CN113736264A - 一种隔热有机硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种隔热有机硅橡胶及其制备方法，属于橡胶材料技术领域，解决了现有技术中难以匹配硅橡胶的硫化速度和发泡剂的发泡速度，生产效率低，污染环境，材料闭孔率低、导热系数较高的问题。本发明提供了一种隔热有机硅橡胶，其原料质量比例按照端羟基聚二甲基硅氧烷：中空玻璃微球：固化剂：固化催化剂＝90～100：2～50：5～20：0.1～1.2，通过将具有中空闭孔结构的中空玻璃微球填充至有机硅橡胶中的方法来代替发泡反应过程，该制备方法过程无发泡反应，不需要匹配橡胶硫化速度和发泡剂的发泡速度，不产生污染环境的气体。实现了制得的隔热有机硅橡胶的性能可控性高，导热系数低。

Description

一种隔热有机硅橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其涉及一种隔热有机硅橡胶及其制备方法。
背景技术
隔热有机硅橡胶是一种内部具有多孔结构的有机硅泡沫材料，由于其优异的隔热性能、耐高低温性、耐候性、耐燃性、耐化学腐蚀性能、减震性能，其在航天航空、建筑材料、生活用品、医疗用品以及电子工业等领域的应用极其广泛。传统的隔热有机硅橡胶由有机硅橡胶基体与发泡剂复配，通过匹配硅橡胶的硫化速度和发泡剂的发泡速度来制备有机硅泡沫材料。
专利CN112574567 A中公布了一种利用发泡剂高温发泡硫化的工艺方法制备有机硅泡沫材料，该泡沫材料撕裂强度较高，有较强的应用前景，但没有避开匹配硅橡胶的硫化速度和发泡剂的发泡速度这一难题，制备工艺较为复杂，并且发泡剂易产生危害环境的气体。传统制备工艺复杂，难以匹配硅橡胶的硫化速度和发泡剂的发泡速度，生产效率低，污染环境，材料闭孔率低并且导热系数较高，一般在0.13W/(m·K)以上。
因此，制备工艺简单、绿色环保、导热系数低的隔热有机硅橡胶已成为行业内的热点研究方向。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种隔热有机硅橡胶及其制备方法，用以解决现有难以匹配硅橡胶的硫化速度和发泡剂的发泡速度，生产效率低，污染环境，材料闭孔率低、导热系数较高等问题。
一方面，本发明提供了一种隔热有机硅橡胶，原料质量比例为端羟基聚二甲基硅氧烷：中空玻璃微球：固化剂：固化催化剂＝90～100：2～50：5～20：0.1～1.2。
另一方面，本发明提供了一种隔热有机硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：根据隔热有机硅橡胶所需气体体积分数，确定中空玻璃微球的加入量；
根据隔热有机硅橡胶的内部气体体积分数计算中空玻璃微球的质量，按以下公式计算：
Figure BDA0003268905460000021
其中：W-隔热有机硅橡胶内的气体体积分数；
r-中空玻璃微球的内半径，单位：μm；
R-中空玻璃微球的外半径，单位：μm；
m1-中空玻璃微球的质量，单位：g；
m2-端羟基聚二甲基硅氧烷的质量，单位：g；
m3-固化剂的质量，单位：g；
ρ1-中空玻璃微球的密度，单位：g/cm3；
ρ2-端羟基聚二甲基硅氧烷的密度为0.96g/cm3；
ρ3-固化剂的密度，单位：g/cm3；
步骤2：制备预混料
根据步骤1计算结果，按端羟基聚二甲基硅氧烷：中空玻璃微球＝100：2～50的质量比例加入容器中，搅拌均匀后密封保存；
步骤3：将步骤2中的预混料、固化剂、催化剂按比例加入容器中，搅拌均匀后将其于室温下抽负压除去气泡后室温固化得到隔热有机硅橡胶。
进一步地，上述端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度为1000-3500mPa.s，挥发份小于1％。
进一步地，上述中空玻璃微球为碱石灰硼硅酸盐玻璃材质的中空微球，外径为30～65μm，壁厚为0.7～0.81μm，密度为0.125～0.600g/cm3。
