专利名称：一种硅橡胶复合材料及提高力学性能的方法
技术领域：
本发明属于橡胶材料领域，更具体地说，涉及到一种硅橡胶材料及提高其力学性能的方法。
背景技术：
硅橡胶(Silicone Rubber, SR)作为一种特种橡胶，属于合成橡胶。SR以硅原子和氧原子交替排列为主链的结构使其具有比一般的有机高聚物高得多的对热、氧的稳定性。和普通橡胶相比，硅橡胶具有以下优点具有耐高低温、电气绝缘、耐臭氧、耐辐射、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异性能。由于这些优异的性能，使SR在航空航天、电子电气、石油化工、生物医用等高科技领域发挥着不可替代的作用。通常，SR主要以零维纳米粉体气相二氧化硅(白炭黑)进行补强，但白炭黑价格较贵，且粒径小(5-20nm)，易团聚，不易均勻分散，操作时也容易被吸入人体造成“硅肺”，对健康不利。近年来，研究者将目光投向了其它纳米材料。二氧化硅纳米管(silica nanotubes, SNTs)独特的管状结构与电绝缘性使其也成为SR的一种理想填料。SNTs具有二氧化硅球形粒子所不具有的优点(1)合成SNTs的模板可调，这意味着通过改变反应条件可以实现模板的直径和长度控制，进而实现SNTs尺寸形貌控制d2)SNTs的管状结构可以实现内表面和外表面的差异性功能化处理，而这种处理可以用市售的简单硅烷处理剂实现。对于SNTs的应用，绝大多数的研究集中在生物和环境应用领域，而对于SNTs/聚合物纳米复合材料的报道还很少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，为了改善高温硫化硅橡胶(HTVSR)的力学性能，提供一种硅橡胶胶复合材料，通过二氧化硅纳米管与高温硫化硅橡胶进行复合，提高高温硫化硅橡胶的力学强度。本发明的目的通过下述技术方案予以实现一种硅橡胶复合材料，由下述组分经过混炼、热压和硫化成型制成，100重量份甲基乙烯基硅橡胶生胶、1 5重量份二氧化硅纳米管和0. 5重量份2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基过氧化己烷。—种提高硅橡胶力学性能的方法，按照下述步骤进行将100重量份甲基乙烯基硅橡胶生胶、1 5重量份二氧化硅纳米管和0. 5重量份2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基过氧化己烷经过混炼、热压和硫化成型，具体来说其中二氧化硅纳米管的制备可采用酒石酸铵模板法，如称取定量D，L-酒石酸加入到500ml的烧杯中，加入250ml无水乙醇和3ml去离子水，超声至完全溶解，然后室温条件下加入36. 5g正硅酸乙酯，搅拌均勻后在30°C恒温水浴中静置30min。最后，加入112ml氨水，在30°C下继续静置lh。所得白色凝胶用大量去离子水反复洗涤直至标准筛中溶液的PH为中性停止。筛中所得白色产物于80°C下恒温干燥，即得到二氧化硅纳米管(SNT)；然后利用六甲基二硅氮烷(HMDQ对二氧化硅纳米管(SNT)的表面进行改性，如称取原始未处理的SNTs置于烧杯中，加入300ml无水乙醇，搅拌分散。将配制好的SNTs悬浮液室温下用超声粉碎机超声分散lh。设定工作时间3s，间歇时间为2s，次数99，功率700w。将分散好的SNTs悬浮液倒入三口瓶，加入六甲基二硅氮烷(HMDQ。在60°C的恒温环境下，搅拌10h。冷却至室温，抽滤。再用乙醇反复洗涤几次，除去附着在表面未反应的偶联剂。抽滤，干燥，得到改性后的六甲基二硅氮烷修饰的二氧化硅纳米管；首先将1 5重量份经过表面改性的二氧化硅纳米管与乙酸乙酯溶剂混合，在超声环境中分散形成稳定的SNTs悬浮液，同时将100重量份的甲基乙烯基硅橡胶在乙酸乙酯中溶解，形成硅橡胶的乙酸乙酯溶液。其次，将SNTs悬浮液和硅橡胶溶液混合后搅拌，并升温挥发乙酸乙酯，待乙酸乙酯蒸干后获得SNTs与甲基乙烯基硅橡胶的混合物。第三，将SNTs/SR混合物投入双辊开炼机，加入0. 5重量份的2，5_ 二甲基_2，5_ 二叔丁基过氧化己烷，混炼均勻后获得混炼胶。第四，将混炼胶装入模具，进行硫化，即得硅橡胶复合材料，例如在温度160 200°C，压力5 12MPa的条件下热压5 15min硫化成型，冷却后得到硫化胶片；将硫化胶片放入200°C的鼓风干燥箱内继续硫化4h，最终得到硅橡胶复合材料。本发明利用二氧化硅纳米管对硅橡胶进行改性，SNTs中除了有管状的结构之外，还有一部分球状的二氧化硅粒子存在，这些管状和球状的二氧化硅粒子均勻的分散。当硅橡胶与SNTs复合的时候，球状粒子会与管状的SNTs发生旋转作用，促进了 SNTs在SR基体中分散，因此SNTs在SR基体中的分散性可能优于白炭黑。除此之外，由于SNTs中的管状结构是开口的，所以会有一部分SR分子的分子链进入到SNTs的管腔内，这也起到了一定的交联和增强作用。SNTs的形貌如说明书附
