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硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶性能的影响


                          硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶性能的影响   
                           李承斌1,赵源1,岳学民2,王卫东1
    ( 1. 河南机电高等专科学校新乡市电线电缆制造工程技术研究中心,河南新乡453002;2. 新乡市科学技术情报研究所,河南新乡453000)
    摘要:研究了2,5 -二甲基- 2,5 - 二( 叔丁基过氧基) 己烷( 俗称双二五) 、2,4 - 二氯过氧化苯甲酰( 俗称双二四) 、过氧化二异丙苯( DCP) 3 种硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶力学性能和烧结性能的影响。结果表明,一次硫化和二次硫化后,使用DCP 做硫化剂的硅橡胶的硬度都是最大,使用双二五做硫化剂的硅橡胶的拉断伸长率都是最高,采用双二四做硫化剂的硅橡胶拉伸强度都是最大; 使用双二四做硫化剂的硅橡胶烧结硬度最高。综合来看,使用双二四作硫化剂时陶瓷化耐火硅橡胶的力学性能最好,其最佳用量为1. 25 份。
    关键词:陶瓷化,耐火,硅橡胶,2,4 -二氯过氧化苯甲酰,电缆,力学性能,烧结性能
    中图分类号: TQ333. 93 文献标识码: A 文章编号: 1009 - 4369 ( 2014) 05 - 0363 - 04
    随着我国城镇化速度的加快,城市人口密度急剧增长,防火安全的重要性日益凸显出来。在火灾发生时,如何保障电力和通讯的畅通、为逃生和救援赢得宝贵的时间、最大程度地减少人员伤亡和财产损失是当前亟需解决的问题[1 - 4]。目前很多工程中都采用耐火电缆来提高建筑的防火安全性。陶瓷化耐火硅橡胶具有优异的耐火性、耐热性及隔热性,能在- 60 ~ 200℃的温度范围内长期使用; 高温下迅速陶瓷化为坚硬的保护壳,起到隔热、阻燃、耐火的作用; 而且,陶瓷化耐火硅橡胶本身具有优异的绝缘性、耐臭氧和耐大气老化等性能,是目前唯一能烧成陶瓷状的高分子材料,是一种非常优秀的耐火电缆绝缘材料[5 - 8]。
    目前,各种硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶力学性能的研究还很少[5,7],而用于电缆的陶瓷化耐火硅橡胶的研究几乎没有。本实验研究了3 种硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶的拉断伸长率、拉伸强度、硬度和烧结性能的的影响。
    1· 实验   1. 1 主要原材料及设备
    陶瓷化耐火硅橡胶: TC 9710,未加硫化剂,深圳市沃尔核材股份有限公司; 2,5- 二甲基-2,5- 二( 叔丁基过氧基) 己烷( 俗称双二五) :粉状,双二五质量分数60%,江苏强盛功能化学股份有限公司; 2,4 - 二氯过氧化苯甲酰( 俗称双二四) : PD - 50S,双二四质量分数50%,荷兰阿克苏诺贝尔公司; 过氧化二异丙苯( DCP) : DCP 质量分数40%,市售。
    开放式炼胶机: XK - 160,上海轻工机械股份有限公司; 平板硫化机: 50T - 63T ,郑州大众机械制造有限公司; 测厚仪: WHS - 10A,河南奇瑞质检设备研究所; 邵尔A 硬度仪: LAC -L,东莞市博晟电子生产; 拉力试验机: LH -500C,河南瑞奇质检设备研究所; 布洛维硬度计: HBRV - 187. 5,山东莱州市试验机总厂; 酒精灯: 150 mL,徐州凯瑞玻璃制品有限公司。
    1. 2 试样制备
    将100 份陶瓷化耐火硅橡胶放入开炼机上,加入按表1 设计的硫化剂的种类及用量,混炼均匀,薄通3 遍( 含DCP 的胶料薄通6 遍) ; 然后采用模压工艺做成厚度2 mm 左右的胶片,在120℃ × 15 min × 10 MPa ( 双二四) 或175℃ ×10 min × 10 MPa ( 双二五和DCP) 条件下一次硫化; 在热鼓风烘箱中进行二次硫化,硫化条件为180℃ × 2 h。
    
     1. 3 性能测试
    硫化试样放置24 h 后进行测试,所有测试均在室温下进行,每个数值取5 个样品的平均数据。邵尔A 硬度: 按GB /T 531. 1—2008 测试;拉伸强度: 按GB /T 1701—2001 测试; 拉断伸长率: 按GB /T 528—2009 测试。
    陶瓷化耐火硅橡胶的烧结: 采用酒精灯进行,火焰温度620 ~ 650℃; 硅橡胶陶瓷化后的硬度: 按GB /T 16534—2009、采用布洛维硬度计测量。
    2· 结果与讨论
    2. 1 硫化剂种类及用量对一次硫化硅橡胶力学性能的影响
    图1 是硫化剂种类及用量对一次硫化陶瓷化耐火硅橡胶力学性能的影响。
    
