一种耐高温硅橡胶材料及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 18:46:07
技术领域
本发明属于硅橡胶材料技术领域，涉及一种耐高温硅橡胶材料及其制备方法。
背景技术
硅橡胶属于特种合成橡胶，不同于普通的橡胶的C-C键，硅橡胶主链是Si-O的无机结构，属半无机、饱和型、杂链、非极性弹性体。侧基为有机基团的一类弹性体，具有优异的耐高低温性、耐气候老化、电绝缘性和生理惰性等特点，广泛用于电子电器、航空航天、机械制造、医疗卫生等领域，在日常生活中也有广泛的应用。普通硅橡胶的使用温度范围在-50-200℃。随着科技的不断发展，硅橡胶的应用领域越来越广，对硅橡胶的耐高温和耐老化也提出了更高的要求。传统硅橡胶已经无法满足在更高的温度条件下使用，超过260℃条件下会很快变脆，本身物理性能急剧下降。因此开发一种具有耐高温、稳定性好的硅橡胶材料至关重要。
提高硅橡胶耐热性能主要有如下几种方法。改变硅橡胶侧链基团、加入耐热添加剂和引入杂原子等。通过添加耐高温添加剂提高硅橡胶的耐高温性能是研究的热点。目前常用的耐热添加剂多为金属氧化物和可溶性过渡金属化合物，其中以金属氧化物最为常用，如Fe
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种耐热硅橡胶及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种耐高温硅橡胶，其特征在于，由以下质量分数组分原料构成：甲基乙烯基生胶100-130份、白炭黑30-50份、羟基硅油5-10份，硫化剂1.5份，原子级分布的金属钨的氧化物的纳米氧化锆1-10份。
原子级分布的金属钨的氧化物的纳米氧化锆的制备方法是在100ml水为溶剂，或100ml水与20-100ml有机溶剂的混合澄清溶液的溶剂中，加入钨或钼的氧化物0.2-1.2g；待1小时搅拌后溶解澄清；加入0.1-5g配体分子醇类或胺类或酚类，再将1-6g的纳米氧化锆分散其中，搅拌均匀分散，将所得物质分别用去离子水和乙醇清洗离心，并在60摄氏度以下烘干后，得到原子级钨钼氧化物负载的纳米氧化锆。
进一步：由以下重量份数的原料制备而成：甲基乙烯基生胶120份、白炭黑40份、羟基硅油5份，硫化剂1.5份，原子级分布的金属钨的氧化物的纳米氧化锆6份。
进一步，所述硫化剂为2.4-二氯过氧化苯甲酰。
制备所述的耐高温硅橡胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将甲基乙烯基生胶、白炭黑、羟基硅油、原子级分布的金属钨的氧化物的纳米氧化锆、然后加入硫化剂，混炼、硫化、二次硫化后得到耐高温硅橡胶材料。初次硫化的条件为130℃、10min，二次硫化的条件为200℃、4h。
所述纳米氧化锆的粒径在50-100nm之间，比表面积在30-50m
在纳米氧化锆上单原子，将其添加到硅橡胶中。在长时间的高温作用下，具有能大幅度维持硅橡胶物理性能的优点，并且操作简单。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
步骤1：在100ml水中，加入氧化钨纳米颗粒0.1g，质量百分比浓度为为0.1％。待溶解2小时澄清得到澄清溶液。将乙二醇和乙醇的1：1体积比溶液共100ml放置于敞口容器中，将6g的纳米氧化锆分散其中，1400转每分钟高速搅拌。待溶液均匀后，将上述2中澄清溶液，100ml与100ml互相缓慢混合，混合溶液在60摄氏度下搅拌3小时，将所得物质在去离子水和乙醇的各3次清洗离心，并在60摄氏度以下烘干后，得到氧化钨纳米颗粒负载的纳米氧化锆。
步骤2：按照重量份数，称取甲基乙烯基生胶120份、白炭黑40份、羟基硅油5份混合搅拌。
