R & D results
硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶性能的影响
time:2015-12-28 12:38from:陶铠高分子材料（上海）科技中心 author:赵源 cliks:次
硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶性能的影响
李承斌1，2*，赵源1，2
（1.河南机电高等专科学校 2.新乡市电线电缆制造工程技术研究中心 河南 新乡 453002）
摘要：研究了在陶瓷化耐火硅橡胶中使用双-2.5、双-2.4、DCP等不同的硫化剂对其力学性能和烧结性能的影响，分析了加入不同的硫化剂后陶瓷化耐火硅橡胶断裂伸长率、拉伸强度、硬度和烧结性的变化。最终比较得出双-2.4作为硫化剂的陶瓷化耐火硅橡胶的综合力学性能最突出。
关键词：陶瓷化耐火硅橡胶，双-2.5，双-2.4，DCP，力学性能，烧结性能
中图分类号：TQ333.93
Effect of Vulcanization Reagent on the Properties of Fire Resistant Ceramic Silicone Rubber
Li Chengbin1,2*, Zhao Yuan1,2
(1. Henan Mechanical and Electrical Engineering College, 2. Xinxiang Wire and Cable Manufacturing Engineering Technology Research Center Xinxiang, Henan，453002)
Abstract: By the study of effect of vulcanization reagent on the mechanical properties of fire resistant ceramic silicone rubber,elongation, tensile strength and hardness were analyzed，the sintering properties of fire resistant ceramic silicone rubber surface was taken and analyzed as well. Finally, it was concluded that when the DCBP was used，the best mechanical properties can be obtained.
Keywords: fire resistant ceramic silicone rubber ,DBPH，DCBP，DCP,mechanical properties， sintering properties
随着我国城镇化速度的加快，城市人口密度急剧增长，各种居民建筑和公共场所的增加，防火安全的重要性日益凸显出来。在火灾发生时，如何尽量长时间的保障电力和通讯的畅通，为逃生和救援赢得宝贵的时间，最大程度的减少人员的伤亡和财产的损失，这是当前和未来亟需解决的问题[1-4]。
陶瓷化耐火硅橡胶具有优异的耐火和耐热性，以及隔热性，使用温度范围宽，能在-60℃到200℃下长期使用；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。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，是目前唯一能够烧成陶瓷状的高分子材料，是一种非常优秀的耐火电缆材料[1-4]。
本文通过研究三种硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶的力学性能的影响，分析了硫化胶断裂伸长率、拉伸强度、硬度和烧结性能的变化，得出了最佳的硫化剂和硫化条件。
1 试样制备与试验
1.1 原材料
陶瓷化耐火硅橡胶，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( DBPH,简称双-2.5),江苏强盛公司；2, 4-二氯过氧化苯甲酰（DCBP，简称双-2.4），牌号PD-50S，荷兰阿克苏诺贝尔公司；过氧化二异丙苯(DCP,)，市售。
1.2 试验设备
XK-160开放式炼胶机：中国上海轻工机械股份有限公司；平板硫化机：郑州大众机械制造有限公司；WHS-10A型测厚仪：河南奇瑞质检设备研究所；LAC-L型邵氏A硬度仪：东莞市博晟电子生产；LH-500C型拉力试验机：河南瑞奇质检设备研究所，酒精灯。
1.3 试样制备
1.3.1 配方
陶瓷化耐火硅橡胶 100份；硫化剂的种类和用量按照表1进行变量。
表1 硫化剂的品种、用量及编号(单位：份)
Table 1 the varieties and dosage of vulcanizing agent and serial number
| 硫化剂/编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 双-2.4 | 0.5 | 0.75 | 1.0 | 1.25 | 1.5 |
| 双-2.5 | 0.4 | 0.8 | 1.2 | 1.6 | 2.0 |
| DCP | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 |
1.3.2试样制备
在开炼机上，将上述的硫化剂按照表1的配方比例加入100份的陶瓷化耐火硅橡胶中，混炼均匀，薄通3遍，含DCP的胶料薄通6遍，然后下成2mm左右厚的胶片，待用。试样在热鼓风烘箱中二次硫化, 硫化条件为200℃，240h。
表2 不同硫化剂的硫化条件
表2 不同硫化剂的硫化条件
Table 2 the vulcanizing conditions of different vulcanizing agent
| 硫化条件 | 双-2.4 | 双-2.5 | DCP |
| 温度(± 1℃) | 120 | 175 | 175 |
| 时间(min) | 15 | 10 | 10 |
| 压力(MPa) | 10 | 10 | 10 |
2 结果与讨论
2.1 硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶力学性能的影响
