Page 41 - 《橡塑智造与节能环保》2024年1期

综述与专论

气相二氧化硅填料(Aerosil)对硅橡胶

性能的影响

硅酮或聚硅氧烷属于一类弹性体，通常被称 链末端含有可水解基团。这些基团与大气水分反应，
为硅橡胶。聚硅氧烷的主要类型是聚二甲基硅氧烷 形成硅烷醇基团，引发与可水解硅烷交联剂的缩合反
（PDMS），其发展始于1940年，当时Eugene G.Roch 应。

ow和Richard Miller独立开发了直接从单质硅合成甲 过氧化物硫化的机理是利用过氧化物在高温下分
基氯硅烷的方法。这一发现标志着对一类新材料，即 解的能力，产生自由基，然后产生有机酸的挥发性副
硅弹性体的一系列重要发现的开始。第一个硅树脂基 产物。加成硫化是最新发现的使用催化剂（如铂）的
产品被用于飞机工业的涂层，由陶氏公司于1942年推 硫化机制。加成硫化背后的机制是所谓的氢化硅烷化
出。目前，硅酮被用于数千种应用。在全球范围内， 反应，在此过程中，交联剂的Si-H基团与聚合物的乙
有机硅消费市场呈现出逐年稳步增长的趋势。 烯基相互作用，形成三维网络。过氧化物硫化和加成
由于交联的存在，硅酮可以表征为流体、弹性 硫化为最终材料提供了不同的特性。过氧化物硫化产
体和树脂。在这一分类中，弹性体被定义为交联的 生的网络是相当随机的。它包含一些挂链。相反，添
PDMS。高度交联的硅酮结构被称为树脂。根据其交 加硫化会形成一个均匀的网络。
联条件，硅酮分为室温硫化体系和高温硫化体系。室 聚硅氧烷由重复的[—Si（CH₃)₂O—]骨干组
温硫化硅酮包括一组分和两组分体系，而高温硫化硅 成。—Si—O的466 kJ/mol的高结合能确保了硅酮相对
酮是指高稠度橡胶（HCR）和液体硅橡胶（LSR）。 良好的紫外线和热稳定性。此外，硅酮表现出高化学
图1显示了各种有机硅体系及其硫化工艺过程的示意 稳定性和透气性、低黏度和低玻璃化转变温度、良好
图。 的电绝缘性、抗氧化性和低毒性。这些特性使它们在
许多应用中不可或缺。尽管有许多有用的性能，但硅
酮表现出相对较差的机械性能，因为硅酮主链之间的
分子间力相当弱。因此，这些材料需要通过各种填料
如无机二氧化硅或其他材料进行机械增强。
气相二氧化硅（以下简称“Aerosil”）等二氧化硅
填料对硅橡胶的各种性能有很大影响，包括流变学、
力学和光学方面。在这种橡胶填料系统中，填料的比
表面积、颗粒结构和表面活性等因素在定义材料性能
方面起着主要作用。填料的一次粒径和团聚体结构决
定了加固程度。
在不同的填料中，二氧化硅被认为是PDMS最有
图1 硅橡胶的类型 效的填料，因为它们的化学结构相似，使二氧化硅能
够与硅氧烷骨架相互作用。二氧化硅的结构是由球形
硫化剂的类型（化学交联反应）决定了交联网络 初级颗粒烧结成团聚体的三维复杂簇。二氧化硅增强
的质量，而交联网络又决定了材料的性能。从图1中可 能力背后的机制是颗粒间和颗粒-聚合物相互作用的结
以看出，硅橡胶有三种类型的硫化反应：缩合、加成 果。这两种类型的相互作用都由填料的表面化学性质
和过氧化物硫化。室温缩合硫化的聚硅氧烷在聚合物 来定义。在亲水性二氧化硅的情况下，表面硅烷醇基

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