硅橡胶是所有橡胶中耐热性能最好的种类［1］，它有着突出的耐高低温性能和耐候、耐老化性能，优异的电绝缘性能及特殊的表面性能和生理惰性，这些性能是其他材料所无法替代的［2 － 4］。无机材料增强橡胶复合体系经过几十年的研究，值得探索的空间已经非常有限，而近几年由于纤维材料优异的综合性能，纤维增强橡胶复合材料的研发引起国内外学者的广泛兴趣［5］。因此，本工作采用玻璃纤维团状模塑料( DMC) 增强甲基乙烯基硅橡胶( MVQ) ，以丁苯橡胶( SBＲ)作为相容剂，对影响DMC /MVQ 绝缘材料性能的因素进行了考察。
1· 实验部分
1. 1 原材料
MVQ，东爵有机硅集团有限公司产品; SBＲ，牌号1500，吉林石化公司产品; 丁腈橡胶( NBＲ) ，牌号230，兰州石化公司产品; 顺丁橡胶( BＲ) ，牌号9000，上海裕达石油化工有限公司产品; 丙烯酸酯橡胶( AＲ) ，牌号200，四川遂宁青龙丙烯酸酯橡胶厂产品; 三元乙丙橡胶( EPDM) ，牌号Z 3080 P，吉林石化公司产品; 白炭黑，牌号383，青岛威特白炭黑有限公司产品; DMC，由玻璃纤维和少量的不饱和聚酯组成，工业级，哈尔滨绝缘材料厂提供; 其他配合剂为市售工业品。
1. 2 试样制备
基本配方( 质量份) 为MVQ 和橡胶100，白炭黑45，氧化铁2，过氧化二异丙苯4，促进剂M1. 5，防老剂D 1，氧化锌2。
先将MVQ 和橡胶在天津市电工机械厂生产的辊温为45 ℃、辊距为0. 5 mm 的SK － 160 型开炼机上塑炼5 min，然后将辊温升至55 ℃，辊距调整为1. 0 ～ 2. 0 mm，加入基本配合剂( 白炭黑、氧化铁、过氧化二异丙苯、促进剂M、防老剂D 以及氧化锌) ，混炼20 min 后加入DMC 混合约5 min，在上海第一橡胶机械厂生产的XLB － D 型平板硫化机上进行硫化，硫化条件为175 ℃ × 1. 2 MPa ×10 min，将得到的硫化胶用裁样刀制成标准试样。
热老化试样的制备是将400 mm × 6 mm ×3 mm标准样置于江都市真威机械有限责任公司生产的401 B 型热老化箱中进行老化，老化条件为200 ℃ × 120 h。
1. 3 分析与测试
拉伸性能采用中吉应用技术研究所生产的CSS － 2200 型电子万能试验机，按照GB /T 528—2009 测定。
耐热老化性能按照GB /T 3512—2001 进行测定。
动态力学性能采用美国TA 公司生产的DMAQ 800 型动态热机械分析仪进行分析。
氧指数采用江宁县分析仪器厂生产的HC － 2 氧指数测定仪，按照GB /T 2406—2008 进行测定。
体积电阻率按照GB/T 2439—2001 进行测定。扫描电子显微镜( SEM) 分析采用日本
Hitachi公司生产的S － 4300 型SEM，按照GB /T16594—2008 进行分析。
傅里叶变换红外光谱( FTIＲ) 分析采用美国Perkin Elmer 公司生产的Spectrum One 型FTIＲ仪，按照GB /T 7764—2001 进行分析。
2 ·结果与讨论
2. 1 影响DMV/MVQ 绝缘复合材料的因素
2. 1. 1 橡胶种类
由于硅橡胶分子链中连接Si 上的甲基是围绕—Si—O—轴旋转，氢原子具有很大的空间，相邻Si 和O 的间距较大，分子之间的相互吸引力小，导致硅橡胶的力学性能较差。通过加入白炭黑和DMC 能显著提高硅橡胶的性能［6］，但不够理想。根据相似相容原理，本实验尝试选用力学性能好的橡胶作DMC 和MVQ 之间的相容剂，通过与MVQ 共混制得并用胶，形成复合材料的基相，用以提高硅橡胶的力学性能，使MVQ 绝缘材料的综合性能更加优异。在DMC /橡胶/MVQ( 质量比) 为60 /20 /80 的条件下，各种橡胶对DMC /MVQ 绝缘材料性能的影响如表1 所示。
从表1 可以看出，用SBＲ 作相容剂，DMC /MVQ 的各项性能最优，其次是EPDM。由于NBＲ与MVQ 的相容性不好，制得的试样分层，无法成样，无法得到测试数据; 采用BＲ、ACＲ 作相容剂，试样的各项性能比较接近，且力学性能较差。产生上述结果的原因是: MVQ 与SBＲ 都为非极性橡胶，根据相似相容原理，二者可以很好地结合在一起; 其次是MVQ 的相对分子质量较小，而SBＲ的相对分子质量较大，而且支链多，分子间空隙大，二者可以很好地相容，从而提高了MVQ 的性能。另外从表1 还可以看出，SBＲ 与MVQ 并用氧指数较高，所以在所考察的橡胶中选择SBＲ 作相容剂，制得的绝缘材料的综合性能较好。
2. 1. 2 SBＲ 用量
由表2 可以看出，随着SBＲ 用量的增加，橡胶的拉伸强度、扯断伸长率和氧指数均表现出先增大后减小的趋势，对比老化前后橡胶的各项力学性能，拉伸强度和扯断伸长率在热老化后急剧下降。当SBＲ/MVQ( 质量比) 为25 /75时，橡胶的各项性能均达到最大值。综合考虑拉伸强度、扯断伸长率、氧指数和热老化后的性能，选择SBＲ/MVQ 为25 /75 为宜。其原因可能是SBＲ 用量太少起不到作用，而太多则使复合材料的刚性增大。