图1 硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶力学性能的影响
Fig1 the effect of vulcanizing agent on the mechanical properties
Fig1 the effect of vulcanizing agent on the mechanical properties
由图1可见,从硬度和硫化剂的用量的关系来看，邵氏A硬度都是随3种硫化剂用量的增加而提高。其中，用DCP硫化的陶瓷化耐火硅橡胶的硬度最大，最高能达到74度；经双-2.4硫化的硬度次之，最高能达到67度，曲线在前期增加比较明显，后期增加不明显；硬度最低的是双-2.5做硫化剂的陶瓷化耐火硅橡胶，最大值约为63度。
从扯断伸长率和硫化剂用量的关系图上可以看出陶瓷化耐火硅橡胶的扯断伸长率整体都呈现出随着硫化剂用量的提高而降低的规律。DCP做硫化剂时，扯断伸长率最低，最低达到120%；而双-2.4和双-2.5做硫化剂的扯断伸长率曲线比较接近，都是随着硫化剂用量的增加，扯断伸长率刚开始缓慢，到后来扯断伸长率降低的更快，用量超过1.5份时，扯断伸长率降到150%。
从硫化剂用量和拉伸强度的关系图中可以看出DCP和双-2.5做硫化剂时，陶瓷化耐火硅橡胶的拉伸强度随着硫化剂用量的增加而逐渐降低，其中DCP做硫化剂时的拉伸强度最低，最低值在4MPa，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、抗撕裂强度等性能下降。而双-2.4则相反，随着硫化剂用量的增加，拉伸强度逐渐增加，最大值能达到7.6MPa。这是由于双-2.4用量较小时,硅橡胶还没有完全硫化,抗拉强度较低;随着双-2.4用量的增加,拉伸强度逐步改善。
2.2 硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶烧结性能的影响
表3反映了硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶烧结性能的影响。从烧结速度来说，3种硫化剂的表现都很优异，半分钟烧结时间就达到表面坚硬的程度。但是从烧硬程度来看，双-2.4硫化的陶瓷化耐火硅橡胶最为坚硬，双-2.5表现其次，DCP硬度最低。所以从耐火角度上看，双-2.4最适宜做硫化剂。
表3：硫化剂种类对烧结速度和坚硬程度的影响
Table 3 the effect of different vulcanizing agent on sintering speed and hardness
Table 3 the effect of different vulcanizing agent on sintering speed and hardness
| 硫化剂种类 | 烧结速度 | 烧硬程度 |
| 双-2.4 | 30秒烧硬 | 非常坚硬 |
| 双-2.5 | 30秒烧硬 | 很坚硬 |
| DCP | 30秒烧硬 | 比较硬 |
2.3 二次硫化后硫化剂对力学性能的影响
图2反映的是二次硫化后不同硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶力学性能的影响。从硬度上看，二次硫化后，3种硫化剂的硫化胶硬度都有大幅度的提高。其中用DCP硫化的陶瓷化耐火硅橡胶提升幅度最大，达到87度。而双-2.5和双-2.4做硫化剂的陶瓷化耐火硅橡胶硬度差别不大，双-2.5的稍高，相对增幅都不大。
从扯断伸长率来看，二次硫化后，所有的陶瓷化耐火硅橡胶都呈现出降低的趋势。其中DCP的扯断伸长率最低，几乎已经完全失去弹性。但是双-2.4和双-2.5的扯断伸长率很接近，最低仍保持在150%，仍能表现为弹性体。从拉伸强度看，三者都是随着硫化剂的增加表现为递增曲线。无疑双-2.4做硫化剂的陶瓷化耐火硅橡胶表现最为突出，比其他两种硫化剂的效果要好很多，二次硫化后强度有了大幅度的提高，最高达到10MPa。相比而言，DCP和双-2.5做硫化剂时的拉伸强度曲线较为接近。综合看来二次硫化后采用双-2.4做硫化剂的陶瓷化耐火硅橡胶力学性能最好。
图2 二次硫化后硫化剂对陶瓷化耐火硅橡胶力学性能的影响
Fig2 the effect of vulcanizing agent on the mechanical properties after secondary vulcanization
3 结论
（1）DCP硫化的陶瓷化耐火硅橡胶硬度最大，双-2.5硫化的扯断伸长率最高，采用双-2.4做硫化剂的陶瓷化耐火硅橡胶拉伸强度最大，综合来看双-2.4硫化的力学性能最好。
（2）从烧结实验得出，双-2.4做硫化剂的陶瓷化耐火硅橡胶烧结硬度最好，反映在宏观上常温下综合力学性能最佳。
（3）二次硫化后，DCP硫化的陶瓷化耐火硅橡胶硬度最大，双-2.5硫化的扯断伸长率最高，采用双-2.4做硫化剂的拉伸强度最高，综合上述观点，双-2.4硫化的力学性能最好。
参考文献：
[1]沈良, 王华彤, 罗蒙贤.一步法合成硫化剂双25的新方法[J].化学世界，2002,8,416-418.
[2]蒋颂波,王云英,孟江燕等.白炭黑偶联处理对硅橡胶性能影响研究[J].表面技术，2008，37（5）：21-23.
[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 Etienne, Alain Walcarius. Analytical investigation of the chemical reactivity and stability of aminopropyl-grafted silica 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 recycling for vulcanized silicone rubbers in the form of cyclosiloxane monomers role of acid buffers. 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 Suzhu, Hing P, Hu Xiao. Thermal conductivity of poly styrene-aluminum nitride composite[J] . Composites, 2002, 33 (2):289-292.
