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影响硅橡胶撕裂强度结果的因素

硅橡胶具有良好的耐热性、 耐低温性和加工性能[1], 广泛应用于电子、 航空、 食品、 卫生等
领域[2]。 热硫化 (HTV) 硅橡胶是以线性高聚合度聚有机硅氧烷为生胶, 添加填料、 各种助剂加工而成。 聚有机硅氧烷以 Si—O—Si 键为主链, Si原子上连有甲基和少量乙烯基, 分子柔性大, 未加补强剂时, 分子间作用力弱, 物理机械性能较[3], 尤其是撕裂强度只能达到 5 ~10 kN/m。 而硅橡胶制品多为结构复杂的小零部件, 制品硫化后热模启动时容易被撕裂; 制品在较苛刻的环境中使用也容易造成撕裂, 影响产品的使用性能[4]。

因此提高硅橡胶的撕裂强度具有重要意义。
为提高 HTV 硅橡胶的撕裂强度, 本实验研究了白炭黑种类、 硅油加入量、 不同乙烯基含量生胶并用对硅橡胶撕裂强度的影响。

一、实验
1畅1 主要原料及仪器设备
甲基乙烯基硅橡胶生胶: 110 -0 (乙烯基摩尔分数 0畅04%, 摩尔质量 60 ×104g/mol)、 110 -1 ( 乙 烯 基 摩 尔 分 数 0畅08%, 摩 尔 质 量61 ×104g/mol)、 110 -2 ( 乙 烯 基 摩 尔 分 数0畅16%, 摩尔质量61 ×104g/mol)、 110 -3 (乙烯基摩尔分数 0畅23%, 摩尔质量 65 ×104g/mol),自产; 甲基乙烯基硅橡胶生胶 (112): 乙烯基摩尔分数 5畅00%, 摩尔质量 66 ×104g/mol,  沉淀法白炭黑:365、 TMG、 518、 923、 909 ( 比 表 面 积 均 为150 m2/g), 市售; 气相法白炭黑: HL -150(比表面 积 150 m2/g )、 QS -102 ( 比表面 积380 m2/g), 市售; 羟基硅油: 黏度25 mm2/s,羟基质量分数 8%, 市售; 含氢硅油: KF -99,黏度20 mm2/s, 活性氢质量分数 1畅58%, 日本信越; 硫化剂: 2,5 -二甲基 -2,5 -二 (叔丁基过氧基) 己烷质量分数 50%,
1畅2 试样制备
胶料的制备: 将生胶放入开炼机上, 混炼至包辊; 分步加入白炭黑和羟基硅油等配合剂, 反复切割, 使胶料混炼均匀, 无气泡、 无毛边后出成薄片; 将混炼均匀的胶料放入190 ℃恒温鼓风烘箱中热处理 3 h; 冷却 2 h 时后再放入炼胶机上返炼, 包辊后, 左右切割, 使胶料均匀, 无毛边后出片。
硫化定型: 将定量的返炼后的胶料在炼胶机上包辊后, 分小量逐步加入硫化剂 (加入量按胶料质量的 1%计), 左右切割和打三角包, 混炼均 匀, 调 整 辊 距 下 片, 胶 料 厚 度 2畅2 ~2畅5 mm; 然后快速放入预热好的模具中, 在平板硫化机上于 175℃、 10 MPa 压力下, 根据无转
硫化仪测定的硫化时间进行硫化, 刚开始压片时, 卸掉压力放气三次, 出片, 冷却后测试其撕裂强度。
1畅3 性能测试
撕裂强度: 按 GB/T 529—2008 测定, 拉伸速率为 500 mm/min。

