沉淀白炭黑理化指标对脱醋酸型硅橡胶性能的影响

孟祥发

（山东中橡高分子材料有限公司 山东 济南 250100）

引言

研究表明，沉淀白炭黑填料的比表面积性能达到200m2/g，才能避免密封胶胶条应力发白的风险，而且该理化指标白炭黑添加量可达到9%工艺量，显著提升硅橡胶的补强性能；同时发现沉淀白炭黑的含水率直接影响到硅橡胶的贮存稳定性，生产前经过长时间高温烘烤将白炭黑含水率降至0.5%以下，才能达到延长硅橡胶贮存期限的效果。

1 实验部分

1.1 主要原料与设备

α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（HO-PDMS），瓦克化学（中国）有限公司；5#工业白油，广东中海南联能源有限公司；二甲基硅油（Me-PDMS），道达宁（中国）有限公司；气相白炭黑（A-150），山东东岳化工有限公司；沉淀白炭黑（Hi-Si1），台湾PPG公司；甲乙基三乙酰氧基硅烷（D-18），湖北新蓝天公司：二丁基二月桂酸锡，吉林华信化工厂[1]。

YSH-5L行星动力混合机，佛山市源圣弘智能装备有限公司；E44.104电子拉伸试验机，美特斯工业系统（中国）有限公司；LX-A邵氏硬度计，北京时代山峰科技有限公司；FM43压流黏度计，瑞士FitechAG;101-2S鼓风干燥烘箱，上海力辰仪器科技有限公司。

1.2 硅橡胶制备

按照配方量要求，分别将107胶、5#工业白油、二甲基硅油等液态原料加入行星动力混合机中，在-0.09MPa左右的真空环境下将物料分散均匀；然后升起设备加入醋酸型交联剂，同样在-0.09MPa左右真空条件下搅拌10min；再次在高速分散过程中缓慢加入气相白炭黑与沉淀白炭黑填料，高速搅拌直至粉团充分融入胶中；最后适量的补充白油并投入二丁基二月桂酸锡，在-0.09MPa左右的真空环境下搅拌20min。卸压出料得到脱醋酸型单组分硅橡胶，用塑料管灌装备用。

1.3 性能测试

表干时间：按照GB/T13477.5-2017《建筑密封材料试验方法第5部分:表干时间的测定》测试，用手指端部轻触胶条上不同部位，记录手指无黏附试样所需时间。

挤出性：按照GB/T13477.4-2017标准，将尖嘴切成直径为（5±0.3)mm的喷嘴，用压流黏度计在（250±10)kPa的气压下，用天平称量出1min时间内所挤出胶的相对分子质量（g/min）。

邵尔A硬度：根据GB/T531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》测试，邵尔A硬度计压在试样3个不同位置，读取平均值。

拉伸强度、断裂伸长率：根据GB/T528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》测试，用拉力试验机将哑铃状或环状标准试片进行拉伸测试。

渗油性：将硅橡胶胶液挤到空白的白纸中，然后用小调刀均匀刮平，放置在室温23℃、湿度50%恒温检测室中，24h后查看空白白纸硅橡胶周边渗油面积。

贮存期：试验中选用鼓风干燥箱做硅橡胶的人工老化性能测试，将试验样品放入到80℃的烘箱中不间断烘烤24h，以此验证硅橡胶的贮存周期。

2 结果与讨论

2.1 白炭黑比表面积对硅橡胶性能的影响

比表面积是考察沉淀白炭黑的重要性能指标，白炭黑在补强的同时直接影响到硅橡胶的物理、力学等性能。试验过程中通过单一法考察了沉淀白炭黑比表面积对硅橡胶力学、光学及吸附性能的影响，选择沉淀白炭黑比表面积理化指标分别为100m2/g、150m2/g、200m2/g共3种填料试样制胶。

2.2 白炭黑工艺量对硅橡胶性能的影响

通过表1试验数据可以看出，沉淀白炭黑原料品种的选择直接影响硅橡胶性能，特别是硅橡胶的应力发白性能。在白炭黑相对分子质量相同情况下，选用白炭黑原料的比表面积值过小，所研制的硅橡胶固化后容易出现返白质量问题[2]。由此可以总结出，填料沉淀白炭黑原料选择对硅橡胶性能至关重要。同时，我们试验探究沉淀白炭黑填料添加量对硅橡胶综合性能的影响。

2.3 白炭黑不同水分含量对硅橡胶性能的影响

综合上述试验可以看出，沉淀白炭黑不仅直接影响了脱酸型硅橡胶的力学性能，而且对硅橡胶的贮存性也有影响。沉淀白炭黑与气相白炭黑一样，都属于二氧化硅原料，粉体表面含有丰富的羟基元素，有着极强的化学吸潮、吸附性[3]。

3 结语

（1）沉淀白炭黑填料的比表面积性能指标与脱酸型硅橡胶力学粘接性能和应力发白现象密切相关。这主要是因为比表面积大小直接影响到沉淀白炭黑的粒径，最终影响到白炭黑在胶粘剂体系中的补强、增稠性和折光效果[4]。

（2）填料沉淀白炭黑的添加虽然可以有效地降低生产成本，但是添加量必须有所控制，避免应力发白或漏油的现象。为了兼顾生产成本与硅橡胶性能两者考虑，试验建议优选比表面积为200m2/g的白炭黑为填料，所制硅橡胶应力发白和渗油风险会更小。

（3）沉淀白炭黑的含水率直接影响到硅橡胶的贮存稳定性，为了达到延长硅橡胶贮存期限的目的，一方面可以通过烘烤将沉淀白炭黑的含水率降至5%以下，另一方面可以通过调整交联剂的工艺，起到去除沉淀白炭黑原料带入的羟基含量效果，延长脱酸型硅橡胶产品的贮存周期。