专利名称：耐高低温高阻尼硅橡胶的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐高低温高阻尼硅橡胶，具体而言，本发明涉及一种具有高的吸能减振降噪功能的高阻尼热硫化有机硅混炼胶，该硅橡胶尤其适合用作航空航天装置上的阻尼减振材料。
背景技术：
普通的硅橡胶一般具有优良的耐高低温性能，能适应一些特殊环境中的应用，如航空航天飞行器等，但其减振降噪性能很差。而通常作为阻尼减振材料的有机高分子聚合物多为聚氨酯或聚烯基树脂等，虽然在特定的温度范围内具有优秀的阻尼减振性能，但其显著的缺点在于耐温范围狭窄，一般在-20℃以下或60℃以上其阻尼减振性能和机械力学强度都显著下降，特别不适合用作航空航天装置上的阻尼减振材料。
为了提高硅橡胶的阻尼减振性能，国内外都有过大量的研究。例如由日本专利特公昭63-218762所公开的专利发明以聚四氟乙烯粉末参入硅橡胶配方体系中，使其阻尼因子tanδ由0.1提高到0.115～0.2之间，但是其阻尼性能仍然偏低。日本专利特开平3-281663以硫化的丁基橡胶粉末或氟橡胶粉末参入硅橡胶 配方中，得到改善共振频率及振动传递率的温度依存性明显减小的减振用硅橡胶，但是其低温范围仅达到-30℃，更低温度下的情况并不明确。由于其所参入的丁基橡胶、氟橡胶的耐低温性能都不是太好，在-50℃下都已结晶变脆，故可以估计其改性的硅橡胶在低达-50℃的低温下，阻尼减振性能将恶化。日本专利特开2002-60624中，以不含脂肪族不饱和基团的甲基苯基聚硅氧烷生胶为主要成份、配以少部份含乙烯基的聚硅氧烷和其它辅助成份如结构控制剂、补强填料、过氧化物交联引发剂等构成的热硫化硅橡胶组合物，其阻尼因子有大幅度的提高，tanδ从普通的0.15提高到了0.5以上。但是由于其交联密度的限制，其拉伸强度都不到1.5MPa，还可能存在压缩永久变形过大的问题。这样它的应用范围将会受到限制，特别是不适用于有一定负重的减振器、减振垫。因为这类器件对材料有较高的力学强度和压缩永久变形要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高低温高阻尼硅橡胶，该硅橡胶具有高强度、压缩永久变形小(≤20％)和在-50～100℃温度范围内有高阻尼特性(tanδ≥0.2)等特点，能够用于制备基于航天用途的阻尼减振器。
本发明的具体技术方案如下一种耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料经捏合、混炼后，在3～14MPa压力下160～180℃之间先硫化15分钟、脱模后于200℃的温度下再硫化4小时制得的，有机基聚硅氧烷 55～70％白炭黑 25～38％含羟基的聚硅氧烷或硅烷 0～7.6％过氧化物交联引发剂 0.4～3.0％
和/或氧化铁≤4％所述有机基聚硅氧烷为基础聚合物，其链节通式由R1xR2ySiO(4-x-y)/2表示(x+y为1～3的正整数)，其中，R1是1价烷基如甲基、乙基等，R2是1价不饱和基团如苯基、乙烯基、烯丙基等。这种聚硅氧烷中苯基含量在5～15mol％之间、乙烯基含量在0.05～0.23mol％之间。聚合物分子量为45～60万。
所述白炭黑为补强填料，其表面经过硅氮烷疏水处理，包括平均粒径5～30nm、比表面积360～440m2/g的气相法白炭黑和/或平均粒径5～30μm、比表面积170～220m2/g的沉淀法白炭黑。
所述含羟基的聚硅氧烷或硅烷为结构控制剂，其通式为HO[(C6H5)2SiO]n[(CH3)2SiO]mH，其中，n为1～20，m为0～20，如二苯基二羟基硅烷。
所述过氧化物交联引发剂为有机硅混炼胶通用的过氧化物，如过氧化二叔丁基、过氧化异丙苯、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷等。其具体用量因过氧化物种类不同而略有差异。
所述氧化铁为热稳定剂，用以染色或者提高硅橡胶的耐热性。
本发明的优点在于本发明通过对有机基聚硅氧烷原料中1价烷基及1价不饱和基团含量的有效控制，从而获得了本发明耐温范围广，阻尼减振性能和机械力学强度均不会随温度的改变而下降的硅橡胶，即该硅橡胶具有吸能减振降噪功能强，低压缩永久变形小(≤20％)和在-50～100℃温度范围内有高阻尼特性(tanδ≥0.2)、高机械强度等特点，尤其适用于制备基于航天用途的阻尼减振器。
以下为本发明硅橡胶各项指标所依据的测试标准及方法1、力学性能按国标所规定的方法测试表征其中，拉伸强度和断裂伸长率按GB/T 528-1998、撕裂强度按GB/T 529-1991、邵尔A硬度按GB/T 531-1992的方法测定。
2、压缩永久变形以如下方法测试表征按固定硫化条件(3～14MPa压力下160～180℃之间先硫化15分钟、脱模后于200℃左右再硫化4小时)成型为直径φ28mm、高hO＝12.4mm的圆柱形样片，然后置此样片于两不锈钢压板之间均衡压缩至hS＝9.4mm，再将整个压板置于100℃烘箱中加热22小时，取出后松开压板，将试样片在室温常压下恢复2小时以上，测量恢复后的样片高度hL，压缩永久变形由下式计算C％＝100×(hO-hL)/(hO-hS)相关的阻尼损耗因子通过动态粘弹谱实验D.M.A测定。测试样按上述硫化条件硫化成型为直径φ10mm、高8mm的圆柱形胶样，用动态热机械测试仪以压缩形变模式测试40Hz、压缩变形率0.3％、从-90℃到100℃温度范围的储能模量、损耗模量及相应损耗因子tanδ。
