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纳米氧化铈对硅橡胶耐热性和耐油性的影响
硅橡胶以其优异的耐候性、耐高低温性、电绝缘性、耐辐射性、生物惰性等在电气、电子、
办公设备、汽车、建筑、医疗、食品和人造器官等领域有着广泛的应用。硅橡胶在-60〜
200 °C范围内可长期使用。随着现代科学技术的发展，对硅橡胶耐热性的要求越来越高。如高速汽车的发动机机舱温度经常在300摄氏度以上，对橡胶配件提出了更高的耐油、耐高低温要求。因此，开展提高硅橡胶热稳定性的研究、制造具有更高使用温度的硅橡胶具有实际意义。国内外就耐高温硅橡胶已进行了多方面的研究。如在硅橡胶主链引入芳撑或芳醚撑等结构，但此法成本较高，主要应用于特殊领域；在硅橡胶中加入耐热添加剂，如三氧化二铁、纳米氧化铈Vk-Ce01、六苯基环三硅氮烷等,可以防止聚硅氧烷侧链氧化交联和主链环化降解。纳米氧化铈Vk-Ce01作为一种有效的硅橡胶耐热添加剂，在制备浅色硅橡胶制品中起着重要作用。稀土铈特殊的电子结构（f电子层未充满） 使其容易形成配合物，所形成的配合物通过阻止橡胶分子的链段运动，抑制了橡胶在溶剂中的溶胀，从而提高了橡胶的耐油性。所以本实验考察了纳米氧化铈Vk-Ce01用量对耐油硅橡胶的耐热性及综合性能的影响，以期为制造耐高温、耐油密封材料提供依据。
硅橡胶在高温下主要发生主链降解和侧链甲基的氧化反应。在硅橡胶中加入（过渡、稀土、碱土等）金属氧化物能提高硅橡胶的耐热性能。其可能的机理是某些具有氧化-还原作用的金属氧化物（如Fe2O3、CeO2)在一定的温度范围内能够阻止硅橡胶中由于氧化产生的游离基反应，而且能在空气中的o2的作用下再生; 而某些金属化合物可能吸收了硅橡胶中某些能够催化降解反应的微量酸或碱性物质，从而对硅橡胶起到热稳定作用。
纳米氧化铈Vk-Ce01用量对硅橡胶耐热和耐油性能的影响见表1。
表1：纳米氧化铈Vk-Ce01用量对硅橡胶耐热和耐油性能的影响
|
测试项目 |
纳米氧化铈Vk-Ce01用量/份 |
0 |
2 |
5 |
10 |
|
耐ASTM1#油性（150℃*70h） |
|
|
|
|
|
|
硬度变化度（%） |
|
-10 |
-9 |
-7 |
-7 |
|
拉伸强度变化率（%） |
|
-23.7 |
-22.6 |
-21.3 |
-21. 1 |
|
拉断伸长率变化率（%） |
-31. 5 |
-28.8 |
-27. 2 |
-24.6 |
|
|
体积变化率（%） |
|
24.2 |
23.3 |
22.9 |
22.8 |
|
耐 ASTM3#油性（150℃*70h） |
|
|
|
|
|
|
硬度变化度（%） |
|
-20 |
-20 |
-19 |
-18 |
|
拉伸强度变化率（%） |
|
-43.2 |
-38.6 |
-32.5 |
-28.6 |
|
拉断伸长率变化率（%） |
-27.4 |
-27. 3 |
-26.5 |
-24 |
|
|
体积变化率（%） |
|
63.5 |
62.3 |
59.4 |
58.1 |
|
耐热老化性（200 ℃*70h) |
|
|
|
|
|
|
硬度变化度（%） |
|
3 |
3 |
2 |
2 |
|
拉伸强度变化率（%） |
|
-6.5 |
-4.8 |
-5.2 |
-4.1 |
|
拉断伸长率变化率（%） |
|
-15.6 |
-16.2 |
-14.8 |
-12.3 |
|
耐热老化性（250 ℃*70h) |
|
|
|
|
|
|
硬度变化度（%） |
|
6 |
6 |
5 |
5 |
|
拉伸强度变化率（%） |
|
-26.3 |
-25.2 |
-24.7 |
-23.1 |
|
拉断伸长率变化率（%） |
|
-35.6 |
-34.2 |
-32.8 |
-31.4 |
纳米氧化铈Vk-Ce01用量对鞋橡胶力学性能的影响
纳米氧化铈Vk-Ce01用量对硅橡胶力学性能的影响见表2
表二：纳米氧化铈Vk-Ce01用量对娃橡胶力学性能的影响
|
测试项目 |
纳米氧化铈Vk-Ce01用量/份 |
0 |
2 |
5 |
10 |
|
邵尔A硬度（度） |
|
52 |
52 |
53 |
54 |
|
回弹性（%） |
|
60 |
59 |
57 |
56 |
|
拉伸强度（MPA） |
6. 5 |
6.6 |
6.4 |
6.4 |
|
|
拉断伸长率（%） |
|
305 |
297 |
294 |
276 |
|
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结论：
加入纳米氧化铈Vk-Ce01对硅橡胶力学性能的影响较小，但能提高硅橡胶的耐热性，同时能明显改善其耐油性,纳米氧化铈Vk-Ce01的较佳用量为5份。通过热分析可知，与未加纳米氧化铈Vk-Ce01的硅橡胶相比，加入10份氧化铈的硅橡胶在氮气环境下的热分解温度的峰值提高13摄氏度,同时在898.7摄氏度的固体残余质量分数提高11个百分点；在空气中***阶段热分解温度的峰值提高了25.8摄氏度,第二阶段提高了9.1摄氏度,同时在898.7摄氏度时的固体残余质量分数提高近3个百分点。说明纳米氧化铈Vk-Ce01对硅橡胶具有热稳定作用。
