硅烷化环氧端羟基聚丁二烯/硅橡胶复合材料的制备与性能研究

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室温硫化苯基硅橡胶具有良好的耐烧蚀性、阻尼性、耐辐照以及电气绝缘性等优点,因此在发动机防护、机械制造、生物工程等领域得到广泛应用,是特种硅橡胶的重要品种。但由于室温硫化苯基硅橡胶自身结构的影响,其粘接性能等较差,限制了进一步的应用。近年来针对提高室温硫化硅橡胶的粘接性能的研究已成为热点,本文利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷与环氧端轻基聚丁二烯(环氧丁轻胶)进行反应,制备了硅烷化环氧丁羟胶,在保证相容性的前提下充分发挥环氧丁轻胶的极性和剩余环氧基团的反应特性,提高苯基硅橡胶的粘接性能,同时论文还探究了硅藻土、空心玻璃微珠、陶瓷纤维、氧化铁四种无机填料对硅橡胶性能的影响,探讨了复合材料织态结构与性能之间的关系,优化实验工艺配方,在保证耐温性能损失不大的前提下,大幅提高了材料的粘接性能。具体研究工作如下:以环氧丁羟胶和γ-氨丙基三乙氧基硅烷为原料,通过环氧基-氨基反应制备了三种不同环氧值的硅烷化改性产物,并用红外光谱、核磁氢谱以及特性粘度等,对产物的结构和分子量进行了表征,结果表明,氨基硅烷与环氧丁羟胶的环氧基有良好的反应活性,经测定,产物的环氧值与设计值相近。将合成得到的硅烷化环氧丁羟胶加入液体苯基硅橡胶中,以正硅酸乙酯为交联剂,二月桂酸二丁基锡为催化剂,探讨了复合体系的固化行为,并对其机械性能、粘接性能、热性能以及动态力学性能等进行了表征,结果表明硅烷化环氧丁轻胶对硅橡胶的性能有显著的影响。与未加入改性产物的硫化胶空白样对比:(1)材料的力学性能有大幅提升。加入6phr环氧值为0.101的硅烷化环氧丁羟胶后硅橡胶复合材料的拉伸强度提高了 31.3%,撕裂强度提高了 1 1.4%;(2)材料的粘接性能显著提高。材料对铝合金的拉伸剪切强度最高为0.64MPa,提升了 146%,对碳钢的拉伸剪切强度最高达到了 1.22MPa,提升了 269%;(3)材料的阻尼因子随着改性环氧丁轻胶的含量的增加出现先增加后减小的趋势,在玻璃化转变温度附近,阻尼因子峰值最大值达到1.31。为进一步提高材料的性能,在以上研究工作的基础上,论文分别考察了羧酸体系、脱酮肟体系以及脱酮肟-光固化体系对硅烷化环氧丁羟胶改性室温硫化苯基硅橡胶复合材料性能的影响,探究不同交联网络与材料结构与性能之间的关系。开发了脱酮肟-光固化新型双交联固化体系,并对复合材料的结构进行表征。FI-IR表明在紫外光条件下,复合体系中的乙烯基成功引发,与缩合形成的Si-O-Si交联体系形成双交联网络。粘接性能测试表明,脱酮肟体系对铝合金的拉伸剪切强度达到了 0.97MPa,脱羧酸体系对碳钢的拉伸剪切强度达到了1.08MPa。此外,由于脱酮肟-光固化形成了两种交联网络,交联密度进一步提升,同时也具有更好的热稳定性。为进一步提高改性苯基硅橡胶的耐温性能,论文探究了硅藻土、空心玻璃微珠、陶瓷纤维、氧化铁等填料对硅烷化环氧丁羟胶/苯基硅橡胶性能的影响,制备出一系列改性室温硫化苯基硅橡胶复合材料,并通过正交实验对影响复合材料性能的因素进行表征分析。研究表明,与空白样相比,加入不同的填料后多数样品的撕裂强度得到提高;材料的5%失重温度最大提高了 45.76℃,1 0%失重温度最大提高了 55.58℃,而最大速率失重温度提升31.95℃;材料的极限氧指数最高达到了 23.5%,无法在空气中持续燃烧。材料在氧乙炔火焰烧蚀测试下,线烧蚀率最小值仅为0.106mm/s,在机械性能提高的同时,表现出良好的耐烧蚀性能。
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