进一步地，上述步骤1中，所述固化剂包括正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷中的一种或二者混合物。
进一步地，上述步骤1中，所述催化剂包括二月桂酸二异丁基锡、辛酸亚锡中的一种或二者混合物。
进一步地，上述步骤2中，所述搅拌采用山形搅拌桨以60～80r/min的速度搅拌5-10min。
进一步地，上述步骤3中，所述搅拌采用山形搅拌桨以60～80r/min的速度搅拌2-5min。
进一步地，上述步骤1中，所述负压为-0.01MPa至-0.1MPa。
进一步地，上述步骤3中，所述抽负压除气泡时间为1-10min，室温固化时间为20～24h。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、本发明的隔热有机硅橡胶制备方法，首先根据所需要的材料气体体积分数，按照隔热有机硅橡胶的内部气体体积分数和中空玻璃微球质量计算公式计算出中空玻璃微球的填充质量，然后将端羟基聚二甲基硅氧烷与中空玻璃微球预混均匀，再将预混料与固化剂、催化剂按比例搅拌均匀后使用，此隔热有机硅橡胶固化工艺简单，表干速度快，隔热性能优良，热稳定性好。
2、本发明完全避免了传统有机硅泡沫材料制备过程中有机硅橡胶的硫化速度和发泡剂的发泡反应速度难以匹配的难题，制备工艺简单，不产生污染性气体，环保性强，固化速度快，隔热性能优良，可应用于建筑、航空航天保温密封等领域。
3、本发明制备隔热有机硅橡胶的原料易得且价格低廉，制备工艺简易环保，不产生任何污染性气体，完全避免橡胶硫化速度和发泡剂发泡反应速度难以匹配这一难题，并且得到的隔热有机硅橡胶的隔热性能、热稳定性优良，可以应用于科研及工业生产。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1a为对比例未添加中空玻璃微球的制备方法制备的有机硅橡胶成品微观形貌图；
图1b为实施例1采用本发明提供的制备方法制备的隔热有机硅橡胶成品微观形貌图；
图2为实施例1填充中空玻璃微球前后的TGA曲线图。
附图标记：
1-未填充微球的硅橡胶的热失重曲线；2-填充微球后的硅橡胶的热失重曲线。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
传统的隔热有机硅橡胶由有机硅橡胶基体与发泡剂复配，通过匹配硅橡胶的硫化速度和发泡剂的发泡速度来制备有机硅泡沫材料，该制备工艺复杂，且难以匹配硅橡胶的硫化速度和发泡剂的发泡速度，生产效率低，污染环境，材料闭孔率低并且导热系数较高，一般在0.13W/(m·K)以上。
为解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种隔热有机硅橡胶，原料质量比例为端羟基聚二甲基硅氧烷：中空玻璃微球：固化剂：固化催化剂＝90～100：2～50：5～20：0.1～1.2。
本发明采用端羟基聚二甲基硅氧烷与中空玻璃微球预混均匀得到预混料，再将预混料与固化剂、催化剂按比例搅拌均匀后固化得到隔热有机硅橡胶。相较于现有技术，本发明完全避免了传统有机硅泡沫材料制备过程中有机硅橡胶的硫化速度和发泡剂的发泡反应速度难以匹配的难题，且固化工艺简单，表干速度快，中空玻璃微球的加入使得隔热性能更优，隔热有机硅橡胶的密度为0.487～0.783g/cm3，较轻质；导热系数为0.077～0.159W/(m·K)，隔热性能优良；隔热有机硅橡胶的Shore A硬度值为25.4～31.7。
本发明中，硅橡胶基体采用的是端羟基聚二甲基硅氧烷，其常温下是一种不易结晶的高分子材料，导热系数较低，仅有0.2-0.25W/(m·K)。
材料的气体体积分数影响到材料的导热系数，从而影响材料的隔热性能。本发明通过在硅橡胶基体中添加中孔玻璃微球提高硅橡胶材料的气体体积分数，添加中空玻璃微球后，材料内部气体体积分数增加，热量传递过程从固体传热变为气体传热，传热速度大幅降低，材料的隔热性能显著提高。