图1( a) 为纯MVQ 的SEM 照片，而图1( b)和( c) 分别为加入DMC 以及DMC /SBＲ 的SEM照片。从图1( b) 可以看出，DMC 和橡胶产生明显的分离现象，断面粗糙，说明DMC 和橡胶不能很好地相容; 从图1( c) 可以看出，DMC 在橡胶中分散均匀，断面平整光滑，DMC 和橡胶紧密结合在一起，说明MVQ 和SBＲ 的相容性较好。MVQ经过SBＲ 改性后，能够与DMC 很好地相容，因而材料的力学性能得到很大的提高。综上所述，DMC /SBＲ/MVQ 的最佳质量比为60 /25 /75。
2. 1. 3 DMC 用量
为了防止材料在使用过程中发生漏电或击穿现象，作为绝缘复合材料必须具有优异的电绝缘性能。本实验用体积电阻率来表征复合材料的电绝缘性能。由于DMC 具有良好的电绝缘性能，它的加入提高了绝缘复合材料的电绝缘性能; 同时，白炭黑本身是无机固体颗粒，其引入也对绝缘材料的电绝缘性能起到一定的增强作用。本实验考察了不同DMC 用量对复合材料体积电阻率的影响。由图2 可以看出，随着电压的增大，不同试样的体积电阻率都表现出先增大后减小的趋势。所有试样的体积电阻率都在4. 8 × 1012 Ω·m 以上，其中，DMC /SBＲ/MVQ( 质量比) 为60 /25 /75 的绝缘复合材料的体积电阻率最高，说明其绝缘性能最好。相比较而言，DMC 含量过少不能很好地起到绝缘作用，而加入量过大，则在复合材料中不能均匀分散而产生堆积，造成复合材料的电绝缘性能下降。
2. 2 表征
2. 2. 1 动态热机械分析
由图3 可以看出，在相同温度下，质量比为60 /25 /75 的DMC /SBＲ/MVQ 绝缘复合材料的储能模量( E’) 最高，质量比为60 /0 /100 材料的E’次之，质量比为0 /25 /75 材料的E’最低。其原因可以解释为E’是材料刚性的表征，DMC 的刚性比橡胶的大( 不论是玻璃态还是高弹态) ，因此含DMC 的绝缘复合材料的E’始终高于同温度下不含DMC 的材料。另外，由于MVQ 比SBＲ 柔软，所以质量比为60 /25 /75 的DMC /SBＲ/MVQ 材料的E’高于质量比为60 /0 /100 材料的E’。此外，DMC 中玻璃纤维均匀分散在SBＲ/MVQ 的并用胶中，起到骨架作用，而DMC 中少量的不饱和聚酯能够与SBＲ/MVQ 并用胶交联，形成大量交联点，由此可知DMC 的加入能够限制SBＲ/MVQ 并用胶分子链段的运动，使材料的E’增大。
由图4 可以看出，不同质量比下的DMC /SBＲ/MVQ 绝缘复合材料只有1 个玻璃化转变温度( Tg) ，当三者质量比为60 /25 /75 时，损耗因子( tan δ) 峰的面积分布较宽，可以说明在这个比例下，体系中还存在一个中间层或称作界面层，体系呈部分相容状态，说明此时DMC 与SBＲ/MVQ 并用胶相容性较好; 另一方面，DMC 能够充分分散在橡胶基相中，增大基相与分散相之间的界面作用力，束缚了SBＲ/MVQ 基相分子链段的运动，导致了SBＲ/MVQ 的Tg值向高温方向明显偏移，提高了橡胶相的Tg，提高了SBＲ/MVQ 的耐热性。所以，DMC /SBＲ/MVQ 绝缘复合材料的Tg比相应的SBＲ/MVQ 绝缘复合材料高。
2. 2. 2 FTIＲ 分析
由图5 可以看出，DMC /SBＲ/MVQ 的曲线f保留了CH2 2 920 cm － 1、C C 1 630 cm － 1、CH3— 1 430 cm － 1 处的振动峰，硅橡胶与白炭黑间所形成的Si—O 1 131 cm － 1 处的特征峰; 曲线f与曲线a 比较，在Si—O 1 131 cm － 1处的特征峰更加明显，说明试样中有橡胶和玻璃纤维交联键生成; 同时曲线f 在1 730 cm － 1和1 020 cm － 1处出现了新的—CO—和—C—O—C—特征峰，C O 特征峰是由于DMC 中的不饱和聚酯产生，而C—O—C—特征峰是由不饱和聚酯和SBＲ 双键交联所致。
3· 结论
a) SBＲ 作为相容剂改性DMC /MVQ 绝缘复合材料，可以提高其力学性能以及二者之间的相容性，DMC /SBＲ/MVQ 最佳质量比为60 /25 /75。
b) 不同质量比下的DMC /SBＲ/MVQ 绝缘复合材料的体积电阻率都在4. 8 × 1012 Ω·m 以上，绝缘性能良好; 当三者质量比为60 /25 /75 时，材料的体积电阻率最高，绝缘性最好。
c) 相比于DMC /MVQ 或SBＲ/MVQ 绝缘复合材料，质量比为60 /25 /75 的DMC /SBＲ/MVQ 绝缘复合材料的E’最高，tan δ 峰面积最宽; DMC 中少量的不饱和聚酯与SBＲ 生成了—CO—和—C—O—C—交联键，其纤维与橡胶基相形成了物理缠结，在复合材料中起骨架增强作用，提高了材料的耐热性。
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