室温硫化(亦称缩合硫化型)硅橡胶(roomtemperaturevulcanizedsiliconerubber),是指不需要加热在室温下就能硫化的硅橡胶。其分子结构特点是在分子主链的两端含有羟基或乙酰氧基等活性官能团,在一定条件下,这些官能团发生缩合反应,形成交联结构而成为弹性体。
1、品种和特性
室温硫化硅橡胶相对分子质量较低,通常为粘稠状液体,按其硫化机理和使用工艺,可分为单组分室温硫化硅橡胶和双组分室温硫化硅橡胶。
1.1单组分室温硫化硅橡胶
单组分室温硫化硅橡胶是以羟基封端的低相对分子质量硅橡胶与补强剂混合,干燥去水,然后加入交联剂(含有能水解的多官能团硅氧烷),此时,混炼胶已成为含有多官能团端基的聚合物,封装于密闭容器内,挤出时与空气中水分相接触,使胶料中的官能团水解形成不稳定羟基,然后缩合交联成弹性体。
单组分室温硫化硅橡胶随交联剂类型不同,可分为脱酸型和非脱酸型。前者使用较为广泛,所用交联剂为乙酰氧基类硅氧烷(例如甲基三乙酰氧基硅烷或甲氧基三乙酰氧基硅烷),在硫化过程中放出副产物乙酸,对金属有腐蚀作用。非脱酸缩合硫化型种类较多,其中有以烷氧基(例如甲基三乙氧基硅烷)为交联剂的脱醇缩合硫化型,此反应仅靠空气中的水分作用,硫化缓慢,需加入烷基钛酸酯类的硫化促进剂,硫化时放出醇类,无腐蚀作用,最适合作电气绝缘制品。此外,尚有以硅氮烷为交联剂的脱胺缩合硫化(硫化时放出有机胺,有臭味,对铜有腐蚀)以及以丙酮肟、丁酮肟为交联剂的脱肟硫化、脱酰胺硫化和硫化速度快的脱酮硫化型等。
按产品模量高低可分为低模量(脱酰胺型)、中模量(适于作建筑密封胶)和高模量(脱醇型);根据产品实用性能,可以分为通用类和特殊类两大品种,其中特殊类型包括阻燃型、表面可涂装型、防霉型和耐污染型。
单组分室温硫化硅橡胶对多种材料(如金属、玻璃、陶瓷等)有良好的粘结性,使用时特别方便,一般不需称量、搅拌、除泡等操作。硫化是从表面开始,逐渐向深处进行。单组分室温硫化硅橡胶主要用作胶粘剂,在建筑工业中作为密封填隙材料使用。
1.2双组分室温硫化硅橡胶
此类橡胶的硫化是由生胶的羟基在催化剂(有机锡盐,如二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡等)作用下与交联剂(烷氧基硅烷类,如正硅酸乙酯或其部分水解物)上的硅氧基缩合反应而成,可分为脱乙醇缩合硫化、脱氢缩合硫化、脱水缩合硫化和脱羟胺缩合硫化等,以脱醇型为最常见。双组分室温硫化硅橡胶通常是将生胶、填料与交联剂混为一个组分,生胶、填料与催化剂混成另一组分,使用时再将两个组分经过计量进行混合。双组分的硫化时间主要取决于催化剂用量,用量大,硫化快。此外,环境温度越高,硫化也越快;硫化时无内应力,不收缩,不膨胀,硫化时缩合反应在内部和表面同时进行,不存在厚制品深部硫化困难问题。它对其它材料无粘合性,与其它材料粘合时需采用表面处理剂作底涂。双组分室温硫化硅橡胶可作制模、灌封材料等使用。
室温硫化型硅橡胶可根据使用要求制成不同粘度的胶料,一般有流体级、中等稠度级和稠度级。流体级胶料具有流动性,适宜浇注、喷枪操作;如果要求更低粘度胶料(灌注狭小缝隙时),可在胶料中渗入甲基三乙氧基硅烷或它的低聚体,也可用甲基硅油201进行稀释。中等稠度的胶料其粘度正好能充分流动,而不致完全淌下来,可获得表面平滑的制品,适于涂胶和浸胶用。稠度级胶料具有油灰状稠度,可用手、刮板或嵌缝刀操作,也可用压延法将它涂覆在各种织物上。
近年来,室温硫化硅橡胶在改进研究方面非常活跃,随着应用面的扩大,出现了高粘结性、高强度、高伸长、低模量、阻燃型、耐油型以及快速固化型等新品种。
2、配合
2.1硫化剂
单组分室温硫化硅橡胶主要依赖空气中的水分进行交联反应,胶料在使用前应密闭贮存;在双组分室温硫化硅橡胶中(除加成反应系统),含端羟基的硅橡胶常用的硫化剂为硅酸酯(如正硅酸乙酯)和钛酸酯类(如钛酸正丁酯)等;催化剂主要使用有机锡盐,如二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡等。调节硫化剂和催化剂的用量可改变硫化速度。硫化剂的用量一般为1～10份;催化剂的用量一般为0.5～5份。试验证明,催化剂二丁基二月桂酸锡对铜有腐蚀作用,采用氧化二丁基锡[(C4H9)2SnO]或氧化二辛基锡[(C8H17)2SnO]与正硅酸乙酯[Si(OC2H5)4]的回流产物作硫化体系,硫化胶与铜接触存放1年未发现腐蚀。