优选地，中空玻璃微球采用闭孔中空玻璃微球，由于不存在发泡材料中的开孔情况，相对于开孔材料，隔热性能更优。
具体地，中空玻璃微球为碱石灰硼硅酸盐玻璃材质。
同样的气体体积分数下，孔径越小的微球，橡胶的导热系数越小，但是小孔径微球的加入量较为有限，在一种实施方式中，中空玻璃微球为微米级，外径优选为20μm～80μm，壁厚优选为0.65μm～0.85μm，密度优选为0.125g/cm3～0.600g/cm3。
中空玻璃微球是一种壁薄、空心的玻璃微球，微球内部含有气体，理论上气体体积分数与隔热材料的隔热性能正相关，硅橡胶中加的玻璃微球质量越大，硅橡胶材料的气体体积分数越大；一般气体体积分数越大，材料的导热系数越低。但是微球不能无限制的加入硅橡胶中，因为微球是微米级填料，其比表面积较大，在大量加入硅橡胶中后，硅橡胶黏度会急剧升高，导致加工困难，考虑到微球的加入量影响材料的加工性能，需要根据导热系数需求确定合适的材料气体体积分数(硅橡胶中的气体体积分数也是有限的，一般为0-50％之间)，从而确定中空玻璃微球的加入量，优选地，硅橡胶：中空玻璃微球：固化剂：固化催化剂＝100：2～50：5：1。另一方面，本发明公开了一种隔热有机硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：根据隔热有机硅橡胶所需气体体积分数，按以下公式确定中空玻璃微球的加入量：
Figure BDA0003268905460000071
其中：W-隔热有机硅橡胶内的气体体积分数；
r-中空玻璃微球的内半径，单位：μm；
R-中空玻璃微球的外半径，单位：μm；
m1-中空玻璃微球的质量，单位：g；
m2-端羟基聚二甲基硅氧烷的质量，单位：g；
m3-固化剂的质量，单位：g；
ρ1-中空玻璃微球的密度，单位：g/cm3；
ρ2-端羟基聚二甲基硅氧烷的密度为0.96g/cm3；
ρ3-固化剂的密度，单位：g/cm3；
需要说明的是，由于中空玻璃微球是一种壁薄、空心的玻璃微球，微球内部含有气体，所以往硅橡胶中加的玻璃微球质量越大，硅橡胶材料的气体体积分数越大；一般气体体积分数越大，材料的导热系数越低，需要根据导热系数需求确定合适的材料气体体积分数，从而确定中空玻璃微球的加入量。
理论上气体体积分数越大材料的隔热性能越好，但是微球不能无限制的加入硅橡胶中，因为微球是微米级填料，其比表面积较大，在大量加入硅橡胶中后，硅橡胶黏度会急剧升高，导致加工困难，所以微球的加入量是有限的，硅橡胶中的气体体积分数也是有限的，优选地，气体体积分数为0-50％之间。
步骤2：制备预混料
根据步骤1计算结果，按端羟基聚二甲基硅氧烷：中空玻璃微球＝100：2～50的质量比例加入容器中，搅拌均匀后密封保存；
步骤3：将固化剂、催化剂和步骤2中的预混料按比例加入容器中，搅拌均匀后于室温下抽负压除去气泡后固化得到隔热有机硅橡胶。
具体地，上述步骤1中，所述原料质量比例为端羟基聚二甲基硅氧烷：中空玻璃微球：固化剂：固化催化剂＝90～100：2～50：5～20：0.1～1.2。，优选地，原料质量比例为端羟基聚二甲基硅氧烷：中空玻璃微球：固化剂：固化催化剂＝100：2～50：5：1。
端羟基聚二甲基硅氧烷，结构式如下，其常温下是一种不易结晶的高分子材料，导热系数较低，仅有0.2-0.25W/(m·K)，当加入中空玻璃微球时，气体体积分数增大，导热系数更加降低，产品的隔热性能提高显著。
Figure BDA0003268905460000081
具体地，上述端羟基聚二甲基硅氧烷粘度为1000～3500mPa.s，优选3500mPa.s，挥发份小于1％。
端羟基聚二甲基硅氧烷原料选择时，限定其粘度范围是因为粘度过大会导致预混料粘度过大，后期搅拌困难。
具体地，上述中空玻璃微球为碱石灰硼硅酸盐玻璃材质的中空微球，外径为30～65μm，壁厚为0.7～0.81μm，密度为0.125～0.600g/cm3。
