研究蔣頌波1,王云英1,孟江燕1,王運(yùn)平2(1.南昌航空大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,江西南昌330063;2.西安航空動(dòng)力控制有限公司橡膠塑料分廠,陜西西安710079)
[作者簡(jiǎn)介]蔣頌波(1983-),男,湖南瀏陽(yáng)人,碩士,主要從事膠粘劑及高分子材料改性方面的研究工作。
0 引 言
室溫硫化硅橡膠具有優(yōu)異的耐高低溫、耐候、耐臭氧、抗電弧、電氣絕緣性、耐化學(xué)品、高透氣性及生理惰性,因而在航空、宇航、電氣電子、化工儀表、汽車(chē)、機(jī)械等工業(yè)以及醫(yī)療衛(wèi)生、日常生活的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]。但其力學(xué)性能較差,限制了它的推廣應(yīng)用,據(jù)資料報(bào)道[ 1-5]:通常采用加入表面改性后的白炭黑對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)改性。
白炭黑的表面改性是利用一定的化學(xué)物質(zhì)通過(guò)一定的工藝方法使白炭黑的表面羥基與化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),降低表面羥基數(shù)量,使產(chǎn)品由親水變?yōu)槭杷?減少團(tuán)聚,增大其在聚合物中的分散性[2-4]。常用的表面改性劑有氯硅烷類(lèi)、硅烷偶聯(lián)劑類(lèi)、硅氧烷類(lèi)化合物、醇類(lèi)等[5]。偶聯(lián)劑乙烯基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑(A-151)改性納米二氧化硅能夠?qū)崿F(xiàn)納米二氧化硅表面改性,并能改善納米二氧化硅與硫化丁基膠相容性,提高丁基膠的力學(xué)性能[6]。H.Barthel[7]用二甲基甲氧基硅烷改性納米二氧化硅的表面,其改性效果比三甲基甲氧基硅烷改性好,研究表明氣體吸附的數(shù)據(jù)揭露了微粒之間的相互作用是由聚合物在硅烷化時(shí)相互滲透作用形成的。Mathieu Etienne等[8]用氨基硅烷偶聯(lián)劑(APS)改性納米二氧化硅。把APS和納米SiO2分散在甲苯中回流攪拌2h,然后高溫固化2h,增加了接枝層的厚度,提高了復(fù)合材料的交聯(lián)度。
本試驗(yàn)采用偶聯(lián)劑作為改性劑, 120#溶劑油為溶劑,主要研究不同的處理工藝對(duì)M-5氣相白炭黑疏水性的影響及處理后氣相白炭黑對(duì)室溫硫化硅橡膠力學(xué)強(qiáng)度的影響。
1 試 驗(yàn)
1.1 原材料
試驗(yàn)所用主要原材料見(jiàn)表1。
1.2 偶聯(lián)劑處理白炭黑將偶聯(lián)劑按一定比例加入到120#溶劑油中,調(diào)節(jié)pH值3~5, 10min后按一定比例加入氣相白炭黑,然后將混合液倒入三口瓶。升溫至80℃,攪拌反應(yīng)3h后出料,過(guò)濾烘干。
1.3 制作試樣
氣相白炭黑經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后,在高速攪拌機(jī)作用下加入到107#液體硅橡膠中,得到補(bǔ)強(qiáng)的混合膠液。混合膠加入交聯(lián)劑正硅酸乙酯、催化劑二月桂酸二丁基錫,室溫下攪拌使其硫化,抽真空制作試樣。
1.4 測(cè)試
表面處理前后的白炭黑FT-IR紅外測(cè)試:日本島津(Shi-madzu)IRPrestige-21紅外光譜儀。
表面處理白炭黑的疏水性測(cè)定:白炭黑的疏水性用甲醇的滴定用量來(lái)表示,即至95%以上的白炭黑沉入水中時(shí)甲醇滴定量即為甲醇用量。
粘接強(qiáng)度按GB11211-89(硫化橡膠與金屬粘合強(qiáng)度的測(cè)定拉伸法)測(cè)試。
拉伸強(qiáng)度按GB528-82(硫化橡膠拉伸性能的測(cè)定)測(cè)試。
硬度按GB13531-76(橡膠邵氏A型硬度試驗(yàn)方法)測(cè)試。
2 結(jié)果與討論
2.1 紅外測(cè)試結(jié)果
白炭黑表面處理前后的紅外分析結(jié)果見(jiàn)圖1。
紅外吸收峰波數(shù)及對(duì)應(yīng)的基團(tuán)如表2所示。
2.2 偶聯(lián)劑類(lèi)型和用量對(duì)白炭黑疏水性的影響
不同偶聯(lián)劑處理后白炭黑的疏水性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。
