硅橡胶用填料的研究进展与发展趋势

硅橡胶是由硅氧键交替组成其主链，有机基团（如甲基、乙基、乙烯基、苯基、三氟丙基等）组成其侧基的一种线型聚有机硅烷。由于结构及组成的特殊性，硅橡胶具有抗臭氧性、耐热、耐老化、电绝缘性、耐油性、耐溶剂等物理化学性能，被广泛地应用于电力、电子、建筑、医疗、日用生活品等领域。但是单纯的硅橡胶分子为螺旋状线性长链结构，分子与分子之间的作用力比较弱，导致硅橡胶的拉伸强度以及断裂伸长率等物理性能很差。因此，工业上通常在硅橡胶中填充一些填料，从而改善其物理化学性能，以满足各种需求。硅橡胶中常用的填料主要包括炭黑、白炭黑、碳酸钙、硅藻土和氧化锌等。

1 硅橡胶用填料研究概况

1.1 炭黑

炭黑的耐热性、耐化学品、耐光性较好，在橡胶中主要作为补强剂和导电填料。焦冬生等[1]将乙炔炭黑作为填料填充到硅橡胶中，对硅橡胶的导电性能进行了研究。研究表明，随着填料用量的增加，甲基乙烯基硅橡胶的体积电阻率不断降低。当乙炔炭黑的用量大于30phr时，试样的体积电阻率迅速下降；当用量超过40phr时，甲基乙烯基硅橡胶体积电阻率的降低速度逐渐变慢，并且此情况下的硅橡胶的最小体积电阻率小于4.512Ω·cm，最终制备了与高导电级相近的导电材料。

1.2 白炭黑

气相法和沉淀法白炭黑是硅橡胶最常用的补强填料，然而由于白炭黑具有较高的表面活性使其在使用过程中极易团聚，导致其在硅橡胶中的分散性急剧下降；此外，白炭黑表面含有大量硅羟基使其呈亲水性，与硅橡胶基体相容性差，严重影响其补强效果。

使用偶联剂对白炭黑进行表面改性，可以提高白炭黑在硅橡胶中的分散性，通过改变偶联剂的结构和组成，可实现对白炭黑和硅橡胶之间界面结构的控制和优化。Barrantes等[2]采用（3-三乙氧基硅烷基丙基）四硫化物（TESPT）、巯基硅烷（Ms）等双官能硅烷偶联剂对纳米SiO2进行改性，研究结果表明，接枝在SiO2表面的双官能团硅烷偶联剂能有效减弱微粒之间的团聚，并增加填料与硅橡胶之间的界面结合强度，从而提高复合材料的力学性能。

1.3 碳酸钙

碳酸钙是硅橡胶填料的一种，是一种增量型的填料。这种增量型的填料可以增加制品体积，从而使生产的制品成本得到降低。邹德荣[2]分别采用纳米碳酸钙与轻质碳酸钙作为填料填充到RTV硅橡胶中，比较两种填料对RTV橡胶机械性能和工艺性能的影响。实验结果表明，轻质碳酸钙只能当做普通的增量型填料使用，而纳米碳酸钙可以在降低生产成本的同时，提高RTV硅橡胶的交联密度，改善橡胶的性能。

1.4 硅藻土

硅藻土是由硅藻生物的遗骸逐渐沉积而形成，属于无定形结构，其主要化学成分是二氧化硅。硅藻土由含水的SiO2小球紧密堆积而形成。堆积形成的间隙呈现出纳米级的微孔，与此同时硅藻土具有大孔结构，这些微孔和大孔结合，构成了硅藻土的多孔结构。硅藻土填料能有效增强硅橡胶产品的刚性和强度，在液体石蜡等一些非极性溶液中的沉降体积达95%。刘强[3]采用硅藻土填料对有机硅橡胶进行填充，制备出了价格便宜，力学性能较好的硅橡胶。

1.5 氧化锌

氧化锌是一种比较常见的白色填料。马凤国等[4]采用氧化锌为填料，探讨了氧化锌对RTV硅橡胶的力学性能和导热性的影响。研究结果显示，随着导热填料氧化锌添加量的增加，RTV硅橡胶热导率越来越高，当加入的氧化锌用量为70phr时，RTV硅橡胶热导率达到了2.142W/（m·K）；另外，随着体系的温度升高，热导率随温度的升高而变大，并且在30℃时达到了2.29W/（m·K），当温度达到150℃时，制品的热导率则高达5.9W/（m·K）。

1.6 其他填料

Verdejo等考察了碳纳米管（CNT）和功能化石墨烯（FGS）填充硅橡胶泡沫材料的物理性能，实验发现，硅橡胶泡沫材料为开孔结构，CNT在硅橡胶基体中形成贯穿的网络结构，而FGS则以剥离或插层的形式分散其中，二者能够显著提高材料的压缩性能。吴菊英等选用乙烯基硅橡胶为基材，纳米二氧化钌为导电填料制备了纳米二氧化钌/硅橡胶力敏复合材料，并测试了其压阻特性。研究结果表明。复合材料加载与卸载过程的压阻曲线所形成的“滞后环”较小，具有较好的压阻特性及重复性，是性能优良的力敏功能材料。

2 总结与展望

当前利用填料改性硅橡胶性能的研究已取得了一定的进展，未来主要研究方向有三个：一是填料粒子的微米纳米化；二是填料的功能化，特别是高导电、高导热、高强度的功能化硅橡胶；三是填料的改性化，增强填料与硅橡胶的相容性。