專利名稱：一種硅橡膠復合材料及提高力學性能的方法
技術領域：
本發明屬于橡膠材料領域，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：
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構使其具有比一般的有機高聚物高得多的對熱、氧的穩定性。和普通橡膠相比，硅橡膠具有以下優點具有耐高低溫、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異性能。由于這些優異的性能，使SR在航空航天、電子電氣、石油化工、生物醫用等高科技領域發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)獨特的管狀結構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點(1)合成SNTs的模板可調，這意味著通過改變反應條件可以實現模板的直徑和長度控制，進而實現SNTs尺寸形貌控制d2)SNTs的管狀結構可以實現內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。對于SNTs的應用，絕大多數的研究集中在生物和環境應用領域，而對于SNTs/聚合物納米復合材料的報道還很少。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，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合材料，通過二氧化硅納米管與高溫硫化硅橡膠進行復合，提高高溫硫化硅橡膠的力學強度。本發明的目的通過下述技術方案予以實現一種硅橡膠復合材料，由下述組分經過混煉、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下繼續靜置lh。所得白色凝膠用大量去離子水反復洗滌直至標準篩中溶液的PH為中性停止。篩中所得白色產物于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。設定工作時間3s，間歇時間為2s，次數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的恒溫環境下，攪拌10h。冷卻至室溫，抽濾。再用乙醇反復洗滌幾次，除去附著在表面未反應的偶聯劑。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，在超聲環境中分散形成穩定的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的鼓風干燥箱內繼續硫化4h，最終得到硅橡膠復合材料。本發明利用二氧化硅納米管對硅橡膠進行改性，SNTs中除了有管狀的結構之外，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復合的時候，球狀粒子會與管狀的SNTs發生旋轉作用，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于白炭黑。除此之外，由于SNTs中的管狀結構是開口的，所以會有一部分SR分子的分子鏈進入到SNTs的管腔內，這也起到了一定的交聯和增強作用。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合力不強，分散效果也不好，本發明采用六甲基二硅氮烷對SNTs改性處理。根據說明書附圖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發生縮合反應，造成Si-OH的分解。另外，HMDS-SNTs在^73(31^1還出現了 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，在紅外譜圖上體現出微弱的變化。以上結果說明HMDS成功的實現了 SNTs的功能化處理。將利用本發明的方法制備的硅橡膠復合材料按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
強度測試結果如下表
權利要求
1.一種硅橡膠復合材料，其特征在于，由下述組分經過混煉、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過混煉、熱壓和硫化成型。
3.根據權利要求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.根據權利要求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，在超聲環境中分散形成穩定的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的鼓風干燥箱內繼續硫化4h，最終得到硅橡膠復合材料。
全文摘要
本發明公開了一種硅橡膠復合材料及提高力學性能的方法，由下述組分經過混煉、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。本發明克服現有技術的不足，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合材料，通過二氧化硅納米管與高溫硫化硅橡膠進行復合，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 優先權日2011年12月16日
發明者李建, 汪浩, 鄭俊萍 申請人:天津大學