專利名稱：一種硅橡膠復(fù)合材料及提高力學性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橡膠材料領(lǐng)域，更具體地說，涉及到一種硅橡膠材料及提高其力學性能的方法。
背景技術(shù)：
硅橡膠(Silicone Rubber, SR)作為一種特種橡膠，屬于合成橡膠。SR以硅原子和氧原子交替排列為主鏈的結(jié)構(gòu)使其具有比一般的有機高聚物高得多的對熱、氧的穩(wěn)定性。和普通橡膠相比，硅橡膠具有以下優(yōu)點具有耐高低溫、電氣絕緣、耐臭氧、耐輻射、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異性能。由于這些優(yōu)異的性能，使SR在航空航天、電子電氣、石油化工、生物醫(yī)用等高科技領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。通常，SR主要以零維納米粉體氣相二氧化硅(白炭黑)進行補強，但白炭黑價格較貴，且粒徑小(5-20nm)，易團聚，不易均勻分散，操作時也容易被吸入人體造成“硅肺”，對健康不利。近年來，研究者將目光投向了其它納米材料。二氧化硅納米管(silica nanotubes, SNTs)獨特的管狀結(jié)構(gòu)與電絕緣性使其也成為SR的一種理想填料。SNTs具有二氧化硅球形粒子所不具有的優(yōu)點(1)合成SNTs的模板可調(diào)，這意味著通過改變反應(yīng)條件可以實現(xiàn)模板的直徑和長度控制，進而實現(xiàn)SNTs尺寸形貌控制d2)SNTs的管狀結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)內(nèi)表面和外表面的差異性功能化處理，而這種處理可以用市售的簡單硅烷處理劑實現(xiàn)。對于SNTs的應(yīng)用，絕大多數(shù)的研究集中在生物和環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域，而對于SNTs/聚合物納米復(fù)合材料的報道還很少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了改善高溫硫化硅橡膠(HTVSR)的力學性能，提供一種硅橡膠膠復(fù)合材料，通過二氧化硅納米管與高溫硫化硅橡膠進行復(fù)合，提高高溫硫化硅橡膠的力學強度。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種硅橡膠復(fù)合材料，由下述組分經(jīng)過混煉、熱壓和硫化成型制成，100重量份甲基乙烯基硅橡膠生膠、1 5重量份二氧化硅納米管和0. 5重量份2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基過氧化己烷。—種提高硅橡膠力學性能的方法，按照下述步驟進行將100重量份甲基乙烯基硅橡膠生膠、1 5重量份二氧化硅納米管和0. 5重量份2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基過氧化己烷經(jīng)過混煉、熱壓和硫化成型，具體來說其中二氧化硅納米管的制備可采用酒石酸銨模板法，如稱取定量D，L-酒石酸加入到500ml的燒杯中，加入250ml無水乙醇和3ml去離子水，超聲至完全溶解，然后室溫條件下加入36. 5g正硅酸乙酯，攪拌均勻后在30°C恒溫水浴中靜置30min。最后，加入112ml氨水，在30°C下繼續(xù)靜置lh。所得白色凝膠用大量去離子水反復(fù)洗滌直至標準篩中溶液的PH為中性停止。篩中所得白色產(chǎn)物于80°C下恒溫干燥，即得到二氧化硅納米管(SNT)；然后利用六甲基二硅氮烷(HMDQ對二氧化硅納米管(SNT)的表面進行改性，如稱取原始未處理的SNTs置于燒杯中，加入300ml無水乙醇，攪拌分散。將配制好的SNTs懸浮液室溫下用超聲粉碎機超聲分散lh。設(shè)定工作時間3s，間歇時間為2s，次數(shù)99，功率700w。將分散好的SNTs懸浮液倒入三口瓶，加入六甲基二硅氮烷(HMDQ。在60°C的恒溫環(huán)境下，攪拌10h。冷卻至室溫，抽濾。再用乙醇反復(fù)洗滌幾次，除去附著在表面未反應(yīng)的偶聯(lián)劑。抽濾，干燥，得到改性后的六甲基二硅氮烷修飾的二氧化硅納米管；首先將1 5重量份經(jīng)過表面改性的二氧化硅納米管與乙酸乙酯溶劑混合，在超聲環(huán)境中分散形成穩(wěn)定的SNTs懸浮液，同時將100重量份的甲基乙烯基硅橡膠在乙酸乙酯中溶解，形成硅橡膠的乙酸乙酯溶液。其次，將SNTs懸浮液和硅橡膠溶液混合后攪拌，并升溫揮發(fā)乙酸乙酯，待乙酸乙酯蒸干后獲得SNTs與甲基乙烯基硅橡膠的混合物。第三，將SNTs/SR混合物投入雙輥開煉機，加入0. 5重量份的2，5_ 二甲基_2，5_ 二叔丁基過氧化己烷，混煉均勻后獲得混煉膠。第四，將混煉膠裝入模具，進行硫化，即得硅橡膠復(fù)合材料，例如在溫度160 200°C，壓力5 12MPa的條件下熱壓5 15min硫化成型，冷卻后得到硫化膠片；將硫化膠片放入200°C的鼓風干燥箱內(nèi)繼續(xù)硫化4h，最終得到硅橡膠復(fù)合材料。本發(fā)明利用二氧化硅納米管對硅橡膠進行改性，SNTs中除了有管狀的結(jié)構(gòu)之外，還有一部分球狀的二氧化硅粒子存在，這些管狀和球狀的二氧化硅粒子均勻的分散。當硅橡膠與SNTs復(fù)合的時候，球狀粒子會與管狀的SNTs發(fā)生旋轉(zhuǎn)作用，促進了 SNTs在SR基體中分散，因此SNTs在SR基體中的分散性可能優(yōu)于白炭黑。除此之外，由于SNTs中的管狀結(jié)構(gòu)是開口的，所以會有一部分SR分子的分子鏈進入到SNTs的管腔內(nèi)，這也起到了一定的交聯(lián)和增強作用。SNTs的形貌如說明書附

