺ .6 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）07-0017-04

Abstract：An ultra-low modulus room-temperature vulcanized silicone sealant was prepared with hydroxyl polydimethylsiloxane（1O7 glue）as the base glue，calciumcarbonateasthereinforcing filer，siliconeoil，additives andcatalysts.The efectsof high viscosityand lowviscosity107base adhesivecompounding，thedoping ratioof heavycalciumand nanocalcium carbonate，the combinationof crosslinker and chain extender，and thecombinationof difrent coupling agents on the performance of sealant were studied. The results showed that when 2O OOO mPa ·s107 glue： 500000mPa?s107glue=7：3 ，heavy calcium： nano calcium carbonate and silicone oil addition of 5O phr，the modulusof the sealant was lower and had beter fluidity，which is conducive to construction. When crosslinker： PC7200=3：1 and were compounded，the modulus of the final prepared silicone sealant was （204 0.08MPa，150% fixed-elongation elastic recovery rate was 96% ，and elongation at break was 1 250% ，which can be used for caulking sealing of airport runways and highways in extreme climate areas.

Key words： silicone sealant;low modulus;chain extender；additives compounding; 150% fixed-stretch elastic recoveryrate

室溫硫化硅橡膠在濕氣環境中通過107基膠和交聯劑交聯固化形成獨特的—Si—O—Si—空間結構，與其他密封膠相比，硅橡膠具有優異的耐侯性，酸堿穩定性高，耐化學腐蝕性，較寬的環境使用溫度，對基材的粘接廣泛性好，從而在建筑工業、電子行業、橡膠模具、航空航天、汽車船舶、醫藥紡織等領域有著突出表現[14]

室溫硫化硅橡膠按 100% 定伸應力的大小可分為低模量硅橡膠、中模量硅橡膠以及高模量硅橡膠[5]，其中高模量硅橡膠硬度高、力學強度好，主要用于基材之間的結構粘接；低模量硅橡膠硬度低、柔韌性好、伸長率高，主要用于存在大形變量基材的粘接密封。低模量密封膠的制備主要通過以下方法來實現：使用半補強填料或者增量填料，添加增塑劑增加柔性，降低交聯網絡的交聯密度[6]。羅元章等探究了不同種類的交聯劑和偶聯劑對硅橡膠模量的影響，其結果表明：使用T-36和KH1710按質量比4：1復配可制得低模量硅橡膠，當偶聯劑為3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷時，硅橡膠的模量可進一步降低[7]。程小蓮等用處理劑對納米碳酸鈣進行表面處理，以10份二甲基硅油和 10phr MDT硅油做增塑劑，添加 4phr 交聯劑以及 1phr 擴鏈劑制備的脫醇型硅橡膠其模量為 0.26MPa ，伸長率 876% ，可用于道路以及建筑領域的填縫膠使用[8]

在極端氣候地區的新疆、西藏和東北等地存在大量的機場和高速公路，但這些區域的板塊位移更大，加上在氣候變暖時凍土出現融化可能導致的地質沉降，使用普通的低模量硅橡膠進行填縫時會承受不住板塊大幅度拉伸出現開裂而不能滿足其填縫使用，因此制備一款超低模量（ ?0.1MPa 的硅橡膠已顯得極其必要。

1實驗材料與方法

1.1主要原料及儀器設備

107硅橡膠：黏度（25 C ，下同）20000、500000mPa?s ，合盛硅業股份有限公司；二甲基硅油：黏度 350mPa?s ，山東大易化工有限公司；重質碳酸鈣：粒徑 1～3μm ，華鈣新材料有限公司；納米碳酸鈣：粒徑 50～60nm ，浙江常山金雄有限公司；二甲基二丁酮肟基硅烷（PC7200），工業級，純度95% ，西斯博有機硅有限公司；甲基三丁酮肟基硅烷（T-30）：工業級，純度 95% ，杭州杰西卡化工有限公司；乙烯基三丁酮基硅烷（T-90）：工業級，純度 90% ，杭州杰西卡化工有限公司； N. （β-氨乙基）-γ -氨丙基三甲氧基硅烷（LT-792）：工業級，純度97% ，湖北新藍天新材料股份有限公司；3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷（KH－901）：工業級，純度

