有機矽樹脂

有機矽樹脂

有機矽樹脂是高度交聯的網狀結構的聚有機矽氧烷,通常是用甲基三氯矽烷、二甲基二氯矽烷、苯基三氯矽烷、二苯基二氯矽烷或甲基苯基二氯矽烷的各種混合物,在有機溶劑如甲苯存在下,在較低溫度下加水分解,得到酸性水解物。水解的初始產物是環狀的、線型的和交聯聚合物的混合物,通常還含有相當多的羥基。水解物經水洗除去酸,中性的初縮聚體於空氣中熱氧化或在催化劑存在下進一步縮聚,最後形成高度交聯的立體網路結構。

基本信息

概述

在聚矽氧烷分子中,有機取代基 (R)與矽原子(Si)的比值,是決定產品形式的重要參數。當R/Si<2時,產品為有機矽樹脂;R/Si≈2時,為高粘滯塑性態的生膠,即矽橡膠;當R/Si>2時,為低分子量的油狀物,稱矽油。有機矽樹脂有優良的耐高溫性能和突出的介電性。它有優良的耐電暈、耐電弧性,介質損耗角正切值低,這些是其他合成樹脂所不及的。

用途

有機矽樹脂有機矽樹脂

有機矽樹脂可製作耐180°C的電動機絕緣材料,如玻璃漆布、玻璃布層壓板、雲母帶、浸漬漆、磁漆等。後兩者添加鋁粉後可配成長期使用耐500°C、瞬時使用耐 1000°C的高溫塗料,用於塗裝噴氣發動機尾噴管、金屬煙囪等。以玻璃纖維或石棉補強制成的模塑膠,可用作製造耐強電流、高電壓的耐電弧開關的材料。以甲基三烷氧基矽烷製得的有機矽樹脂(俗稱有機矽玻璃樹脂),可用以處理紙、塑膠、金屬表面,使其有良好的亮度和耐磨性。有機矽樹脂經改性(如用醇酸樹脂等)後可用作耐候性良好的室外用塗料。

發明

1937年美國人J.F.海德首先製成浸塗電絕緣用玻璃布的有機矽樹脂。1943年美國陶-康寧公司建成甲基苯基矽樹脂中間試驗工廠,1945年實現了工業化生產。

製作

有機矽樹脂的工業生產通常以甲基三氯矽烷苯基三氯矽烷等為主要原料。為了降低樹脂的脆性、硬度,提高樹脂粘著性,可加入二甲基二氯矽烷、甲基苯基二氯矽烷等二官能度單體。上述單體在溶劑中水解、縮聚,洗除副產氯化氫,得到尚含少量矽羥基的樹脂液。使用時要加入少量如環烷酸鈷催化劑,使樹脂進一步縮聚完全,得到交聯的三維網狀固化樹脂。水解過程中的加料速度、反應溫度、攪拌強度等,對樹脂性能都有影響。

成分結構

固化通常是通過矽醇縮合形成矽氧鏈節來實現的。當縮合反應在進行時,由於矽醇濃度逐漸減少,增加了空間位阻,流動性差,致使反應速率下降。因此,要使樹脂完全固化,須經過加熱和加入催化劑來加速反應進行。許多物質可起矽醇縮合反應的催化作用,它們包括酸和鹼,鉛、鈷、錫、鐵和其它金屬的可溶性有機鹽類,有機化合物如二丁基二月桂酸錫或N,N,N',N'一四甲基胍鹽等。
矽樹脂最終加工製品的性能取決於所含有機基團的數量(即R與Si的比值)。一般有實用價值的矽樹脂,其分子組成中R與Si的比值在1.2~1.6之間。一般規律是,R:Si的值愈小,所得到的矽樹脂就愈能在較低溫度下固化;R:Si的值愈大,所得到的矽樹脂要使它固化就需要在200~250℃的高溫下長時間烘烤,所得的漆膜硬度差,但熱彈性要比前者好得多。
此外,有機基團中甲基與苯基基團的比例對矽樹脂性能也有很大的影響。有機基團中苯基含量越低,生成的漆膜越軟,縮合越快,苯基含量越高,生成的漆膜越硬,越具有熱塑性。苯基含量在20~60%之間,漆膜的抗彎曲性和耐熱性最好。此外,引入苯基可以改進矽樹脂與顏料的配伍性,也可改進矽樹脂與其它有機矽樹脂的配伍性以及矽樹脂對各種基材的粘附力。

生產工藝

矽樹脂是一種熱固性的塑膠,它最突出的性能之一是優異的熱氧化穩定性。250℃加熱24小時後,矽樹脂失重僅為2~8%。矽樹脂另一突出的性能是優異的電絕緣性能,它在寬的溫度和頻率範圍內均能保持其良好的絕緣性能。一般矽樹脂的電擊穿強度為50千伏/毫米,體積電阻率為1013~1015歐姆?厘米,介電常數為3,介電損耗角正切值在10-30左右。此外,矽樹脂還具有卓越的耐潮、防水、防鏽、耐寒、耐臭氧和耐候性能,對絕大多數含水的化學試劑如稀礦物酸的耐腐蝕性能良好,但耐溶劑的性能較差。

有機矽樹脂

以有機矽樹脂為基體、以填料填充或以纖維(或其織物)增強的複合材料。有機矽樹脂通常由有機氯矽烷經水解縮合而成,分子上有活性基團,因進一步固化,屬熱固性樹脂。其複合材料主要有以下四種形式。
(1)有機矽玻璃漆布,將玻璃布浸漬有機矽樹脂經烘乾製得。主要用作電器電機的包紮絕緣或襯熱絕緣材料。
(2)有機矽層壓塑膠,將浸漬了有機矽樹脂的玻璃布層疊,用高壓成型、低壓成型或真空袋模壓法製成製品。可在250℃下長期使用,短期使用溫度可高達300℃。主要作H級電機的槽楔絕緣、高溫繼電器外殼、高速飛機的雷達天線罩、印刷電路板等。
(3)有機矽雲母製品,根據選用的有機矽絕緣樹脂的類型和雲母的結構可得到硬質或軟質的多種製品,如雲母箔、雲母帶、雲母板等,主要作H級電機電器絕緣材料。
(4)有機矽膜壓塑膠,以有機矽樹脂為基料,添加石英粉、白炭黑等填料,經滾壓、、粉碎製成模壓材料。在150℃下有良好的流動性,能快速固化。石棉填充的有機矽膜壓製品可在250℃下長期工作,瞬時工作溫度可以高達650℃,現已廣泛套用於航空、航天以及電子電氣工業領域中。

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