步骤3：按照重量份数，纳米氧化钨负载的纳米氧化锆6份加入步骤2中得到的成品中，保持在155℃的条件下搅拌50min，冷却2小时后即得到耐热硅橡胶混炼胶。
步骤4：按照重量份数将硫化剂1.5份加入到步骤2中得到的成品中，初次硫化的条件为130℃、10min，二次硫化的条件为200℃、4h，得到耐高温硅橡胶材料。
实施例2
步骤1：在100ml水和20ml乙醇的混合澄清溶液中，分别加入钨酸钠1.2g。待1小时搅拌后溶解澄清。将120ml聚乙二醇200放置于敞口容器中，将5g的纳米氧化锆分散其中，1000转每分钟高速搅拌，待溶液均匀后，将100ml和120ml上述溶液混合，获得澄清溶液在60摄氏度下搅拌1小时，将所得物质在去离子水和乙醇的各3次清洗离心，并在60摄氏度以下烘干后，得到钨单原子负载的纳米氧化锆。
步骤2：按照重量份数，称取甲基乙烯基生胶130份、白炭黑40份、羟基硅油10份混合搅拌。
步骤3：按照重量份数，钨单原子负载的纳米氧化锆6份加入步骤2中得到的成品中，保持在155℃的条件下搅拌50min，冷却3小时后即得到耐热硅橡胶混炼胶。
步骤4：按照重量份数将硫化剂1.5份加入到步骤2中得到的成品中，初次硫化的条件为130℃、10min，二次硫化的条件为200℃、4h，得到耐高温硅橡胶材料。
实施例3
步骤1：在100ml水中，加入仲钨酸铵0.2g。待溶解澄清，将聚乙二醇200(5g)放置于敞口容器中，再将0.2g的纳米氧化锆分散其中，1000转每分钟高速搅拌1小时。待溶液均匀后，70摄氏度下搅拌2小时，将所得物质在去离子水和乙醇的3次清洗离心，并在60摄氏度以下烘干后，得到钨团簇负载的纳米氧化锆。
步骤2：按照重量份数，称取甲基乙烯基生胶100份、白炭黑30份、羟基硅油6份混合搅拌。
步骤3：按照重量份数，钨团簇负载的纳米氧化锆6份加入步骤2中得到的成品中，保持在155℃的条件下搅拌50min，冷却4小时后即得到耐热硅橡胶混炼胶。
步骤4：按照重量份数将硫化剂1.5份加入到步骤2中得到的成品中，初次硫化的条件为130℃、10min，二次硫化的条件为200℃、4h，得到耐高温硅橡胶材料。
实施例4
步骤1：在100ml水中，加入钨酸钠0.3g。待溶解澄清，将0.7g聚乙二醇2000放置于敞口容器中，再将0.5g的纳米氧化锆分散其中，1000转每分钟高速搅拌。待溶液均匀后。上述澄清溶液在40摄氏度下搅拌1小时，将所得物质在去离子水和乙醇的各3次清洗离心，并在60摄氏度以下烘干后，得到钨的单原子氧化物负载的纳米氧化锆。
步骤2：按照重量份数，称取甲基乙烯基生胶130份、白炭黑50份、羟基硅油7份混合搅拌。
步骤3：按照重量份数，钨的单原子氧化物负载的纳米氧化锆6份加入步骤2中得到的成品中，保持在155℃的条件下搅拌50min，冷却5小时后即得到耐热硅橡胶混炼胶。
步骤4：按照重量份数将硫化剂1.5份加入到步骤2中得到的成品中，初次硫化的条件为130℃、10min，二次硫化的条件为200℃、4h，得到耐高温硅橡胶材料。
实施例5：
步骤1：在100ml水中，加入钼酸钠0.2g，搅拌1小时至澄清。另有机溶剂二甲基亚砜20ml中，加入苄胺0.1g，搅拌1小时至澄清。待溶解澄清后，上述溶液均匀混合。100ml水中缓慢加入20mlDMSO，搅拌至澄清。将质量为6g的纳米氧化锆分散其中，1000转每分钟高速搅拌1小时，温度控制在60摄氏度。将所得物质在去离子水和乙醇的各3次清洗离心，并在60摄氏度以下烘干后，得到钨单原子负载的纳米氧化锆。
步骤2：按照重量份数，称取甲基乙烯基生胶120份、白炭黑40份、羟基硅油5份混合搅拌。
步骤3：按照重量份数，钨单原子负载的纳米氧化锆5份加入步骤2中得到的成品中，保持在155℃的条件下搅拌50min，冷却2小时后即得到耐热硅橡胶混炼胶。