微球具有中空、壁薄、质轻、密度低特点，耐高温、隔热性能优异，硬度高，这使得其可以作为一种优异隔热填料加入硅橡胶中制备隔热性能优异的泡沫硅橡胶材料。
优选地，实施例中选用的中空玻璃微球的物理参数见表1：
表1中空玻璃微球的物理参数详表
中空玻璃微球参数 1型微球 2型微球 3型微球 4型微球
外径(μm) 65 55 40 30
壁厚(μm) 0.7 0.75 0.78 0.81
密度(g/cm<sup>3</sup>) 0.125 0.200 0.460 0.600
具体地，上述步骤1中，所述固化剂包括正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷中的一种或二者的混合物，优选地，采用正硅酸乙酯。
固化剂主要对预混料起固化作用，固化剂限定其比例，是因为固化剂添加量太多会导致橡胶表面污垢较多，添加质量太少会导致固化速度较慢，并且使成品橡胶发软；经实验研究，上述固化剂质量比例，固化速度快，而且对最终产品硬度高，不影响其热力学性能。
具体地，上述步骤1中，所述催化剂包括二月桂酸二异丁基锡、辛酸亚锡中的一种或二者的混合物，优选地，采用二月桂酸二异丁基锡。
催化剂主要作用是加快固化速度；催化剂的添加量不能过多，多了影响热性能。
具体地，上述步骤2中，所述搅拌采用山形搅拌桨以60～80r/min的速度搅拌5-10min。
搅拌采用山形搅拌桨搅拌，山形搅拌桨在横向和纵向方向都可以搅拌物料，搅拌比较均匀；搅拌速度控制在60～80r/min，搅拌速度过快会导致微球破碎，微球破碎导致导热系数上升；搅拌时间控制在5-10min，搅拌时间过短则搅拌不均匀，从而导致材料隔热不均匀。
具体地，上述步骤3中，将固化剂、催化剂和步骤2中的预混料按比例加入容器中，加入顺序对成品性能没有影响，因此加入顺序不限定，可以同时加入也可以前后加入。
具体地，上述步骤3中，所述搅拌采用山形搅拌桨以60～80r/min的速度搅拌2-5min。
具体地，上述步骤3中，所述负压为-0.01MPa至-0.1MPa，优选地，负压为-0.095MPa至-0.1MPa。
真空度过低会导致体系内有搅拌产生的气泡，导致微球分布不均，影响隔热性能；温度过高会导致橡胶快速表干，从而不能抽除气泡并且无法倒入模具使用，温度过低会导致气泡抽出时间较慢，室温条件最合适。
具体地，上述步骤3中，所述抽负压除气泡时间为1-10min，优选除气泡时间为5min，室温固化时间为20～24h。
抽负压的目的是赶出气泡，使有机硅橡胶液体内部气体随着负压向上浮出破裂，经实验表明，时间为1～10min，优选地，为5min；抽负压时间太短会导致其内部气泡除不干净，气泡的存在导致微球分布不均，进而会导致隔热性能下降。
待20～24h固化完成，最终得到有机硅橡胶成品。
将最终得到的有机硅橡胶进行密度测试，用仪特诺精密固液两用密度仪测量材料的密度，型号ET-120HD，测量三次，取平均值。
将最终得到的有机硅橡胶进行导热系数测试，用加拿大C-THERM TCI导热系数仪对长20mm、宽20mm、厚度为3mm的样品于室温下进行测试，将十次重复测试值的算术平均值作为材料的导热系数值。
将最终得到的有机硅橡胶进行Shore A硬度测试，依据《GB/T531-2008硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第一部分:邵氏硬度计法(邵尔硬度)》进行测试。
将最终得到的有机硅橡胶进行热失重测试失重5％温度测试(T5％)(单位：℃)，在N2氛围中以10℃/min升温速度升温至750℃，对硅橡胶进行热失重测试失重5％温度。
本发明提供的隔热有机硅橡胶制备方法，材料基体树脂选用的是端羟基聚二甲基硅氧烷，其常温下是一种不易结晶的高分子材料，导热系数较低，只有0.2-0.25W/(m·K)，当加入中空玻璃微球时，气体体积分数增大，导热系数更加降低，产品的隔热性能提高显著。
