硅酮密封胶油面粘接性的研究

彭小琴，陈　亮，陈炳耀，刘谋武

（1.广东新山禾发展有限公司，广东 中山 528429；2.广东三和化工科技有限公司，广东 中山 528429；3.广东阜和实业有限公司，广东 中山 528434）

硅酮密封胶油面粘接性的研究

彭小琴1，陈亮2，陈炳耀2，刘谋武3

（1.广东新山禾发展有限公司，广东 中山 528429；2.广东三和化工科技有限公司，广东 中山 528429；3.广东阜和实业有限公司，广东 中山 528434）

研究了补强填料、硅烷偶联剂的种类及用量对硅酮密封胶力学性能及油面粘接性能的影响。结果表明，当气相白炭黑的质量分数为15%，硅烷偶联剂ND-2质量分数为1.7%时，硅酮密封胶的油面粘接性能及力学性能均较优。

硅酮密封胶；油面；粘接性；力学性能

硅酮密封胶因其形状不受接合面限制，粘接牢固，使用便捷，优异的耐热性及生理惰性等特点被广泛应用于汽车、摩托车等机动车辆的发动机、变速箱、油箱底壳静密封等方面［1］。由于普通的硅酮密封胶对零部件表面的油膜比较敏感，油膜的存在会降低其对工件的粘接性能，因此改善硅酮密封胶的油面粘接性能势在必行。

所谓油面粘接即将胶体涂在附着油类的材料表面，胶体吸收油类后，对材料表面保持着相当高的粘接密封性。本研究通过对填料、硅烷偶联剂的种类及用量的选择来提高硅酮密封的油面粘接性能，考查了各组分对油面粘接性能的影响，制备出耐油污能力强的硅酮密封胶。

1　实验部分

1.1主要原料

107室温硫化硅橡胶，黏度50 000 mPa·s，江西星火有机硅厂；甲基三丁酮肟基硅烷，工业级，曲阜晨光化工科技有限公司；气相白炭黑，工业级，万载县辉明化工有限公司；纳米碳酸钙（n-CaCO3），工业级，江西九峰碳酸钙有限公司；超细云母粉，工业级，广州拓亿贸易有限公司；二乙胺基甲基三乙氧基硅烷（ND-22），工业级，南京优普化工有限公司；γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）、γ-巯丙基三乙氧基硅烷（KH-580），工业级，武汉晨矽化学有限公司；催化剂，自制。

1.2实验设备

实验型强力分散机，QF-5，佛山市金银河机械设备有限公司；高速分散釜，NX-5，佛山市金银河机械设备有限公司；实验型压料机，YLJ-5，佛山市金银河机械设备有限公司；UT2080型电脑控制拉力机，天惠试验机械有限公司；邵尔A型硬度计，天发试验机械有限公司。

1.3硅酮密封胶的制备

将107室温硫化硅橡胶、无机填料混合均匀，加热抽真空脱水，制备成硅酮密封胶基料，待基料冷却到40 ℃以下，再加入交联剂、硅烷偶联剂、催化剂等原料，抽真空，分散搅拌均匀后，制得成品，将成品胶浆通过实验型压料机压入塑料管内密封保存，待检测。

1.4性能测试

（1）拉伸性能：将试样制成哑铃状，按GB/T528—1998以500 mm/min的拉伸速度在电脑控制拉力实验机上测试；

（2）剥离强度（τ）：将胶样均匀涂在面积为100 mm×75 mm的铁片上，涂抹厚度约为2 mm，再将涂好胶样的布条放在已涂胶样的铁片上，轻轻均匀挤压布条和胶样，直至胶样的厚度达到1.5 mm，除去多余胶样，在标准条件下养护28 d，然后将护养后的样品按GB/T13477.18—2002以50 mm/min的拉伸速度在电脑控制拉力试验机上测试，剥离强度越大，实验样品粘接性能越好；

（3）油面粘接性：在铁片均匀涂上机油，参照GB/T13477.18—2002方法测试油面剥离强度（τ′），剥离强度损失率计算公式：损失率（%）=（τ-τ′）/ τ，损失率越小说明油面粘接性越强。

2　结果与讨论

2.1补强填料种类的选择

补强填料是硅酮密封胶中不可缺少的重要组成成分，未加补强填料的硅酮密封胶力学性能较弱。选择气相白炭黑、纳米碳酸钙和超细云母粉为补强填料，补强填料的基本性能及当W（填料）=15%时对硅酮密封胶力学性能影响如表1和表2所示。

表1　补强填料基本性能Tab.1　Properties of reinforcing fillers

表2　补强填料对硅酮密封胶力学性能影响Tab.2　Effect of reinforcing fillers on mechanical properties of silicone sealant

由表2可见，加入气相白炭黑的硅酮密封胶拉伸强度和断裂伸长率均较加入超细云母粉的硅酮密封胶好，这可能由于添加补强填料粒径越小、活性越大，填料粒子对硅橡胶的吸附力越大，通过大分子在填料表面的滑移降低应力集中，硅酮密封胶的拉伸强度提高了［2］。从表1、2可以看出虽然气相白炭黑与纳米碳酸钙的粒径相差不大，由于气相白炭黑表面有较多的硅羟基，其粒子与聚硅氧烷分子可产生强的相互作用，使得硅酮密封胶的力学强度增大了。

提高硅酮密封胶油面粘接性能一个重要的因素就是提高胶体对油膜的吸收能力，本研究认为吸油量的大小会影响硅酮密封胶对油膜分子的吸收，从而影响油面粘接强度。由表2可看出，添加气相白炭黑的硅酮密封胶的油面粘接损失率远远低于添加其他2种填料的硅酮密封胶，表明填料吸油量越大，对油面的粘接性能越强。综上所述，气相白炭黑为较理想的补强填料。

