室温固化耐热硅橡胶体系构筑及固化性能的研究
发布时间：2021-04-16 01:07
近年来航空航天领域飞速发展,航空航天器和发动机对结构效率的要求不断提高,这对热防护材料及其结构设计提出了巨大的挑战,因此开发隔热的耐高温材料以实现对关键组件的保护就显得尤为重要。当航天器暴露于中等热通量大约2分钟或在较高温度（500-800oC）下时,通常利用聚合物基热防护材料提高相应部件的性能极限。其中硅橡胶弹性体性能优异,用途广泛,其物理和化学特性介于普通聚合物和无机物之间,分子网络中化学键作用力强,具有低线性烧蚀率,高产气量,高残留碳量和良好粘结性能。除此之外,硅橡胶弹性体还具有独特的耐高温性和耐低温性,因此其具有作为热防护材料的潜力。针对目前相关领域的实际需求,本课题以α,ω二羟基聚二甲基苯基硅氧烷作为基体制备完成了一种室温固化的耐热硅橡胶。选用与基体硅橡胶相容性良好的笼型倍半硅氧烷（POSS）从分子水平提高基体硅橡胶分子的刚性,进而提升其耐热性和机械性能。探究结构不同的三羟基异丁基POSS,八羟基POSS,八氨基POSS,八乙烯基POSS分别与硅橡胶共混后硅橡胶热性能及机械性能的变化,其中POSS的加入比例分别为1 wt%,3 wt%,5 wt%。通过对比四种POSS对硅橡胶...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
隔热涂层系统多层的示意图[15]
点，RTV硅橡胶在实际应用之中拥有非常广阔的前景[29]。目前，生产RTV硅橡胶的企业比较多，美国、德国、法国以及日本有几家公司的产品质量较好，这些企业占领了中国RTV硅橡胶的中高端领域市常近年来，在国外RTV硅橡胶产业壮大的同时，我国的RTV硅橡胶产业也在飞速发展。中国现有的RTV硅橡胶制造商主要集中在中南部沿海地区，其中有十几家企业年产量可以达到2万吨。2016年，中国室温固化硅橡胶企业共有50多家，总产能约为109.2万吨/年，总产量约为60.8万吨[30]。室温固化硅橡胶通常以α,ω二羟基聚二有机硅氧烷为基胶（如图1-2所示），成型过程中将添加固化剂，催化剂，填料和其他助剂[31]。其中聚二甲基硅氧烷和传统有机聚合物相比在物理化学性质上具有差异，这是（-Si-O-）和（-C-O-）键之间的差异所致。根据EYilgr[32]等人的研究表明，该差异可从两方面进行解释：C-O和Si-O键长分别为1.43和1.83，对比可以看出二者的电负性有所不同；另一方面，Si-O和C-O键，离解能分别为460kJ/mol和345kJ/mol，因为聚合物的热稳定性与键的离解能密切相关，因此表明聚二甲基硅氧烷比传统的有机聚合物更加稳定，从分子结构上阐述了室温固化硅橡胶热稳定性能优异的根本原因。图1-2α,ω二羟基聚二有机硅氧烷RTV硅橡胶主要由单组分（RTV-1）和双组分(RTV-2)组成。分类原理是由于硅橡胶和固化剂交联固化的方式不同。RTV-2硅橡胶固化过程更为复杂，其使用不如RTV-1硅橡胶方便，所以在实际应用中RTV-1硅橡胶得到了更广泛的应用。依据RTV-1硅橡胶的固化反应原理，单组分缩合型室温固化硅橡胶与单组分加成型室温固化硅橡胶共同组成了RTV-1硅橡胶。在实际应用过程中，单组分缩合型室温硫化硅橡胶的应用前景最广阔。通常采用真空包装的RTV-1
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-是其中之一，在超冷空间和高温环境下返回地球时，硅橡胶可以承受温度差异并保持正常的功能。而RTV硅橡胶具有高热稳定性、成型条件简单、实际应用方便等诸多优点，因此近年来关于RTV硅橡胶热防护材料的研究越来越多。1.2.2RTV-1硅橡胶固化机理固化剂的选择对RTV-1硅橡胶的固化过程影响很大，一般情况下，RTV-1硅橡胶基础聚合物与固化剂无法独立相互作用，需要借助相应的催化剂降低反应活化能以固化成型。有机锡类催化剂和有机钛类催化剂是RTV-1硅橡胶常用的催化剂。其中有机锡类催化剂具有高效的催化性能且储存运输方便，因此在实际应用中，其适用范围更广[42]。以RTV-1脱醇型硅橡胶为例，介绍RTV-1硅橡胶的固化机理。如图1-3所示，使用正硅酸乙酯为固化剂，固化剂与空气中的水份发生化学反应，水解生成硅醇，脱出小分子醇类。水解之后的固化剂与带有端羟基活性官能团的硅橡胶相互作用，进而形成三维交联网络。图1-3脱醇型室温固化硅橡胶固化反应机理图通常情况下RTV-1硅橡胶需要借助催化剂固化成型。其反应原理及过程如下：催化剂先与固化剂之间发生化学反应，使得固化剂快速水解，二者结合得到的产物与室温固化硅橡胶反应的活性大幅度提升，进而另硅橡胶快速固化成型。图1-4为催化剂二月桂酸二丁基锡与固化剂正硅酸乙酯配合作用机理。交联部分