本发明提供的隔热有机硅橡胶制备方法，通过添加中空微球，材料内部气体体积分数急剧增加，导致热量传递过程从固体传热变为气体传热，传热速度大幅降低。
本发明中的隔热有机硅橡胶由于添加的为闭孔中空微球，不存在发泡材料中的开孔情况，所以相对于开孔的发泡材料，本发明的产品闭孔率高，隔热性能会更好。
本发明得到的隔热有机硅橡胶的原料易得且价格低廉，制备工艺简易环保，不产生任何污染性气体，完全避免橡胶硫化速度和发泡剂发泡反应速度难以匹配这一难题，并且隔热有机硅橡胶的隔热性能、热稳定性优良，可以应用于科研生产。
实施例1
本实施例公开了一种气体体积分数为50％的隔热有机硅橡胶的制备方法，制备得到隔热有机硅橡胶，具体细节如下：
S1：根据隔热有机硅橡胶的内部气体体积分数计算1型中空玻璃微球的质量，按以下公式计算：
Figure BDA0003268905460000121
其中：W-隔热有机硅橡胶内的气体体积分数，50％；
r-中空玻璃微球的内半径，31.8μm；
R-中空玻璃微球的外半径，32.5μm；
m1-中空玻璃微球的质量，单位：g；
m2-端羟基聚二甲基硅氧烷的质量，100g；
m3-正硅酸乙酯的质量，5g；
ρ1-中空玻璃微球的密度，0.125g/cm3；
ρ2-端羟基聚二甲基硅氧烷的密度为0.96g/cm3；
ρ3-正硅酸乙酯的密度为0.93g/cm3；
求得中空玻璃微球的填充质量m1为15.67g；
S2：有机硅橡胶与隔热填料的预混：
按隔热有机硅橡胶的气体体积分数为50％，端羟基聚二甲基硅氧烷(0.96g/cm3)质量为100g，正硅酸乙酯(0.93g/cm3)为5g来计算，1型中空玻璃微球的质量应为15.67g。将100g端羟基聚二甲基硅氧烷和15.67g中空玻璃微球加入烧杯中，然后用山形搅拌桨以80r/min的速度搅拌10min，搅拌均匀后密封保存。
S3：施工使用：将步骤2中的预混料、5g正硅酸乙酯、1g二月桂酸二异丁基锡按上述比例加入烧杯中，利用山形搅拌桨以80r/min的速度搅拌3min，搅拌均匀后将其放入真空烘箱，室温下抽负压-0.1MPa除去原料中因搅拌而产生的气泡，除气泡时间为5min，除去气泡后使用。隔热有机硅橡胶表干时间为25min左右，完全固化时间为24h。
实施例1得到的隔热有机硅橡胶的电镜结果，如图1所示，中空玻璃微球在有机硅橡胶中的分散比较均匀未出现团聚现象，有利于提高材料的隔热效果。
实施例1得到隔热有机硅橡胶的密度为0.487g/cm3，较轻质；导热系数为0.077W/(m·K)，隔热性能优良。隔热有机硅橡胶的Shore A硬度值为31.7。
实施例1得到的固化后在N2氛围中以10℃/min升温速度升温至750℃对硅橡胶进行热失重测试，热失重结果显示：失重5％的温度为368.4℃，750℃的残重为18.1％，热稳定性优良。
实施例2
本实施例公开了一种气体体积分数为40％的隔热有机硅橡胶的制备方法，制备得到隔热有机硅橡胶，具体细节如下：
S1：根据隔热有机硅橡胶的内部气体体积分数计算2型中空玻璃微球的质量，按以下公式计算：
Figure BDA0003268905460000131
其中：W-隔热有机硅橡胶内的气体体积分数，40％；
r-中空玻璃微球的内半径，26.75μm；
R-中空玻璃微球的外半径，27.5μm；
m1-中空玻璃微球的质量，单位：g；
m2-端羟基聚二甲基硅氧烷的质量，100g；
m3-正硅酸乙酯的质量，5g；
ρ1-中空玻璃微球的密度，0.200g/cm3；
ρ2-端羟基聚二甲基硅氧烷的密度为0.96g/cm3；
ρ3-正硅酸乙酯的密度为0.93g/cm3；
S2：有机硅橡胶与隔热填料的预混：
按隔热有机硅橡胶的气体体积分数为40％，端羟基聚二甲基硅氧烷(0.96g/cm3)质量为100g，正硅酸乙酯(0.93g/cm3)为5g来计算，1型中空玻璃微球的质量应为16.85g。将100g端羟基聚二甲基硅氧烷和16.85g中空玻璃微球加入烧杯中，然后用山形搅拌桨以70r/min的速度搅拌10min，搅拌均匀后密封保存。