具体实施例方式实施例1一种耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料甲基苯基乙烯基聚硅氧烷(其中苯基含量7.24％、乙烯基含量0.19％分子量48万)100重量份，白炭黑(硅氮烷表面疏水处理，下同)40重量份，二苯基二羟基硅烷4重量份，经捏合机捏合均匀得到混炼胶。每100重量份这种混炼胶添加2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷0.5重量份，在开炼机上充分混炼至均匀后，经过上文所述固定硫化条件硫化制得测试样片。测试其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、邵尔A硬度、压缩永久变形、各温度段阻尼损耗因子tanδ等，见表1。
所述甲基苯基乙烯基聚硅氧烷的制备方法为在附有毛细插底管、温度计及与真空系统相连的反应瓶中，加入由二甲基二氯硅烷与二苯基二氯硅烷共水解缩合及催化裂解得到的混合环体(Me2SiO)a(Ph2SiO)b(a，b＝1～3，a+b＝4)，再加入按配比量的(Me2SiO)4、(MeViSiO)4以及Me3SiO(Me2SiO)2～5SiMe3，使体系内Ph2SiO链节摩尔数为7.24％，MeViSiO链节摩尔数为0.19％，最后加入按总投料质量0.01％的四甲基氢氧化铵催化剂，将系统减压，毛细管内通入氮气，升温保持48～50℃下脱水30分钟，而后升温至100℃聚合约2小时。结束反应后升温至170～180℃及2.66kPa下破坏催化剂及拔除低沸物，得到甲基苯基乙烯基聚硅氧烷。
实施例2一种耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料按实施例1所述合成方法制备的甲基苯基乙烯基聚硅氧烷(其中苯基含量7.24％、乙烯基含量0.19％，分子量48万)100重量份，白炭黑45重量份，二苯基二羟基硅烷9重量份，经捏合机捏合均匀得到混炼胶。每100重量份这种混炼胶添加2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷0.5重量份，在开炼机上充分混炼至均匀后，经过上文所述固定硫化条件硫化制得测试样片。测试其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、邵尔A硬度、压缩永久变形、各温度段阻尼损耗因子tanδ等，见表1。
实施例3一种耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料按实施例1所述合成方法制备的甲基苯基乙烯基聚硅氧烷(其中苯基含量7.24％、乙烯基含量0.19％，分子量48万)100重量份，白炭黑50重量份，二苯基二羟基硅烷5重量份，经捏合机捏合均匀得到混炼胶。每100重量份这种混炼胶添加2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷0.5重量份，在开炼机上充分混炼至均匀后，经过上文所述固定硫化条件硫化制得测试样片。测试其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、邵尔A硬度、压缩永久变形、各温度段阻尼损耗因子tanδ等，见表1。
实施例4一种耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料按实施例1所述合成方法制备的甲基苯基乙烯基聚硅氧烷(其中苯基含量7.24％、乙烯基含量0.19％，分子量48万)100重量份，白炭黑60重量份，二苯基二羟基硅烷6重量份，氧化铁1.7重量份，经捏合机捏合均匀得到混炼胶。每100重量份这种混炼胶添加2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷0.5重量份，在开炼机上充分混炼至均匀后，经过上文所述固定硫化条件硫化制得测试样片。测试其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、邵尔A硬度、压缩永久变形、各温度段阻尼损耗因子tanδ等，见表1。
实施例5一种耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料按实施例1所述合成方法制备的甲基苯基乙烯基聚硅氧烷(其中苯基含量7.15％、乙烯基含量0.10％，分子量48万)100重量份，白炭黑50重量份，二苯基二羟基硅烷5重量份，经捏合机捏合均匀得到混炼胶。每100重量份这种混炼胶添加2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷0.5重量份，在开炼机上充分混炼至均匀后，经过上文所述固定硫化条件硫化制得测试样片。测试其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、邵尔A硬度、压缩永久变形、各温度段阻尼损耗因子tanδ等，见表1。
实施例6一种耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料按实施例1所述合成方法制备的甲基苯基乙烯基聚硅氧烷(其中苯基含量7.15％、乙烯基含量0.10％，分子量48万)100重量份，白炭黑60重量份，二苯基二羟基硅烷12重量份，经捏合机捏合均匀得到混炼胶。每100重量份这种混炼胶添加2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷0.5重量份，在开炼机上充分混炼至均匀后，经过上文所述固定硫化条件硫化制得测试样片。测试其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、邵尔A硬度、压缩永久变形、各温度段阻尼损耗因子tanδ等，见表1。
