硅橡膠具有獨特的綜合性能,尤其是硅橡膠的生物相容性更是一種關鍵的特性,它已成功地用于其它橡膠用之無效的場合,解決了許多技術問題,滿足了現(xiàn)代工業(yè)和日常生活的各種需要。與其它橡膠一樣,硅橡膠可加工成各種型材、膠管、膠條、膠輥、膠布等制品;室溫硫化型硅橡膠可就地大面積施工,使用方便。在可持續(xù)方面, 硅橡膠具有很多優(yōu)異的性能,但價格較高,因此廢膠的再生利用,對節(jié)約原材料、降低生產成本具有經濟意義。硅橡膠再生工藝過程包括精選、切塊、裂解、精制和配料。即首先將廢膠進行清洗,去除垃圾和雜質,然后進行挑選和分類,切成小塊,送往裂解。裂解的方法很多,有機械軋煉裂解、直接蒸汽熱裂解、干熱裂解和化學裂解等。
一、應用領域:
(1)汽車工業(yè)
硅橡膠在汽車工業(yè)中的應用增長速度很快,硅橡膠(特別是具有各種特性的硅橡膠)可耐燃油、潤滑油的侵蝕,提高汽車各部件的使用性能,降低維修費用?？捎糜谄圏c火線、火花塞保護罩、加熱及散熱器用軟管、消聲器襯里、蓄電池接頭以及用氟硅橡膠制的加油泵等。隨著車輛電子電氣化的發(fā)展,室溫硫化硅橡膠廣泛用于電子零件、電氣裝配件的灌封料、風擋玻璃、車體四周密封及反射鏡等處的粘接密封劑。
(2)電子、電氣工業(yè)
硅橡膠因具有耐熱洗滌液性能,目前已廣泛用于洗碗機和洗衣機的泵用密封上。硅橡膠非常適于用作咖啡鍋、電氣油炸鍋和蒸汽熨斗等用具上的墊圈。立體聲耳機耳部和頭部的襯墊改用硅橡膠,能排除外界雜音,且柔軟舒適。
(3)宇航工業(yè)
硅橡膠是宇航工業(yè)中不可缺少的高性能材料,它能承受太空的超冷和返回大氣層的灼熱,延長飛機零件壽命,降低檢修保養(yǎng)費用,減少意外事故。主要用于飛機機體孔穴密封件、電接頭、密封開關、防塵和防水罩、墊圈墊片、噴氣式引擎和液壓裝置的“O”型密封環(huán)、氧氣面罩、調控膜片、熱空氣導管和雷達無線減震器等。耐燒灼硅橡膠適用于作火箭燃油閥門、動力源電纜和火箭發(fā)射井蓋涂層,以免受火箭噴射流的燒灼。室溫硫化硅橡膠可作為機體氣密性密封、窗框密封和防震、防潮灌封材料。
(4)建筑工業(yè)
硅橡膠具有良好的耐候性和施工性,作為粘接密封劑在建筑工業(yè)中得到了廣泛應用,超過了其它類型的密封劑。近年來,又開發(fā)了低模量高伸長型雙組分密封劑,它用于接縫移動大的混凝土預制件和幕墻等大型構件。室溫硫化硅橡膠還用于石棉水泥板連接處的密封、浴室磚縫和盥洗用具的密封。隨著今后橡膠價格的下降,將進一步擴大應用范圍,如在公路接縫的應用中替代瀝青和氯丁橡膠。高溫硫化型硅橡膠海綿條用作建筑物的門窗密封嵌條。
(5)醫(yī)療領域
硅橡膠具有良好的生物相容性,對機體反應小,性能穩(wěn)定,血凝性低,能承受高溫高壓多次蒸煮,而且能加工成各種形狀的制品,如薄膜、海綿、氣囊,是目前醫(yī)學上應用最廣的一種材料。
(6)其它領域
除了上述各種應用外,硅橡膠在紡織、印刷、機械、塑料、化學、造紙及食品和化妝等領域的應用也明顯增加。典型的產品是用硅橡膠制成的輥筒,用作織物、塑料的熱定型、壓紋、壓延和復印機的定影。硅橡膠薄膜制成的氣調窗已用于貯存果品蔬菜。此外,硅橡膠在紡織高溫設備以及在堿、次氯酸鈉和雙氧水濃度較高的設備上作密封材料也取得良好的效果。
二、可持續(xù)性以及發(fā)展性
硅橡膠具有很多優(yōu)異的性能,但價格較高,因此廢膠的再生利用,對節(jié)約原材料、降低生產成本具有經濟意義。
硅橡膠再生工藝過程包括精選、切塊、裂解、精制和配料。即首先將廢膠進行清洗,去除垃圾和雜質,然后進行挑選和分類,切成小塊,送往裂解。裂解的方法很多,有機械軋煉裂解、直接蒸汽熱裂解、干熱裂解和化學裂解等。其中以前兩種較為常用和簡便,著重介紹如下。
(1)機械軋煉裂解
