基本信息
- 項目名稱：
- 強韌硅橡膠
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 強韌硅橡膠是將原位生成補強技術首次應用于硅橡膠的成功范例，它不但具有普通硅橡膠優(yōu)異性能，而且彌補了普通硅橡膠抗拉伸性能差的不足，并且由于原位生成技術的引入使得加工工藝得以簡化，同時可喜的是大大降低了生產(chǎn)所需能耗，減少了污染，實現(xiàn)了綠色生產(chǎn)。 此項成果不但填補了國內空白，同時使得原位生成技術更加成熟，而強韌硅橡膠則大大拓寬了硅橡膠的應用領域，可廣泛適用于電子電氣、建筑機械、醫(yī)藥衛(wèi)生、輕工等行業(yè)，對國民經(jīng)濟，國防建設有較大的貢獻。
- 詳細介紹：
- 硅橡膠由于具有優(yōu)良的耐候性、憎水性、透氣性以和絕緣而處于佼佼者的地位，同時拉伸強度差嚴重的限制了它的使用范圍。因此，將其補強成為了硅橡膠改性的主要方向。 目前，原位生成技術補強在天然橡膠已有過應用，并且取得了良好的效果，因此，我們創(chuàng)新小組首次將原位生成技術引入到改性硅橡膠中，并且制備出了拉伸性能超出國內同類產(chǎn)品50%以上的硅橡膠——強韌硅橡膠。 那么什么是原位生成技術呢？所謂原位生成技術就是在一定的條件下，使添加到基體材料中的反應物之間或該反應物與基體材料之間產(chǎn)生化學反應，在基體材料內就地生成一種或幾種具有一定功能的生成物，從而達到改進聚合物基體材料性能的目的。 簡單說就是在橡膠混煉過程，發(fā)生機械共混的同時添加原位生成的原料并以硅橡膠為介質發(fā)生化學反應，生成具有補強作用的功能性產(chǎn)物。 一種新鮮事物的誕生必定有它存在的價值，運用原位生成技術改性后的硅橡膠即強韌硅橡膠也具有它的科學性、先進性和創(chuàng)新性。 科學性： ①理論的科學性： 使氧化鋅和甲基丙烯酸在硅橡膠內發(fā)生原位生成反應，在此過程中生成了具有補強功能的產(chǎn)物甲基丙烯酸鋅即原位生成ZDMA。 同時在橡膠分子主鏈間生成了網(wǎng)狀氧-鋅離子交聯(lián)鍵。在硅橡膠基體中成為熱力學穩(wěn)定相,所以其相表面無污染,避免了與基體材料相容性不良問題。 ②產(chǎn)品的科學性： 通過對普通補強后硅橡膠和強韌硅橡膠的電鏡掃描分析，可以直觀的發(fā)現(xiàn)普通硅橡膠中補強劑的分布不均勻，并形成了分散不均勻的團聚顆粒，因此影響了產(chǎn)品的抗拉伸性能；而強韌硅橡膠中原位生成的ZDMA分散均勻，與硅橡膠形成明顯的凝膠補強結構，從而提高了硅橡膠的拉伸性能。 ③在此基礎上此課題分別得到了中國科學院葉恒強院士、沈陽科協(xié)副主席李宏印副教授、中橡集團教授級高級工程師楊志敏同志和沈陽工業(yè)大學副校長李三喜教授的相關指導，并且為我們的作品做出了中肯的評價，同時我們在《中國材料研究與技術設備》發(fā)表了論文。 先進性： ①強韌硅橡膠不但具有普通硅橡膠的優(yōu)異性能，而且彌補了普通硅橡膠抗拉伸性能差的不足，達到了“強”和“韌”的效果。 ②經(jīng)過系統(tǒng)的實驗探索后得出，當原位生成ZDMA為60份時硅橡膠的力學性能達到了峰值即拉伸強度為8.5MPa，斷裂伸長率為395%。無論是拉伸強度還是斷裂伸長率均遠遠優(yōu)于普通方法補強后的硅橡膠。 ③通過科技查新“在國內未查到相關文獻記載”的結果更進一步的證明了我們的先進性。 創(chuàng)新性： ①成功改性后的硅橡膠即強韌硅橡膠在國內為創(chuàng)新性產(chǎn)品，并且已經(jīng)申請了發(fā)明專利在2009年2月獲得專利受理通知書，即將在7月份公開。 ②在橡膠生產(chǎn)流程中，我們運用的創(chuàng)新性加工工藝：將氧化鋅和甲基丙烯酸直接加入進行共混，使得生產(chǎn)制備與改性同時進行。