实施例7一种耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料按实施例1所述合成方法制备的甲基苯基乙烯基聚硅氧烷(其中苯基含量10.01％、乙烯基含量0.19％，分子量49万)100重量份，白炭黑60重量份，二苯基二羟基硅烷12重量份，经捏合机捏合均匀得到混炼胶。每100重量份这种混炼胶添加2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷0.5重量份，在开炼机上充分混炼至均匀后，经过上文所述固定硫化条件硫化制得测试样片。测试其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、邵尔A硬度、压缩永久变形、各温度段阻尼损耗因子tanδ等，见表1。
实施例8 对比试验比较例1一种硅橡胶由下述重量配比的原料制得市售甲基苯基乙烯基聚硅氧烷(商品名120-1苯基硅橡胶，其中苯基含量3.09％、乙烯基含量0.16％，分子量50万)100重量份，白炭黑60重量份，二苯基二羟基硅烷12重量份，经捏合机捏合均匀得到混炼胶。每100重量份这种混炼胶添加2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷0.5重量份，在开炼机上充分混炼至均匀后，经过上文所述固定硫化条件硫化制得测试样片。测试其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、邵尔A硬度、压缩永久变形、各温度段阻尼损耗因子tanδ等，见表1。
比较例2一种硅橡胶由下述重量配比的原料制得市售甲基苯基乙烯基聚硅氧烷(商品名120-2苯基硅橡胶，其中苯基含量7.70％、乙烯基含量0.24％，分子量51万)100重量份，白炭黑60重量份，二苯基二羟基硅烷12重量份，经捏合机捏合均匀得到混炼胶。每100重量份这种混炼胶添加2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷0.5重量份，在开炼机上充分混炼至均匀后，经过上文所述固定硫化条件硫化制得测试样片。测试其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、邵尔A硬度、压缩永久变形、各温度段阻尼损耗因子tanδ等，见表1。
表1
在比较例1中，甲基苯基乙烯基聚硅氧烷中苯基的含量为3.09％，低于本发明控制的最低值5％，而在对比例2中，甲基苯基乙烯基聚硅氧烷中乙烯基的含量为0.24％，高于本发明控制的最高值0.23％。从表1可看出虽然实施例与比较例的测试结果，在力学性能上没有太大差异，只是在对等配方的情况下，邵尔A硬度比比较例稍小。但是在损耗因子上，差别明显。比较例1和2在低温区的损耗因子tanδ都较小，低于0.2，在常温区也相对小得多，就是在高温区，也是偏小的。此结果表明，本发明硅橡胶具有较好的减振、防振性能，而且由于其压缩永久变形比较小，适用于制作减振器。
权利要求
1.一种耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料经捏合、混炼后，在3～14MPa压力下160～180℃之间先硫化15分钟、脱模后于200℃的温度下再硫化4小时制得的有机基聚硅氧烷55～70％白炭黑25～38％含羟基的聚硅氧烷或硅烷0～7.6％过氧化物交联引发剂0.4～3.0％和/或氧化铁 ≤4％所述有机基聚硅氧烷为基础聚合物，其链节通式由R1xR2ySiO(4-x-y)/2表示，其中，x+y为1～3的正整数，R1是1价烷基如甲基、乙基，R2是1价不饱和基团如苯基、乙烯基、烯丙基，这种聚硅氧烷中苯基含量在5～15mol％之间、乙烯基含量在0.05～0.23mol％之间，聚合物分子量为45～60万。
2.如权利要求1所述的耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于所述白炭黑为补强填料，其表面经过硅氮烷疏水处理，包括平均粒径5～30nm、比表面积360～440m2/g的气相法白炭黑和/或平均粒径5～30μm、比表面积170～220m2/g的沉淀法白炭黑。
3.如权利要求1所述的耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于所述含羟基的聚硅氧烷或硅烷为结构控制剂，其通式为HO[(C6H5)2SiO]n[(CH3)2SiO]mH，其中，n为1～20，m为0～20。
4.如权利要求1所述的耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于所述过氧化物交联引发剂包括过氧化二叔丁基、过氧化异丙苯、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷。
5.如权利要求1所述的耐高低温高阻尼硅橡胶，其特征在于所述氧化铁为用以染色或者提高硅橡胶耐热性的热稳定剂。
全文摘要
本发明涉及一种耐高低温高阻尼硅橡胶，它是由下述重量配比的原料经捏合、混炼后再经硫化制得的有机基聚硅氧烷55～70％、疏水白炭黑25～38％、聚硅氧烷或硅烷0～7.6％、过氧化物交联引发剂0.4～3.0％、和/或氧化铁≤4％；所述有机基聚硅氧烷的链节通式为R
文档编号C08K3/00GK1746224SQ200510021768
公开日2006年3月15日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者周远建, 罗廷纲, 唐小斗 申请人:中蓝晨光化工研究院