步骤4：按照重量份数将硫化剂1.5份加入到步骤2中得到的成品中，初次硫化的条件为130℃、10min，二次硫化的条件为200℃、4h，得到耐高温硅橡胶材料。
实施例6：
步骤1：在100ml水中，加入钼酸钠0.2g，搅拌1小时至澄清。另有机溶剂是二甲基亚砜20ml中，加入羟基苯硫酚0.1g，搅拌1小时至澄清。待溶解澄清，将20mlDMSO加入到100ml水中均匀混合，再将3g的纳米氧化锆分散其中，上述澄清溶液在60摄氏度下，高速1200转每分钟搅拌2小时，将所得物质用去离子水和乙醇的各3次清洗离心，并在60摄氏度以下烘干后，得到钨单原子负载的纳米氧化锆。
步骤2：按照重量份数，称取甲基乙烯基生胶120份、白炭黑40份、羟基硅油5份混合搅拌。
步骤3：按照重量份数，钨单原子负载的纳米氧化锆7份加入步骤2中得到的成品中，保持在155℃的条件下搅拌50min，冷却3小时后即得到耐热硅橡胶混炼胶。
步骤4：按照重量份数将硫化剂1.5份加入到步骤2中得到的成品中，初次硫化的条件为130℃、10min，二次硫化的条件为200℃、4h，得到耐高温硅橡胶材料。
对比例1
步骤1：在1g纳米氧化锆分散100ml水中，澄清溶液在60摄氏度下搅拌1小时时间，将所得物质在去离子水和乙醇的清洗离心各3次，并在60摄氏度以下烘干后，得到单纯分散的纳米氧化锆。
步骤2：按照重量份数，在室温的条件下，称取甲基乙烯基生胶120份、白炭黑40份、羟基硅油5份混合搅拌。
步骤3：按照重量份数，纳米氧化锆5份加入步骤2中得到的成品中，保持在155℃的条件下搅拌50min，冷却后即得到耐热硅橡胶混炼胶。
步骤4：按照重量份数将硫化剂1.5份加入到步骤2中得到的成品中，初次硫化的条件为130℃、10min，二次硫化的条件为200℃、4h，得到耐高温硅橡胶材料。
对比例2
步骤1：在1g纳米氧化锆分散100ml水中，澄清溶液在60摄氏度下搅拌1小时时间，将所得物质在去离子水和乙醇的清洗离心，并在60摄氏度以下烘干后，得到单纯分散的纳米氧化锆。
步骤2：按照重量份数，在室温的条件下，称取甲基乙烯基生胶120份、白炭黑40份、羟基硅油5份混合搅拌。
步骤3：按照重量份数，纳米氧化锆7份加入步骤2中得到的成品中，保持在155℃的条件下搅拌50min，冷却后即得到耐热硅橡胶混炼胶。
步骤4：按照重量份数将硫化剂1.5份加入到步骤2中得到的成品中，初次硫化的条件为130℃、10min，二次硫化的条件为200℃、4h，得到耐高温硅橡胶材料。
表1实施例1-3，对比例1，2的各组分表。
评价
分别对实施例1-3，对比例1，2硫化硅胶片在300℃烘烤48小时，并对老化前后的力学性能进行评价。
评价指标和测试方法：
硬度：GB/T 531.1-2008
拉伸强度：GB/T 528-2009
伸长率：GB/T 528-2009
质量损失率：称重，在330℃的马弗炉中恒温放置24h后，取出称量老化后的质量，计算质量损失率。
起始分解温度：采用美国PerkinElmer TGA 4000型热重分析仪测试。
实施例1-3，对比例1，2的性能测试结果见下表2-4。
表2实施例1-3，对比例1，2的初始力学性能测试结果
表3实施例1-3，对比例1，2的330℃老化48小时测试结果
表4实施例1-3，对比例1，2TGA、330℃老化24h后性能测试结果
从表2-4中可以看出，本发明实施例1-3所得硅橡胶样品的各项性能优于对比例1、2所得硅橡胶样品，尤其是实施例2所得硅橡胶样品的性能最佳，从而说明本发明所述硅橡胶样品具有良好的耐高温性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。