【参考文献】：
期刊论文
[1]单官能化改性环氧树脂及其在UV固化胶粘剂中的应用[J]. 李晓雷,包春连,凌钦才. 粘接. 2019(05)
[2]耐烧蚀硅橡胶复合材料的研制[J]. 李杰,陈少红,赵志祥,陈兵勇,王江. 特种橡胶制品. 2018(04)
[3]常温固化耐高温400℃的有机硅-聚硅氮烷涂料[J]. 邹铭,王丹,赵莉,孙宁,徐彩虹,张宗波. 表面技术. 2018(05)
[4]Design,Preparation and Properties of Carbon Fiber Reinforced Ultra-High Temperature Ceramic Composites for Aerospace Applications:A Review[J]. Sufang Tang,Chenglong Hu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(02)
[5]Improving thermal insulation of TC4 using YSZ-based coating and SiO2 aerogel[J]. Lei Jin,Peizhong Li,Haibin Zhou,Wei Zhang,Guodong Zhou,Chun Wang. Progress in Natural Science:Materials International. 2015(02)
[6]单组分缩合型室温硫化硅橡胶硫化体系技术解析与应用技术[J]. 姜承永. 精细与专用化学品. 2011(06)
[7]无水氯化钙在脱醇型RVT-1硅橡胶中的除水作用[J]. 徐传辉,何慧,刘莉,王跃林,吴利民,朱红浩. 化工新型材料. 2008(03)
[8]单组分室温硫化硅橡胶的配制(八)[J]. 黄文润. 有机硅材料. 2003(05)
[9]单组分有机硅密封胶的研究进展[J]. 朱旭,孟繁国. 合成橡胶工业. 1992(06)
硕士论文
[1]多点溶胀测试系统设计及在橡胶溶胀中的应用[D]. 杨帆.安徽理工大学 2019
[2]纳米SiO2的改性及SiO2/硅橡胶复合材料的性能研究[D]. 欧阳舴艋.浙江理工大学 2019
[3]UHMWPE用阻燃脱醇型室温硫化硅橡胶的制备及性能研究[D]. 董月本.浙江理工大学 2019
[4]硼酚醛/硅橡胶基耐烧蚀绝热材料的制备与性能研究[D]. 马超.沈阳理工大学 2019
[5]耐高温硅橡胶的制备及其性能研究[D]. 张瑾.沈阳化工大学 2018
[6]耐低温脱酮肟型室温硫化硅橡胶的制备与性能[D]. 赵玉萍.山东大学 2015
本文编号：3140444
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
隔热涂层系统多层的示意图[15]
点，RTV硅橡胶在实际应用之中拥有非常广阔的前景[29]。目前，生产RTV硅橡胶的企业比较多，美国、德国、法国以及日本有几家公司的产品质量较好，这些企业占领了中国RTV硅橡胶的中高端领域市常近年来，在国外RTV硅橡胶产业壮大的同时，我国的RTV硅橡胶产业也在飞速发展。中国现有的RTV硅橡胶制造商主要集中在中南部沿海地区，其中有十几家企业年产量可以达到2万吨。2016年，中国室温固化硅橡胶企业共有50多家，总产能约为109.2万吨/年，总产量约为60.8万吨[30]。室温固化硅橡胶通常以α,ω二羟基聚二有机硅氧烷为基胶（如图1-2所示），成型过程中将添加固化剂，催化剂，填料和其他助剂[31]。其中聚二甲基硅氧烷和传统有机聚合物相比在物理化学性质上具有差异，这是（-Si-O-）和（-C-O-）键之间的差异所致。根据EYilgr[32]等人的研究表明，该差异可从两方面进行解释：C-O和Si-O键长分别为1.43和1.83，对比可以看出二者的电负性有所不同；另一方面，Si-O和C-O键，离解能分别为460kJ/mol和345kJ/mol，因为聚合物的热稳定性与键的离解能密切相关，因此表明聚二甲基硅氧烷比传统的有机聚合物更加稳定，从分子结构上阐述了室温固化硅橡胶热稳定性能优异的根本原因。图1-2α,ω二羟基聚二有机硅氧烷RTV硅橡胶主要由单组分（RTV-1）和双组分(RTV-2)组成。分类原理是由于硅橡胶和固化剂交联固化的方式不同。RTV-2硅橡胶固化过程更为复杂，其使用不如RTV-1硅橡胶方便，所以在实际应用中RTV-1硅橡胶得到了更广泛的应用。依据RTV-1硅橡胶的固化反应原理，单组分缩合型室温固化硅橡胶与单组分加成型室温固化硅橡胶共同组成了RTV-1硅橡胶。在实际应用过程中，单组分缩合型室温硫化硅橡胶的应用前景最广阔。通常采用真空包装的RTV-1