二、结果讨论
2畅1 白炭黑种类对硅橡胶撕裂强度的影响从表 1 可以看出, 白炭黑种类对 HTV 硅橡胶的撕裂强度影响较大。 总体来说, 气相法白炭黑 HL -150、 QS -102 的补强效果强于沉淀法白炭黑, 其中 QS -102 的补强效果最佳。 主要是因为气相法白炭黑相对于沉淀法白炭黑具有更大的比表面积, 与生胶的作用更充分, 能起到更好的补 强 效 果[5]
。 沉 淀 法 白 炭 黑 中 365、 518、923、 909 四种型号白炭黑的补强效果相差不大,但都明显强于 TMG。 在制备高撕裂强度的 HTV硅橡胶时需采用 QS -102 气相法白炭黑。
2畅2 硅油用量对硅橡胶撕裂强度的影响
2畅2畅1 羟基硅油用量对硅橡胶撕裂强度的影响羟基硅油用量对 HTV 硅橡胶撕裂强度的影从图 1 可以看出, HTV 硅橡胶的撕裂强度随着羟基硅油用量的增加先增后趋于稳定。 羟基硅油用量较小时, 硅橡胶混炼胶由于结构化严重, 胶料过硬, 致使其撕裂强度差; 随着羟基硅油用量的增加, 与白炭黑脱水缩合的几率增大,很好地控制了胶料的结构化, 此时白炭黑与硅橡胶相容性好, 内局部应力小[6], 所以撕裂强度得到一定提升。 综合考虑硅橡胶硬度、 加工性能, 羟基硅油用量选择 7畅5 g。
2畅2畅2 含氢硅油用量对硅橡胶撕裂强度的影响含氢硅油用量对 HTV 硅橡胶撕裂强度的影响如图 2。
由图 2 可以看出, 含氢硅油的加入量对HTV 硅橡胶的撕裂强度基本没有影响。 对 HTV硅橡胶抗黄变性能有较高要求时, 可适当增加含氢硅油的用量而对其抗撕裂性能影响不大。
2畅3 不同乙烯基含量生胶并用对 HTV 硅橡胶撕裂强度的影响通过前期实验, 确定 HTV 硅橡胶混炼胶的基本配方是: 170 g 生胶、 80 g QS -102 白炭黑、8畅5 g 羟基硅油、 1畅0 g 含氢硅油、 0畅5 g 乙烯基硅油, 在此配方下, 考察不同乙烯基含量生胶并用对 HTV 硅橡胶撕裂强度的影响。
2畅3畅1 常规生胶并用对 HTV 硅橡胶撕裂强度的影响
单独使用 110 -1、 110 -2、 110 -3 生胶时,HTV 硅橡胶的撕裂强度分别为 15畅25、 14畅43、13畅76 kN/m。 从图 3 可以看出, 不同乙烯基含量生胶并用对 HTV 硅橡胶的撕裂强度有明显影响, 随着 110 -1 与 110 -3 质量比的增大, HTV硅橡胶的撕裂性能显著提高, 说明大量的低乙烯基含量生胶与少量高乙烯基含量生胶并用能很好地提升 HTV 硅橡胶的抗撕裂性能。
2畅3畅2 常规生胶与高乙烯含量生胶并用对 HTV硅橡胶撕裂强度的影响采用 112 (乙烯基摩尔分数为 5畅00%) 分别与 110 -0、 110 -1 并用, 测试其抗撕裂性能,结果如图 4。
从图 4 可以看出, 高乙烯基含量生胶 112 与低乙烯基含量生胶并用能大幅提升硅橡胶的撕裂强度。 110 -0 与 112 并用时, 二者的质量比在35 ~56 之间变化时对硅橡胶撕裂强度的影响不大; 110 -1 与 112 并用时, 随着二者质量比的增大, 硅橡胶的撕裂强度先增后降, 在质量比为
41畅5 时达到最大值。 当以 166 g 110 -0 或 110 -1 与4 g 112 并用时, 硅橡胶的撕裂强度分别达到 21畅5 和 20畅3 kN/m。
从图 4 还可以看出, 112 与 110 -0 并用时,其撕裂强度优于 112 与 110 -1 并用时。 说明乙烯基含量相差越大的生胶并用, 其撕裂强度越高。 这是因为单一组分的生胶所含乙烯基分布均匀, 硫化后形成均匀的网状结构; 当受到外力作用时, 其交联键将逐一断裂, 所以撕裂性能较差[7]。 而采用低乙烯基含量生胶和高乙烯基含量生胶并用时, 乙烯基分布不均匀, 硫化后, 乙烯基含量高的地方形成集中交联点; 当受到外力作用时, 外力通过集中交联点向周围分子链分散, 避免了交联点逐一断裂, 使得胶料具有较好的抗外力撕扯能力, 表现出较高的撕裂强度。

三、结论
白炭黑种类、 羟基硅油用量以及不同乙烯基含量生胶并用对 HTV 硅橡胶的撕裂强度有很大的影响。 气相法白炭黑的补强效果强于沉淀法白炭黑, 且比表面积越大, 硅橡胶的撕裂强度越高; 随着羟基硅油加入量的增加, 硅橡胶的撕裂强度先增后趋于稳定; 含氢硅油用量对 HTV 硅橡胶的撕裂强度基本没有影响; 高乙烯基含量生胶和低乙烯基含量生胶并用能显著提高 HTV 硅橡胶撕裂性能。 较佳配方是: 166 g 110 -0 生胶, 4 g112 生胶、 80 g QS -102 气相法白炭黑、8畅5 g 羟基硅油、 1畅0 g 含氢硅油、 0畅5 g 乙烯基硅油, 此 时, HTV 硅 橡 胶 的 撕 裂 强 度 达到21 kN/m。


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