2.2气相白炭黑用量对硅酮密封胶性能影响

在其他条件不变的情况下，气相白炭黑的用量对硅酮密封胶性能影响见表3和图1。

由表3可知，随着气相白炭黑用量的增加硅酮密封胶拉伸强度及剥离强度均呈先增后减趋势，而由图1可知，硅酮密封胶粘接强度损失率呈先减后增的趋势，当w（气相白炭黑）=15%时，其拉伸强度最大，而此时粘接强度损失率最低，当w（气相白炭黑）＞20%时，其拉伸强度及油面剥离强度均呈一定的下降趋势，经分析认为可能由于气相白炭黑含量过多，导致其在硅橡胶中分散不均匀，粒子在聚硅氧烷分子中部分聚集，使得气相白炭黑与聚硅氧烷分子的作用力降低，从而影响硅酮密封胶粘接性能，综上所述气相白炭黑的添加量为15%较为合适。

图1　气相白炭黑用量对油面粘接强度降低率的影响Fig.1 Effect of fumed silica amount on decreasing percent of bonding strength to oiled surfaces

2.3硅烷偶联剂的选择

本研究在硅酮密封胶中添加一定量的硅烷偶联剂，以提高硅酮密封胶与金属的粘接性能。其他条件不变，当W（硅烷偶联剂）=1.7%时对硅酮密封胶性能影响如表4所示。

从表4可以看出，使用ND-22硅烷偶联剂的硅酮密封胶的拉伸强度及剥离强度均比其他2种要好，从破坏方式看，加入其他2种硅烷偶联剂的硅酮密封胶粘接破坏方式均为界面破坏，而使用ND-22的硅酮密封胶的粘接破坏方式为内聚破坏，这可能是由于ND-22为氨基硅烷偶联剂，其氨基能够提供氢原子形成氢键，有效的增大了硅酮密封胶与金属的粘接强度，从而有效的提高了密封性能。从表4还可以发现添加ND-22的硅酮密封胶对油面的损失率较添加其他2种硅烷偶联剂的低，且油面剥离强度要高很多，所以使用ND-22硅烷偶联剂较为合适。

表4　不同硅烷偶联剂对硅酮密封胶性能影响Tab.4　Effect of silane coupling agents on mechanical properties of silicone sealant

2.4硅烷偶联剂用量对硅酮密封胶性能影响

由表5可见，随着ND-22硅烷偶联剂的增加，硅酮密封胶的粘接破坏方式由界面破坏逐渐过渡为内聚破坏，且油面剥离强度越来越高。但随着ND-22的增加，密封胶的拉伸强度及断裂伸长率却呈现先增大后减小的趋势，当W（ND-22）=1.7%时，硅酮密封胶的拉伸强度和断裂伸长率均达到最大值。这可能由于硅烷偶联剂水解产生的羟基与白炭黑表面的羟基连接在一起，且硅烷偶联剂中的有机活性基团与硅橡胶相互结合，从而使白炭黑与硅橡胶的结合力加强，提升了其力学性能［3］，若硅烷偶联剂过量时，它对107室温硫化硅橡胶类似增塑作用会进一步加强，使硅橡胶大分子之间相互作用变弱，导致硅橡胶力学性能下降。当ND-22的添加量为1.7%时，硅酮密封胶的力学性能及油面粘接性能均较优。

表5　ND-22用量对硅酮密封胶性能影响Tab.5　Effect of ND-22 amount on silicone sealant performance

3　结论

（1）填料吸油量对硅酮密封胶油面粘接性能影响较大，当气相白炭黑质量分数为15%时，硅酮密封胶油面剥离强度损失率较低；

（2）添加一定量的硅烷偶联剂可增加硅酮密封胶的油面粘接性，当硅烷偶联剂ND-2质量分数为1.7%时，硅酮密封胶油面剥离强度可达到7.7 N/mm，依然具有较强的油面粘接性。

［1］抚顺哥俩好化学有限公司.单组份耐高温免垫片胶及其制备［P］.中国：CN102093837A，2013.

［2］马凤国，刘春霞.脱醇型室温硫化导热硅橡胶的研究［J］.有机硅材料，2008，22（4）：218-219.

［3］颜和祥，张勇，等.硅烷偶联剂及其对白炭黑的改性研究进展［J］.橡胶工业，2004，51（6）：376-379.

Study on adhesion of silicone sealants to oiled surfaces

PENG Xiao-qin1， CHEN Liang2， CHEN Bing-yao2， LIU Mou-wu3
（1.Guangdong New Swan Devel Co.， Ltd.， Zhongshan， Guangdong 528429， China； 2.Guangdong SANVO Chemical Technology Co.， Ltd.， Zhongshan， Guangdong 528429， China； 3.Guangdong FUVO Industrial Co.， Ltd.， Zhongshan，Guangdong 528434， China）

The influence of the type and amount of reinforcing fillers and silane coupling agents on the mechanical strength and adhesion properties of silicone sealants to the oiled surfaces was investigated. The results showed that the adhesion properties to oiled surfaces and the mechanical strength of silicone sealants were all better when the mass fractions of fumed silica and ND-22 were 15% and 1.7%， respectively.

silicone sealant； oiled surfaces； adhesion； mechanical strength

TQ436+.6

A

1001-5922（2015）09-0052-04

2015-02-08

彭小琴（1972-），女，工程师，主要从事硅酮密封胶的研究。E-mail：1052514610@qq.com。通讯联系人：刘谋武（1989-），男，主要从事硅酮密封胶的研究。E-mail：651728105@qq.com。