    
    由图1 可见,随着硫化剂用量的增加,使用这3 种硫化剂的硅橡胶的邵尔A 硬度都是增大;且其硬度由大到小的排序是: 使用DCP 时> 使用双二五时> 使用双二四时。
    而硅橡胶的拉断伸长率随硫化剂用量增加的变化规律则相反,都是随其用量的增加,硅橡胶的拉断伸长率降低; 且硅橡胶的拉断伸长率排序是: 使用DCP 时最低,使用双二四和双二五时接近。
    由图1 还可看出,使用DCP 和双二五做硫化剂时,硅橡胶的拉伸强度随硫化剂用量的增加而降低,且前者的拉伸强度最低。这是由于过氧化物超过适宜的用量后会使硫化胶的伸长率、拉伸强度等性能下降。而使用双二四时则相反,随着双二四用量的增加,硅橡胶的拉伸强度增加,最大值为7. 6 MPa。这是由于双二四用量较小时,硅橡胶还没有完全硫化,拉伸强度较低; 随着双二四用量的增加,硅橡胶逐步硫化完全,其拉伸强度提高。
    2. 2 硫化剂种类对硅橡胶烧结性能的影响
    表2 反映了硫化剂种类对一次硫化陶瓷化耐火硅橡胶烧结性能的影响。
    
    由表2 可见,从烧结速度来说,采用3 种硫化剂的硅橡胶表现都很优异,30 s 烧结时间就达到表面坚硬的程度; 但从烧结硬度来看,使用双二四的硅橡胶最坚硬,使用双二五的硅橡胶其次,使用DCP 的硅橡胶最低。所以从耐火角度看,双二四是最适宜的硫化剂。
    2. 3 硫化剂种类及用量对二次硫化硅橡胶力学性能的影响
    图2 是硫化剂种类及用量对二次硫化硅橡胶力学性能的影响。
    
     对比图1、图2 可以看出,使用3 种硫化剂的硅橡胶经过二次硫化后,其硬度和拉伸强度都增大,拉断伸长率都降低; 硅橡胶的硬度和拉断伸长率随硫化剂用量增加的变化趋势相同,而其拉伸强度随硫化剂用量增加的变化趋势不同,都为递增曲线。其中,使用DCP 时,硅橡胶的硬度提升幅度最大,从67 度提高到87 度; 拉断伸长率最低,几乎失去弹性。使用双二四和双二五时,硅橡胶的硬度差别不大,相对增幅约为20%; 拉断伸长率很接近,最低为150%,仍有弹性。使用双二四的硅橡胶的拉伸强度大大高于使用其它两种硫化剂的硅橡胶,最高达到10 MPa。综合看来,二次硫化后采用双二四做硫化剂的硅橡胶力学性能最好,较佳用量为1. 25 份。3 结论一次硫化和二次硫化后,使用DCP 做硫化剂的陶瓷化耐火硅橡胶的硬度都是最大,使用双二五做硫化剂的硅橡胶的拉断伸长率都是最高,采用双二四做硫化剂的硅橡胶的拉伸强度最大;使用双二四做硫化剂的陶瓷化耐火硅橡胶烧结硬度最高。使用双二四作硫化剂时陶瓷化耐火硅橡胶的综合性能最好,较佳用量为1. 25 份。
参考文献
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[3]王文志,涂春潮,钱黄海,等. 硫化剂种类对阻燃硅橡胶性能的影响[J]. 有机硅材料,2008,22( 3) : 129 - 133.
[4]MATHIEU E,ALAIN W. Analytical investigation ofthe chemical 
reactivity and stability of aminopropyl-graftedsilica in aqueous 
medium[J]. Talanta,2003,59:1173 - 1188.
[5]程买增,胡新嵩,莫万奎. 室温硫化硅橡胶耐热性的研究进展[J]. 有机硅材料,2006,20( 1) : 38 -41.
[6]OKU A,HUANG W,IKEDA Y. Monomer recyclingfor vulcanized silicone
rubbers in the form of cyclosiloxanemonomers role of acid buffers
[J]. Polymer,2002,43 ( 26) : 7289.
[7]梁喆,赵源,彭小弟. 陶瓷化耐火硅橡胶的应用进展[J]. 有机硅材料,2007,21( 4) : 234 - 235.
[8]YU S,HING P,HU X. Thermal conductivity of polystyrene-aluminum 
nitride composite[J] . Composites,2002,33 ( 2) : 289 - 292.


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