不但達到了補強劑均勻混合的目的，而且省去了復雜的合成配合劑和處理補強劑等步驟。 產(chǎn)品以及加工工藝技術的可行性： ①原位生成技術改性硅橡膠這一課題在遼寧省遼陽振興橡塑制品廠已經(jīng)入中試階段。 ②強韌硅橡膠分別在沈陽橡膠研究設計院生產(chǎn)基地以及遼寧省遼陽振興橡塑制品廠做了測試相關指標均符合國家標準，并且得到了此企業(yè)的相關應用推薦材料。 特點及優(yōu)勢： ①抗拉伸性能突出超出國內同類產(chǎn)品50%以上； ②簡化生產(chǎn)工藝、節(jié)省能耗、降低了生產(chǎn)成本； ③生產(chǎn)過程無污染，無殘留，實現(xiàn)了綠色生產(chǎn)。 總之，原位生成技術將硅橡膠成功補強后，可使原位生成技術更加成熟；改性后的硅橡膠即強韌硅橡膠會更加廣泛的應用于人民生產(chǎn)生活的各個領域，真正達到造福人類服務社會的目的！
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本作品設計、發(fā)明目的： 由于普通硅橡膠的拉伸性能差，限制了其應用領域，市場急需一種不但具有硅橡膠原有性能的高拉伸強度硅橡膠，而且需要一種工藝流程簡單，能耗低，產(chǎn)品質量穩(wěn)定制備技術。 本作品采用原位生成補強技術對硅橡膠的性能加以改良。改性后的硅橡膠不但具有普通硅橡膠優(yōu)異性能，而且彌補了其抗拉伸性能差的不足，簡化了生產(chǎn)工藝，達到既滿足市場需求，又節(jié)能環(huán)保的目的。 基本思路： 運用原位生成技術改性的硅橡膠，即為在混煉過程中加入氧化鋅（ZnO）和甲基丙烯酸(MAA)，以硅橡膠本身作為介質發(fā)生原位生成反應，就地生成補強劑，從而提高硅橡膠的抗拉伸性能，簡化工藝流程，減少反應能耗，降低成本。 創(chuàng)新點： 1. 繼原位生成技術應用到其他橡膠作為補強手段后，首次應用于硅橡膠; 2. 運用此技術改性后的硅橡膠，不但具有普通硅橡膠的優(yōu)異性能，而且彌補了其抗拉伸性能差的不足; 3.與直接添加法制備硅橡膠的工藝相比,可省去單獨合成、處理和加入改性劑等工序,簡化了工藝。 技術關鍵：原料選取、工藝方法、添加量確定等。 技術指標： 成功改性后的硅橡膠——強韌硅橡膠各項性能指標均符合國內硅橡膠執(zhí)行標準GJB227A-96或HG6-678-74要求，抗拉伸性能突出（拉伸強度為7.5～8.5Mpa），超出國內同類產(chǎn)品50%以上，并且加工工藝簡單且生產(chǎn)成本相對低廉。
科學性、先進性
- 科學性： ①理論科學：氧化鋅和甲基丙烯酸在硅橡膠內發(fā)生原位生成反應，生成具有補強功能的產(chǎn)物甲基丙烯酸鋅即原位生成ZDMA。同時在橡膠分子主鏈間形成網(wǎng)狀氧-鋅離子交聯(lián)鍵，抗拉伸性能大幅度提高。②產(chǎn)品科學:通過電鏡掃描分析，普通硅橡膠中補強劑分布不均勻，本身形成了團聚顆粒，影響抗拉伸性能；在強韌硅橡膠中原位生成ZDMA分散均勻，并形成凝膠補強結構，提高了拉伸性能。 先進性： ①生產(chǎn)技術：首次將原位生成補強技術應用于硅橡膠； ②產(chǎn)品性能：在保持硅橡膠優(yōu)異性能的同時，抗拉伸強度提高50%以上； ③生產(chǎn)工藝：產(chǎn)品質量穩(wěn)定，工藝流程簡單，能耗低，制備時環(huán)保無污染。 ［1］翟俊學,李軍鴿,史新妍,等.原位生成甲基丙烯酸鋅對填充天然橡膠力學性能的影響[J].特種橡膠制品,2007.8,28(4):12～15. ［2］王聿衡,彭宗林,張勇.原位生成ZDMA補強HNBR性能的研究[J].橡膠工業(yè),2006,53(1):10～14.