圖1所示SNTs為兩端開口的方形長直管，直徑為200-300nm，長度50 μ m左右。由于SNT屬于無機填料，在硅橡膠基體中相容性和結(jié)合力不強，分散效果也不好，本發(fā)明采用六甲基二硅氮烷對SNTs改性處理。根據(jù)說明書附圖2所示，處理后的SNTs紅外譜線圖(b)與未處理SNTs紅外譜線(a)相比，在955(^1處的Si-OH峰強度較原始SNTs的955cm—1的峰強度要弱。這是因為，HMDS上的Si-N與Si-OH發(fā)生縮合反應(yīng)，造成Si-OH的分解。另外，HMDS-SNTs在^73(31^1還出現(xiàn)了 C-H鍵的吸收峰，但峰強度微弱。這是因為，SNTs表面上的Si-OH相對較少，-Si (CH3)3接枝到SNTs上的含量也較少，在紅外譜圖上體現(xiàn)出微弱的變化。以上結(jié)果說明HMDS成功的實現(xiàn)了 SNTs的功能化處理。將利用本發(fā)明的方法制備的硅橡膠復(fù)合材料按GB/T 528-2009的要求裁切成啞鈴狀樣條，在Testometric公司的M350-20KN拉力實驗機上測試力學性能，拉伸強度和剪切
強度測試結(jié)果如下表
權(quán)利要求
1.一種硅橡膠復(fù)合材料，其特征在于，由下述組分經(jīng)過混煉、熱壓和硫化成型制成，100重量份甲基乙烯基硅橡膠生膠、1 5重量份二氧化硅納米管和0. 5重量份2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基過氧化己烷；所述二氧化硅納米管采用酒石酸銨模板法進行制備，再利用六甲基二硅氮烷對二氧化硅納米管的表面進行改性。
2.一種提高硅橡膠力學性能的方法，其特征在于，按照下述步驟進行將100重量份甲基乙烯基硅橡膠生膠、1 5重量份二氧化硅納米管和0. 5重量份2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基過氧化己烷經(jīng)過混煉、熱壓和硫化成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高硅橡膠力學性能的方法，其特征在于，所述二氧化硅納米管采用酒石酸銨模板法進行制備，再利用六甲基二硅氮烷對二氧化硅納米管的表面進行改性。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高硅橡膠力學性能的方法，其特征在于，首先將1 5重量份經(jīng)過表面改性的二氧化硅納米管與乙酸乙酯溶劑混合，在超聲環(huán)境中分散形成穩(wěn)定的SNTs懸浮液，同時將100重量份的甲基乙烯基硅橡膠在乙酸乙酯中溶解，形成硅橡膠的乙酸乙酯溶液其次，將SNTs懸浮液和硅橡膠溶液混合后攪拌，并升溫揮發(fā)乙酸乙酯，待乙酸乙酯蒸干后獲得SNTs與甲基乙烯基硅橡膠的混合物第三，將SNTs/SR混合物投入雙輥開煉機，加入0. 5重量份的2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基過氧化己烷，混煉均勻后獲得混煉膠第四，將混煉膠裝入模具，進行硫化，即得硅橡膠復(fù)合材料，例如在溫度160 200°C，壓力5 12MPa的條件下熱壓5 15min硫化成型，冷卻后得到硫化膠片；將硫化膠片放入2000C的鼓風干燥箱內(nèi)繼續(xù)硫化4h，最終得到硅橡膠復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅橡膠復(fù)合材料及提高力學性能的方法，由下述組分經(jīng)過混煉、熱壓和硫化成型制成，100重量份甲基乙烯基硅橡膠生膠、1～5重量份二氧化硅納米管和0.5重量份2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷。本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了改善高溫硫化硅橡膠(HTVSR)的力學性能，提供一種硅橡膠膠復(fù)合材料，通過二氧化硅納米管與高溫硫化硅橡膠進行復(fù)合，提高高溫硫化硅橡膠的力學強度。
文檔編號C08L83/07GK102558874SQ20111042280
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者李建, 汪浩, 鄭俊萍 申請人:天津大學