2.2补强填充剂
室温硫化硅橡胶也必须加白炭黑作为补强剂,否则强度比热硫化型的更低。其配合方法同热硫化型。
3.加工
3.1单组分室温硫化硅橡胶
单组分室温硫化硅橡胶必须贮存在与水和空气隔绝的密闭容器内,一般在几个月内能使用。使用时无需添加催化剂,只要将胶料从密闭容器内挤出接触空即可,因此使用非常方便;可用模压、挤出或其它方法进行短时间加工,然后暴露于空气中经一定时间即由膏状物硫化而成为弹性体。
单组分室温硫化型硅橡胶是一种胶粘剂。
用于粘合时,不用表面处理剂,即对玻璃、陶瓷、金属、木材、塑料和硫化硅橡胶等具有良好的粘合性能。因为这种橡胶是在室温下接触空气中的湿气从表面开始硫化,然后通过水分的扩散而向内逐渐硫化。过厚的制品其内部硫化需要很长的时间,因此对制品的厚度(或密封的深度)有一定的限制。厚度一般不宜超过10mm。
如需要超过10mm时可采用多次施工的方法。
空气的湿度对硫化速度有决定性的影响,湿度越大,硫化越快。当气候比较干燥,湿度很小时,可喷水增大空气中的水分,使之达到实际需要的硫化速度。
3.2双组分室温硫化硅橡胶
双组分室温硫化硅橡胶宜贮存在阴凉干燥处,避免阳光直晒,贮存时间如超过4个月,应进行检验,性能不变方可继续使用。
(1)催化剂的加入
在液体或中等稠度的室温硫化硅橡胶胶料中加入催化剂,用手工搅拌使之分散,待混合均匀后,将胶料置于密闭容器中抽真空,在0.67～2.67kPa下维持3～5min,以排除气泡。当使用稠厚级橡胶时,可采用炼胶机、捏合机或调浆机将催化剂混入胶料。催化剂可用称量法或容量法量取。由于催化剂用量一般只有0.5～5份,因此应注意混合均匀。室温硫化型硅橡胶混入催化剂后即逐渐交联而固化,因此应根据需要量配制。如有剩余,可存放于低温处(如冰箱中),延长使用时间。
(2)织物的涂覆
室温硫化硅橡胶可按下列方法加入催化剂,用涂胶或压延的方法涂覆在各种织物上,不必用溶剂稀释制成胶浆。
涂胶时催化剂的加入方法有:①在涂胶之前加入胶料中;②加在涂胶织物的另一面,让催化剂渗过布层使橡胶交联;③在涂胶之前加在织物要涂胶的面上。第一种方法限定操作时间必须在胶料适用期内,否则将固化而不能应用;后两种方法操作时间不受胶料适用期的限制。
(3)胶料的溶解
可用普通芳香族溶剂,如甲苯或二甲苯来溶解胶料,制备成室温硫化二甲基硅橡胶胶浆。
这种胶浆可用普遍浸渍法浸涂到织物上。
(4)粘合
室温硫化型硅橡胶可制成胶粘剂,用来粘结各种材料。当用于各种硫化的硅橡胶及其与金属或非金属(如玻璃、玻璃钢、聚乙烯、聚酯等)之间的粘合时,胶粘剂由甲、乙两组分配制而成。甲组分为含有适量补强填充剂、少量钛白粉和氧化铁的糊状室温硫化型硅橡胶,乙组分为硫化体系,由多种硫化剂(正硅酸乙酯、钛酸丁酯等)和催化剂(二丁基二月桂酸锡等)组成。使用前将两组分按质量比9∶1充分混合均匀即成。该胶粘剂的活性期为40min(20℃,相对湿度为65%)。如欲延长活性期,可减小催化剂用量,但用量不得小于1份,否则粘合性变差。催化剂用量过多,会导致硫化胶耐热性能降低。
粘合工艺在常温下加压或不加压完成。被粘合物表面应去除污垢,并用丙酮或甲苯等清洗;然后在金属或非金属表面先涂上一层表面处理剂,在室温下干燥1～2h(具体时间应视当时的温度和湿度而定)后,即可涂胶粘剂进行粘合。采用表面处理剂处理的表面,在1周内涂胶时不影响粘合效果。
(5)硫化
双组分室温硫化硅橡胶的硫化是靠加入液体催化剂来实现的。固化时间随硫化剂和催化剂的用量而变,从十几分到24h;升高或降低温度也可缩短或延长固化时间。
室温硫化型硅橡胶制品一般不需要在烘箱内进行二段硫化,但由于硫化过程中会产生微量挥发性物质(如乙醇),当厚制品硫化时挥发性物质不易逸出,为此可采用多次硫化法,即每次浇注或填充10～15mm厚度,待失去流动性后放置30min,再继续浇注或填充。若厚制品的使用温度高于150℃时,最好在室温硫化后再经100℃热处理,以驱除挥发性物质,提高制品的耐热性。
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