機械軋煉裂解可在普通軋煉機上進行。即將切成小塊的廢膠放在煉膠機上軋煉,開始時輥距要大些,待膠料包輥后,減小輥距。當扎得較細碎時,即可薄通。待逐漸形成連續(xù)帶狀后,就可下片存放。該法的缺點是采用氣相法白炭黑的廢膠不易軋碎,軋煉時間長。為了縮短軋煉時間,提高軋煉再生效率和再生膠質量,可在軋煉過程中適當(10%左右)加入沉淀法白炭黑,使軟硬不同的膠料軋碎混合,縮短再生時間。
(2)直接蒸汽熱裂解
直接蒸汽熱裂解是將廢膠料小塊放入壓力約0.5MPa(溫度150～160℃)的蒸汽硫化罐中處理3～4h。如果廢橡膠硬度較高,可適當延長處理時間,但不宜過長,以免廢橡膠過度降解,性能變差。經熱處理的廢橡膠再在煉膠機上充分軋碎,待包輥后再薄通出片。在軋碎時一般可加入少量酒精,使其增加機械摩擦,提高軋煉效率。若遇粘輥可加一些白炭黑或其它無機填料。該法制得的再生膠質量均勻,塑性大,缺點是加工處理時間長,存放后很難返煉。如果在膠料中加入結構控制劑,如二苯基硅二醇或羥基硅油,則較易返煉。
再生膠性能一般比生膠差,拉伸強度、扯斷伸長率、撕裂強度和抗壓縮永久變形性能均較低,硬度較大。其拉伸強度一般為2.9～3.8
MPa,扯斷伸長率為100%～150%。隨填料用量增大,硬度增大,扯斷伸長率降低。當單用再生膠時,除加入補強劑白炭黑外,還可加入弱補強性填充劑(如二氧化鈦或氧化鋅50～100份),以降低成本。并應加入適量的硫化劑(比一般生膠增加約1倍),以便使硫化膠保持一定的硬度。當生膠中摻用30%～50%再生膠時,其硫化膠的物理性能變化不大(僅拉伸強度和扯斷伸長率稍低),能耐250～300℃的高溫老化。再生膠最高摻用量可達70%～80%。再生膠可單獨用于制造膠板,不宜單獨用作擠出制品。若再生膠經過過濾后與生膠并用,則可用來制造擠出制品。
硅橡膠具有卓越的耐高低溫、耐臭氧、耐氧、耐光和耐候老化性能,優(yōu)良的電絕緣性能,特殊的表面性能和生理惰性以及高透氣性,應用范圍廣泛。但硅橡膠的拉伸強度和撕裂強度偏低,耐酸堿性較差,制造復雜產品時加工工藝性能也較差,近年來世界各國為此進行了許多改進研究工作,并取得了一些成果。
(1)利用有機硅與其它單體或聚合物的共聚(共混),獲得了新的聚合(共混)物。例如,有機硅與聚碳酸酯的嵌段共聚物可作為選擇性透氣膜;有機硅與乙丙橡膠共混物的特性介于硅橡膠與乙丙橡膠之間;將硅橡膠與EVA共混,制得的共混物具有優(yōu)良的物理性能、電性能、耐高溫老化性能和熱收縮性,經過適當配合可賦予優(yōu)良的阻燃性能。利用耐高溫的硅橡膠與高拉伸強度的PMMA制造互穿聚合物網(wǎng)格,改善了硅橡膠的強度和PMMA的耐熱性,通過合成聚二甲基硅氧烷(PDMS)/聚苯乙烯(PS)互穿聚合物網(wǎng)絡,提高了有機硅網(wǎng)絡的力學和彈性性能。
(2)通過改進配合技術,研制出高強度、高抗撕裂、低壓縮變形等性能良好以及耐高溫、耐超低溫、阻燃、導熱和熱收縮硅橡膠等各種專用性強的新品種。
純硅橡膠不具備大多數(shù)應用所要求的機械強度,因此需要增強。傳統(tǒng)的增強方法是在硅橡膠固化之前加入補強填料,然后進行混煉、硫化等工藝。但耗時、耗能,污染環(huán)境,而且難以控制填料在膠料中的分散和聚集的程度。研究表明,沉淀法白炭黑、沉淀法二氧化鈦和鐵氧體、沸石和氧化鋁等填料對硅橡膠有較好的增強作用。
(3)在改善加工性能方面,研制了不需二段硫化的硅橡膠、顆粒硅橡膠(又稱粉末橡膠) 以及基于含乙烯基聚硅氧烷和含氫硅氧烷之間的催化加成反應,發(fā)展了硅橡膠液體注射成型系統(tǒng)。采用加成型雙組分體系,研制成觸變性好、施工性能優(yōu)異和使用方便的膩子型制模硅橡膠。
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