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有机硅材料的性能介绍与分类
2017.09.27   点击2067次

    有机硅化合物,是指含有Si-O键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物,习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。其中,以硅氧键(-Si-0-Si-)为骨架组成的聚硅氧烷,是有机硅化合物中为数最多,研究最深、应用最广的一类,约占总用量的90%以上。
    有机硅材料具有独特的结构:
    (1) Si原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来;
    (2) C-H无极性,使分子间相互作用力十分微弱;
    (3) Si-O键长较长,Si-O-Si键键角大。
    (4) Si-O键是具有50%离子键特征的共价键(共价键具有方向性,离子键无方向性)。
    由于有机硅独特的结构,兼备了无机材料与有机材料的性能,具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质,并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性,广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业,其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增长,应用领域不断拓宽,形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系,许多品种是其他化学品无法替代而又必不可少的。
    有机硅材料按其形态的不同,可分为:硅烷偶联剂(有机硅化学试剂)、硅油(硅脂、硅乳液、硅表面活性剂)、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅树脂、复合物等。
    1、有机硅的性能
    有机硅产品的基本结构单元是由硅-氧链节构成的,侧链则通过硅原子与其他各种有机基团相连。因此,在有机硅产品的结构中既含有“有机基团”,又含有“无机结构”,这种特殊的组成和分子结构使它集有机物的特性与无机物的功能于一身。与其他高分子材料相比,有机硅产品的最突出性能是: 
    (1) 耐温特性
    有机硅产品是以硅-氧(Si-O)键为主链结构的,C-C键的键能为82.6千卡/克分子,Si-O键的键能在有机硅中为 121千卡/克分子,所以有机硅产品的热稳定性高,高温下(或辐射照射)分子的化学键不断裂、不分解。有机硅不但可耐高温,而且也耐低温,可在一个很宽的温度范围内使用。无论是化学性能还是物理机械性能,随温度的变化都很小。
    (2) 耐候性
    有机硅产品的主链为-Si-O-,无双键存在,因此不易被紫外光和臭氧所分解。有机硅具有比其他高分子材料更好的热稳定性以及耐辐照和耐候能力。有机硅中自然环境下的使用寿命可达几十年。
    (3) 电气绝缘性能
    有机硅产品都具有良好的电绝缘性能,其介电损耗、耐电压、耐电弧、耐电晕、体积电阻系数和表面电阻系数等均在绝缘材料中名列前茅,而且它们的电气性能受温度和频率的影响很小。因此,它们是一种稳定的电绝缘材料,被广泛应用于电子、电气工业上。有机硅除了具有优良的耐热性外,还具有优异的拒水性,这是电气设备在湿态条件下使用具有高可靠性的保障。
    (4) 生理惰性
    聚硅氧烷类化合物是已知的最无活性的化合物中的一种。它们十分耐生物老化,与动物体无排异反应,并具有较好的抗凝血性能。
    (5) 低表面张力和低表面能
    有机硅的主链十分柔顺,其分子间的作用力比碳氢化合物要弱得多,因此,比同分子量的碳氢化合物粘度低,表面张力弱,表面能小,成膜能力强。这种低表面张力和低表面能是它获得多方面应用的主要原因:疏水、消泡、泡沫稳定、防粘、润滑、上光等各项优异性能。
    2、有机硅的用途
    由于有机硅具有上述这些优异的性能,因此它的应用范围非常广泛。它不仅作为航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料使用,而且也用于国民经济各部门,其应用范围已扩到:建筑、电子电气、纺织、汽车、机械、皮革造纸、化工轻工、金属和油漆、医药医疗等。
    3、有机硅的分类
    有机硅主要分为硅橡胶、硅树脂、硅油、硅烷偶联剂四大类。
    (1) 硅橡胶
    (a) 高温硫化硅橡胶(HTV)
    高温硫化硅橡胶是高分子量的聚有机硅氧烷(即生胶)加入补强填料白炭黑和其它各种添加剂,采用有机过氧化物为硫化剂,经加压成型或注射成型,并在高温下交链成橡皮。这种橡胶一般简称为硅橡胶。
    硅橡胶主链上的侧基可以是乙烯基、苯基、三氟丙基等。根据侧基基团可分为甲基乙烯基硅橡胶,甲基苯基乙烯基硅橡胶,氟硅橡胶几种类型。
    甲基乙烯基硅橡胶是最通用的一种硅橡胶。它具有较宽的使用温度范围,容易硫化,具有较小的压缩永久变形,较好的耐溶剂的膨胀性和耐高压蒸汽的稳定性以及优良的耐寒性等。
    甲基苯基乙烯基硅橡胶具有卓越的耐低温、耐烧蚀和耐辐照等性能,是宇航工业、尖端技术的重要材料。
    氟硅橡胶具有优良的耐化学、耐溶剂和耐润滑油性能。是宇航工业、尖端技术的重要材料。
    (b) 室温硫化型硅橡胶(RTV)
    室温硫化硅橡胶最显著特点是在室温下即可固化。广泛用作粘合剂、密封剂、防护涂料、灌封和制模材料。
    室温硫化硅橡胶按物理形态有液体硅橡胶之称。按包装可分为单组分和双组分室温胶;按硫化机理可分为缩合型和加成型。
    (2) 硅油
    硅油有许多特殊性能,如温粘系数小、耐高低温、抗氧化、闪点高、挥发性小、绝缘性好、表面张力小、对金属无腐蚀、无毒等。硅油在自然环境中分解为水,二氧化碳和二氧化硅。
    通过改变聚合度及有机基,或与其他有机物共聚,可以制得具有防水、抗粘、脱模、消泡等基本特性的硅油。各种硅油中,甲基硅油是最主要的品种,其次是甲基苯基硅油。
    (3) 硅树脂
    硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷。硅树脂主要作为绝缘漆,耐热、耐候、防潮的涂料,脱模剂,粘合剂等。
    (4) 硅烷偶联剂
    硅烷偶联剂分子中同时具有能与无机质和有机质材料反应的基团,可在无机物和有机物之间架起“分子桥”,把两种材料连接在一起。
    硅烷偶联剂的应用可归纳为三个方面:
    处理玻璃纤维,这方面的用量约占50%,用得较多的是乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。
    处理无机填料,改善塑料工艺性能和机械、电学和耐气候等性能。
    用作密封剂、粘接剂和涂料的增粘剂,提高粘接强度、耐水、耐气候等性能。 

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