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-是其中之一，在超冷空间和高温环境下返回地球时，硅橡胶可以承受温度差异并保持正常的功能。而RTV硅橡胶具有高热稳定性、成型条件简单、实际应用方便等诸多优点，因此近年来关于RTV硅橡胶热防护材料的研究越来越多。1.2.2RTV-1硅橡胶固化机理固化剂的选择对RTV-1硅橡胶的固化过程影响很大，一般情况下，RTV-1硅橡胶基础聚合物与固化剂无法独立相互作用，需要借助相应的催化剂降低反应活化能以固化成型。有机锡类催化剂和有机钛类催化剂是RTV-1硅橡胶常用的催化剂。其中有机锡类催化剂具有高效的催化性能且储存运输方便，因此在实际应用中，其适用范围更广[42]。以RTV-1脱醇型硅橡胶为例，介绍RTV-1硅橡胶的固化机理。如图1-3所示，使用正硅酸乙酯为固化剂，固化剂与空气中的水份发生化学反应，水解生成硅醇，脱出小分子醇类。水解之后的固化剂与带有端羟基活性官能团的硅橡胶相互作用，进而形成三维交联网络。图1-3脱醇型室温固化硅橡胶固化反应机理图通常情况下RTV-1硅橡胶需要借助催化剂固化成型。其反应原理及过程如下：催化剂先与固化剂之间发生化学反应，使得固化剂快速水解，二者结合得到的产物与室温固化硅橡胶反应的活性大幅度提升，进而另硅橡胶快速固化成型。图1-4为催化剂二月桂酸二丁基锡与固化剂正硅酸乙酯配合作用机理。交联部分
【参考文献】：
期刊论文
[1]单官能化改性环氧树脂及其在UV固化胶粘剂中的应用[J]. 李晓雷,包春连,凌钦才. 粘接. 2019(05)
[2]耐烧蚀硅橡胶复合材料的研制[J]. 李杰,陈少红,赵志祥,陈兵勇,王江. 特种橡胶制品. 2018(04)
[3]常温固化耐高温400℃的有机硅-聚硅氮烷涂料[J]. 邹铭,王丹,赵莉,孙宁,徐彩虹,张宗波. 表面技术. 2018(05)
[4]Design,Preparation and Properties of Carbon Fiber Reinforced Ultra-High Temperature Ceramic Composites for Aerospace Applications:A Review[J]. Sufang Tang,Chenglong Hu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(02)
[5]Improving thermal insulation of TC4 using YSZ-based coating and SiO2 aerogel[J]. Lei Jin,Peizhong Li,Haibin Zhou,Wei Zhang,Guodong Zhou,Chun Wang. Progress in Natural Science:Materials International. 2015(02)
[6]单组分缩合型室温硫化硅橡胶硫化体系技术解析与应用技术[J]. 姜承永. 精细与专用化学品. 2011(06)
[7]无水氯化钙在脱醇型RVT-1硅橡胶中的除水作用[J]. 徐传辉,何慧,刘莉,王跃林,吴利民,朱红浩. 化工新型材料. 2008(03)
[8]单组分室温硫化硅橡胶的配制(八)[J]. 黄文润. 有机硅材料. 2003(05)
[9]单组分有机硅密封胶的研究进展[J]. 朱旭,孟繁国. 合成橡胶工业. 1992(06)
硕士论文
[1]多点溶胀测试系统设计及在橡胶溶胀中的应用[D]. 杨帆.安徽理工大学 2019
[2]纳米SiO2的改性及SiO2/硅橡胶复合材料的性能研究[D]. 欧阳舴艋.浙江理工大学 2019
[3]UHMWPE用阻燃脱醇型室温硫化硅橡胶的制备及性能研究[D]. 董月本.浙江理工大学 2019
[4]硼酚醛/硅橡胶基耐烧蚀绝热材料的制备与性能研究[D]. 马超.沈阳理工大学 2019
[5]耐高温硅橡胶的制备及其性能研究[D]. 张瑾.沈阳化工大学 2018
[6]耐低温脱酮肟型室温硫化硅橡胶的制备与性能[D]. 赵玉萍.山东大学 2015
本文编号：3140444
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