獲獎情況及鑒定結果
- Ⅰ 2009年4月2日至4月10日經(jīng)教育部科技查新工作站（L03）查新，查新結論為： “原位生成甲基丙烯酸鋅（ZDMA）改性硅橡膠”在國內未見文獻報道。 Ⅱ 在第九屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學生課外學術科技作品競賽中 榮獲省級特等獎
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 技術合作與有償轉讓相結合
作品可展示的形式
- 實物、圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術特點和優(yōu)勢： 強韌硅橡膠采用先進的合成工藝，簡化了生產(chǎn)工藝流程，使產(chǎn)品質量穩(wěn)定、生產(chǎn)工藝過程無污染，既降低生產(chǎn)成本，又滿足市場需求等優(yōu)點。 適應范圍： 適用于航天航空、電子電氣、建筑機械、醫(yī)藥衛(wèi)生等各領域。因其優(yōu)異性能，成功打開了普通硅橡膠的應用“禁區(qū)”。 推廣前景及市場分析和經(jīng)濟效益預測： 硅橡膠的發(fā)展方向是以開發(fā)中高檔混煉膠和硅橡膠制品為主。國內生產(chǎn)廠家30～40家，產(chǎn)量僅約6萬噸/年，且國產(chǎn)70%～85%的硅橡膠都為中、低檔產(chǎn)品。與發(fā)達國家高品質硅橡膠的產(chǎn)量和消費量相比，提高我國硅橡膠產(chǎn)品質量勢在必行！ 根據(jù)中國化工信息中心預測，2008年～2011年，我國硅橡膠需求將以15%速度增長，到2011年需求量可達25.5萬噸以上，市場供需缺口達6.5萬噸，自給率下降至74.5%，為最近多年來的最低點。 強韌硅橡膠在國內屬于創(chuàng)新型產(chǎn)品，在其抗拉伸性能方面具有突出性能，具有良好的市場推廣前景。
同類課題研究水平概述
- 鑒于硅橡膠的拉伸強度和撕裂強度偏低，制造復雜產(chǎn)品時加工工藝性能差等缺點，各國進行了大量改性工作，通過查閱文獻歸納起來主要有以下幾種： Ⅰ 分子結構的改進 開展有機硅與其它單體或聚合物的共聚，以獲得新性能的共聚物，例如有機硅和聚碳膠酯的嵌段共聚物，作為選擇性透氣膜；有機硅和乙丙橡膠共混物(日本信越牌號SEP)，其特性介于硅橡膠和乙丙橡膠之間。 Ⅱ 加工性能的改善 研制了不需要二硫化硅橡膠、顆粒硅橡膠(又稱粉末橡膠)以及基于含乙烯基聚硅氧烷和含氫硅氧烷之間的催化加成反應。 Ⅲ 補強填料的改性 ①采用處理過的白炭黑 ，例如用六甲基二硅氮烷處理的氣相法白炭黑，即高抗撕白炭黑(或稱高補強白炭黑)，可提高撕裂強度。 ②采用復合偶聯(lián)劑、氣相法白炭黑和多乙烯基硅油；加入到乙烯基硅橡膠中，由于復合偶聯(lián)劑與氣相白炭黑進行偶聯(lián)，增加了氣相白炭黑在硅橡膠中的填充量，使硅橡膠的拉伸強度提高，同時斷裂伸長率在原有基礎上提高。 以上方法雖然可以有效提高硅橡膠的強度，但都不同程度的將加工工藝復雜化，導致產(chǎn)品質量的不穩(wěn)定。隨之生產(chǎn)能耗的增加，將無法迎合未來的發(fā)展趨勢，將會被時代所淘汰。例如：氣相法白炭黑混煉困難、飛揚大 、易結構化 ，而且高抗撕白炭黑的價格相當昂貴大大增加了成本。隨著新的補強填料和技術的發(fā)展，硅橡膠的機械強度雖然已基本符合實用要求，但其強度的提高和補強成本的降低還有很大的空間。 目前，我國高性能高品質品種的硅橡膠主要還是依靠進口。全面地講，我國的硅橡膠工業(yè)與國際先進水平相比，仍有不小的差距。特別是航空高尖端科技和醫(yī)用硅橡膠發(fā)展更為落后。國際上德國、日本原位生成技術在天然橡膠、合成橡膠方面的應用已經(jīng)很廣泛，而我國正處于起步階段。 在國內關于在硅橡膠混煉過程中原位生成甲基丙烯酸鋅（ZDMA），改良硅橡膠性能的研究，未見相同文獻報道。 參考文獻: [1] 于 亮,趙建青,張利萍.國外硅橡膠補強技術進展[J].彈性體,2002,12(4):50～54. [2] 嚴學華,孫少純,蔣宗宇.原位反應復合材料研究進展[J].高分子學報,2001, (1):27～31.