97% ，杭州杰西卡化工有限公司；二月硅酸二丁基錫：工業級，錫含量 18.5% ，常州凱瑞化學科技有限公司。

ZNH-2L行星式動力攪拌機：佛山金銀河智能裝備股份有限公司；NHZ-5真空捏合機：如皋市通達機械制造有限公司；WDW-E微機控制電子萬能材料試驗機：濟南科盛試驗設備有限公司；LX-A型邵氏硬度計：滄州市歐普檢測儀器有限公司；厚度計：東莞市高鑫檢測設備有限公司；自流平流動度測試儀：滄州中碩儀器設備有限公司；JJ2000B電子天平：常熟市雙杰測試儀器廠。

1.2 硅酮密封膠的制備

（1）基料制備：按所需份數比的107膠和納米碳酸鈣加入到捏合機中，在溫度 120～150^°C 條件下真空脫水 2～3h 后降到室溫后取出，密封裝好后待用；（2）硅酮密封膠制備：將所需份數比的107膠、基料、重鈣、硅油依次加入行星機中分散攪拌均勻，然后再分別加入交聯劑、擴鏈劑、偶聯劑以及適量的催化劑在真空條件下攪拌分散 90min 獲取。

1.3 性能測試

表干時間：按GB/T13477.5—2002測試;拉伸強 度：按GB/T528—2009測試；斷裂伸長率：按 GB/T13477.8—2002測試；硬度：按GB/T531—2008 測試；拉伸模量：按GB/T13477.8—2002測試，以 100% 伸長率時的強度值表示；彈性恢復率：按GB/T 13477.17—2002測試 150% 的恢復率;流平性：向 20mL 量杯內注滿膠樣，然后將膠樣完全擠出到光滑平整的 測試板上，測量膠樣從完全擠出到膠樣在測試板上蔓 延 60s 后形成膠餅的直徑，多次測量后取平均值。

2 結果與討論

2.1107膠黏度對硅酮密封膠性能的影響

107膠的黏度為變量， 膠和 膠復配，總量為100份，其與120份重鈣、30份硅油、8份T-30、4份T-90、3份LT-792和0.05份二月桂酸二丁基錫混合真空攪拌 90min 制得硅酮密封膠，探究107膠黏度對硅酮密封膠性能的影響，實驗結果如表1所示。

由表1可知，隨著 膠添加量的增加，硅橡膠的硬度、拉伸強度以及 100% 定伸模量都隨之降低，這是因為高粘107膠中的羥基含量比低粘107膠低，與交聯劑交聯固化后降低了硅橡膠中的交聯密度[9]，表明添加高粘107基膠能有效降低硅橡膠的模量。但當 500000mPa?s107 膠添加量超過 30phr 時，硅酮密封膠的黏度急劇增加導致流平性降低，這不利于硅酮密封膠的施工。同時當 500000mPa?s107 膠添加量超 30phr 時，硅酮密封膠交聯密度達到一個較低值，導致其拉伸強度低、回彈力小，當被定伸時，硅酮密封膠內部部分結構被破環，失去了大部分的回彈能力，這也是硅酮密封膠隨 膠添加量增加其 150% 定伸彈性恢復率隨之先增加后降低的原因。綜上所述， 20000mPa?s107 膠與 份數比在70：30時，綜合性能最佳。

2.2交聯劑與擴鏈劑復配對硅酮密封膠性 能的影響

在2.1配方基礎上，選擇 107膠和 膠為基膠，將T-30Ω，T-90 按質量比2：1混合得到新交聯劑，再與擴鏈劑PC7200復配，探究交聯劑與擴鏈劑摻雜比例對硅酮密封膠性能的影響，實驗結果如表2所示。