由表3可知:未表面處理的白炭黑加入到水中就可直接與水相溶,說(shuō)明白炭黑親水。處理后的白炭黑均需滴入甲醇才能溶解,這說(shuō)明經(jīng)過(guò)表面處理的白炭黑表面顯示更強(qiáng)的非極性,白炭黑表面接枝上了有機(jī)基團(tuán),呈疏水狀態(tài),同樣用量的處理劑,乙烯基三甲氧基硅烷(A171)效果最好,γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH570)效果次之,γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)效果最差,這應(yīng)該是與硅烷偶聯(lián)劑的性能有關(guān),A171對(duì)填料的可潤(rùn)濕面積最大,達(dá)到526m2/g,它更容易吸附到白炭黑表面,與白炭黑表面的羥基反應(yīng),接枝改性效果好。疏水性測(cè)試結(jié)果與紅外分析結(jié)果吻合。
采用A171為處理劑,研究不同用量A171對(duì)白炭黑疏水性的影響,結(jié)果如圖2。
由圖2可知:隨著偶聯(lián)劑A171用量的增加,甲醇耗量迅速增大,氣相白炭黑的疏水性變強(qiáng)。在A171用量達(dá)到10%以后,氣相白炭黑的疏水性隨偶聯(lián)劑A171用量增加而變強(qiáng)的趨勢(shì)在減緩。A171用量達(dá)到25%后,疏水性增強(qiáng)。其后隨著偶聯(lián)劑A171用量的增大,甲醇耗量呈增多趨勢(shì)。
2.3 偶聯(lián)劑類(lèi)型和用量對(duì)硅橡膠力學(xué)性能的影響
本試驗(yàn)采用了不同類(lèi)型的偶聯(lián)劑處理白炭黑,以及通過(guò)改變偶聯(lián)劑的用量對(duì)白炭黑進(jìn)行處理,處理后作為增強(qiáng)填料制備了室溫硫化硅橡膠,硅橡膠的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。
由表4可知,加入白炭黑后,硅橡膠力學(xué)強(qiáng)度明顯提高。加入表面處理后的白炭黑的室溫硫化硅橡膠的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、硬度等力學(xué)性能均有較大幅提高。拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率隨處理后的白炭黑的加入量增加而增大,說(shuō)明偶聯(lián)劑處理后白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果好。其中加入A171處理后的白炭黑的室溫硫化硅橡膠的力學(xué)性能最好,這與前述的疏水性能的結(jié)果比較吻合,說(shuō)明A171處理后的白炭黑與液體硅橡膠107膠的相容性最好。加入15%A171處理的白炭黑用量15%的RTV硅橡膠硫化后拉伸強(qiáng)度最大能達(dá)到1. 5MPa,由其配制的膠粘劑對(duì)金屬與硅橡膠板的粘接強(qiáng)度達(dá)到1. 3MPa。
當(dāng)白炭黑加入量為15%時(shí),探討白炭黑處理劑(A171)用量對(duì)硅橡膠拉伸性能的影響,結(jié)果如圖3。
由圖3可見(jiàn):隨偶聯(lián)劑A171處理白炭黑用量增加,拉伸強(qiáng)度先升后降。當(dāng)A171用量小于15%時(shí),硅橡膠拉伸強(qiáng)度隨偶聯(lián)劑用量的增加而增大,原因是隨偶聯(lián)劑用量增大,接枝到白炭黑表面羥基的偶聯(lián)劑越多,處理后的白炭黑與液體硅橡膠107膠的相容性變好,補(bǔ)強(qiáng)效果越明顯。當(dāng)A171用量大于20%后,硅橡膠拉伸強(qiáng)度逐漸減低,這可能是由于偶聯(lián)劑的用量越多,白炭黑表面的羥基與偶聯(lián)劑分子反應(yīng)的越多,與聚硅氧烷分子形成氫鍵的白炭黑表面羥基數(shù)減少,從而使得分子間化學(xué)鍵鍵合力減小,拉伸強(qiáng)度隨之降低。A171用量為白炭黑質(zhì)量15%時(shí),硅橡膠拉伸強(qiáng)度最大達(dá)到1. 5MPa。
3 結(jié) 論
1)紅外測(cè)試結(jié)果表明,偶聯(lián)劑處理白炭黑都能使白炭黑表面接枝上偶聯(lián)劑基團(tuán)。疏水率測(cè)試結(jié)果表明,A171處理白炭黑效果最好。
2)隨著處理后的白炭黑加入量的增大,硅橡膠的力學(xué)性能均有所提高,由其配制的膠粘劑對(duì)金屬與硅橡膠的粘接性能也有所提高。
3)隨著處理白炭黑的偶聯(lián)劑A171用量的增大,其拉伸強(qiáng)度先升后降,A171用量為白炭黑質(zhì)量15%時(shí),拉伸強(qiáng)度最大可達(dá)到1. 5MPa,由其配制的膠粘劑對(duì)鋁-硅橡膠板的粘接強(qiáng)度達(dá)到1. 3MPa。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 段先健,吳利民.氣相法白炭黑在硅橡膠中的應(yīng)用[J].有機(jī)硅氟資訊, 2005, 43(7): 39-41
[2] 于欣偉,陳姚.白炭黑的表面改性技術(shù)[J].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2002, 1(6): 12-16