图1所示SNTs为两端开口的方形长直管，直径为200-300nm，长度50 μ m左右。由于SNT属于无机填料，在硅橡胶基体中相容性和结合力不强，分散效果也不好，本发明采用六甲基二硅氮烷对SNTs改性处理。根据说明书附图2所示，处理后的SNTs红外谱线图(b)与未处理SNTs红外谱线(a)相比，在955(^1处的Si-OH峰强度较原始SNTs的955cm—1的峰强度要弱。这是因为，HMDS上的Si-N与Si-OH发生缩合反应，造成Si-OH的分解。另外，HMDS-SNTs在^73(31^1还出现了 C-H键的吸收峰，但峰强度微弱。这是因为，SNTs表面上的Si-OH相对较少，-Si (CH3)3接枝到SNTs上的含量也较少，在红外谱图上体现出微弱的变化。以上结果说明HMDS成功的实现了 SNTs的功能化处理。将利用本发明的方法制备的硅橡胶复合材料按GB/T 528-2009的要求裁切成哑铃状样条，在Testometric公司的M350-20KN拉力实验机上测试力学性能，拉伸强度和剪切
强度测试结果如下表
权利要求
1.一种硅橡胶复合材料，其特征在于，由下述组分经过混炼、热压和硫化成型制成，100重量份甲基乙烯基硅橡胶生胶、1 5重量份二氧化硅纳米管和0. 5重量份2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基过氧化己烷；所述二氧化硅纳米管采用酒石酸铵模板法进行制备，再利用六甲基二硅氮烷对二氧化硅纳米管的表面进行改性。
2.一种提高硅橡胶力学性能的方法，其特征在于，按照下述步骤进行将100重量份甲基乙烯基硅橡胶生胶、1 5重量份二氧化硅纳米管和0. 5重量份2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基过氧化己烷经过混炼、热压和硫化成型。
3.根据权利要求2所述的一种提高硅橡胶力学性能的方法，其特征在于，所述二氧化硅纳米管采用酒石酸铵模板法进行制备，再利用六甲基二硅氮烷对二氧化硅纳米管的表面进行改性。
4.根据权利要求2所述的一种提高硅橡胶力学性能的方法，其特征在于，首先将1 5重量份经过表面改性的二氧化硅纳米管与乙酸乙酯溶剂混合，在超声环境中分散形成稳定的SNTs悬浮液，同时将100重量份的甲基乙烯基硅橡胶在乙酸乙酯中溶解，形成硅橡胶的乙酸乙酯溶液其次，将SNTs悬浮液和硅橡胶溶液混合后搅拌，并升温挥发乙酸乙酯，待乙酸乙酯蒸干后获得SNTs与甲基乙烯基硅橡胶的混合物第三，将SNTs/SR混合物投入双辊开炼机，加入0. 5重量份的2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基过氧化己烷，混炼均勻后获得混炼胶第四，将混炼胶装入模具，进行硫化，即得硅橡胶复合材料，例如在温度160 200°C，压力5 12MPa的条件下热压5 15min硫化成型，冷却后得到硫化胶片；将硫化胶片放入2000C的鼓风干燥箱内继续硫化4h，最终得到硅橡胶复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种硅橡胶复合材料及提高力学性能的方法，由下述组分经过混炼、热压和硫化成型制成，100重量份甲基乙烯基硅橡胶生胶、1～5重量份二氧化硅纳米管和0.5重量份2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷。本发明克服现有技术的不足，为了改善高温硫化硅橡胶(HTVSR)的力学性能，提供一种硅橡胶胶复合材料，通过二氧化硅纳米管与高温硫化硅橡胶进行复合，提高高温硫化硅橡胶的力学强度。
文档编号C08L83/07GK102558874SQ20111042280
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者李建, 汪浩, 郑俊萍 申请人:天津大学