由表2可知，隨著PC7200復配量增加，硅橡膠斷裂伸長率隨之增加，硬度、拉伸強度和 100% 定伸模量隨之降低，這是因為PC7200的加入降低了硅橡膠內部的交聯密度[10]，同時PC7200的反應活性低，隨著其復配量的增加，硅橡膠的固化速度隨之變慢，當擴鏈劑摻雜份數超過3份時，硅橡膠的固化速度大大延長，當擴鏈劑摻雜量達到5份時，硅橡膠已經不能交聯固化表現為橡皮泥的狀態。綜上所述，當交聯劑與擴鏈劑質量比為3：1時，綜合性能最佳。

2.3粉體搭配對硅酮密封膠性能的影響

納米碳酸鈣與重鈣的摻雜量為變量總共為120份，與70份 膠和 500000mPa?sl07 膠煉制基料后，同 50phr 硅油、6份 和0.05份二月桂酸二丁基錫真空攪拌 90min 制得硅酮密封膠，探究粉體搭配對硅酮密封膠性能的影響，實驗結果如表3所示。

由表3可知，隨著納米碳酸鈣復配量增加，硅酮密封膠的流動性極速降低，拉伸強度、 100% 定伸模量隨之增加，這是因為納米碳酸鈣具有明顯的增稠性以及較好的補強效果，同時其表面帶有少量未被改性的活性羥基，略微提升了硅酮密封膠的交聯密度，提升了其力學性能，增加了硅酮密封膠的抗拉性能，但同時降低了硅酮密封膠的柔韌性，這也導致了硅酮密封膠的斷裂伸長率與 150% 定伸彈性恢復率先增加后降低，當納米碳酸鈣與重鈣的份數比為1：5時，斷裂伸長率與彈性恢復率最優，硅酮密封膠的整

體性能最好。

2.4偶聯劑搭配對硅酮密封膠性能的影響

在上述的配方基礎上，以LT-792和KH-901復配量為變量，總偶聯劑添加量為3份，探究偶聯劑對硅酮密封膠性能的影響，實驗結果如表4所示。

由表4可知，隨著KH-901復配量的增加，硅酮密封膠的硬度、拉伸強度、 100% 定伸模量隨之降低，斷裂伸長率隨之增加，表干時間大大延長。這是因為KH-901中的—NCO基團具有吸濕性能吸收空氣中的水分，在密封膠在固化時，導致水汽向硅酮密封膠內部擴散的速度以及擴散量降低，減緩了密封膠的固化速度，同時部分基團會參與107膠的交聯反應，降低了固化體系中的交聯密度，使固化后的密封膠更具柔軟性。但當KH-901復配量超過20% 時，密封膠的固化速度大大延長，這將影響密封膠的施工效率。同時，在KH-901復配量超過 20% 時，隨著密封膠的交聯密度降低，抗拉強度變差，密封膠的彈性恢復率表現為先增加后降低，當復配量到 50% 時，密封膠長時間不干，密封膠已不能使用。綜上所述，當LT-792和KH-901復配量為4：1時，密封膠的整體性能最好。

3結語

以端羥基聚二甲基硅氧烷（107膠）為基膠、碳酸鈣為補強填料、搭配硅油、助劑以及催化劑制備了一種超低模量的室溫硫化硅酮密封膠。通過研究發現：使用高粘107膠可以降低硅酮密封膠的模量，增加柔性，當質量比20000mPa·s107膠：500000mPa?sl07 膠 =7：3 時，硅酮密封膠的相對模量較低；使用擴鏈劑與交聯劑復配以及在偶聯劑中摻雜3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷都能進一步降低密封膠的模量，再通過搭配適量的納米碳酸鈣增加密封膠的抗拉能力，使得密封膠在具備超低模量的同時具有優異的回彈能力，最終按質量比復配，當交聯劑： PC7200=3：1 、 時、重鈣：納米碳酸鈣 =5：1 時，制備的硅酮密封膠的模量為 0.08MPa，150% 定伸彈性恢復率 96% 、斷裂伸長率 1250% ，流動性和固化速度適中，能用于極端氣候區域的機場跑道、高速公路的嵌縫密封。

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