S3：施工使用：将步骤2中的预混料、5g正硅酸乙酯、1g二月桂酸二异丁基锡按上述比例加入烧杯中，利用山形搅拌桨以80r/min的速度搅拌3min，搅拌均匀后将其放入真空烘箱，室温下抽负压-0.1MPa除去原料中因搅拌而产生的气泡，除气泡时间为5min，除去气泡后使用。隔热有机硅橡胶表干时间为25min左右，完全固化时间为24h。
实施例2得到隔热有机硅橡胶的密度为0.551g/cm3，较轻质；导热系数为0.096W/(m·K)，隔热性能优良。隔热有机硅橡胶的Shore A硬度值为31.7。
实施例2得到的固化后在N2氛围中以10℃/min升温速度升温至750℃对硅橡胶进行热失重测试，热失重结果显示：失重5％的温度为352.5℃，750℃的残重为21.8％，热稳定性优良。
实施例3
本实施例公开了一种气体体积分数为30％的隔热有机硅橡胶的制备方法，制备得到隔热有机硅橡胶，具体细节如下：
S1：根据隔热有机硅橡胶的内部气体体积分数计算3型中空玻璃微球的质量，按以下公式计算：
Figure BDA0003268905460000151
其中：W-隔热有机硅橡胶内的气体体积分数，30％；
r-中空玻璃微球的内半径，19.22μm；
R-中空玻璃微球的外半径，20μm；
m1-中空玻璃微球的质量，单位：g；
m2-端羟基聚二甲基硅氧烷的质量，100g；
m3-正硅酸乙酯的质量，5g；
ρ1-中空玻璃微球的密度，0.460g/cm3；
ρ2-端羟基聚二甲基硅氧烷的密度为0.96g/cm3；
ρ3-正硅酸乙酯的密度为0.93g/cm3；
S2：有机硅橡胶与隔热填料的预混：
按隔热有机硅橡胶的气体体积分数为30％，端羟基聚二甲基硅氧烷(0.96g/cm3)质量为100g，正硅酸乙酯(0.93g/cm3)为5g来计算，1型中空玻璃微球的质量应为25.71g。将100g端羟基聚二甲基硅氧烷和25.71g中空玻璃微球加入烧杯中，然后用山形搅拌桨以60r/min的速度搅拌10min，搅拌均匀后密封保存。
S3：施工使用：将步骤2中的预混料、5g正硅酸乙酯、1g二月桂酸二异丁基锡按上述比例加入烧杯中，利用山形搅拌桨低速搅拌3min，搅拌均匀后将其放入真空烘箱，室温下抽负压-0.1MPa除去原料中因搅拌而产生的气泡，除气泡时间为5min，除去气泡后使用。隔热有机硅橡胶表干时间为25min左右，完全固化时间为24h。
实施例3得到隔热有机硅橡胶的密度为0.694g/cm3，较轻质；导热系数为0.131W/(m·K)，隔热性能优良。隔热有机硅橡胶的Shore A硬度值为27。
实施例3得到的固化后在N2氛围中以10℃/min升温速度升温至750℃对硅橡胶进行热失重测试，热失重结果显示：失重5％的温度为344.9℃，750℃的残重为23.7％，热稳定性优良。
实施例4
本实施例公开了一种气体体积分数为20％的隔热有机硅橡胶的制备方法，制备得到隔热有机硅橡胶，具体细节如下：
S1：根据隔热有机硅橡胶的内部气体体积分数计算4型中空玻璃微球的质量，按以下公式计算：
Figure BDA0003268905460000161
其中：W-隔热有机硅橡胶内的气体体积分数，20％；
r-中空玻璃微球的内半径，14.19μm；
R-中空玻璃微球的外半径，15μm；
m1-中空玻璃微球的质量，单位：g；
m2-端羟基聚二甲基硅氧烷的质量，100g；
m3-正硅酸乙酯的质量，5g；
ρ1-中空玻璃微球的密度，0.600g/cm3；
ρ2-端羟基聚二甲基硅氧烷的密度为0.96g/cm3；
ρ3-正硅酸乙酯的密度为0.93g/cm3；
S2：有机硅橡胶与隔热填料的预混：
按隔热有机硅橡胶的气体体积分数为20％，端羟基聚二甲基硅氧烷(0.96g/cm3)质量为100g，正硅酸乙酯(0.93g/cm3)为5g来计算，1型中空玻璃微球的质量应为20.31g。将100g端羟基聚二甲基硅氧烷和20.31g中空玻璃微球加入烧杯中，然后用山形搅拌桨以75r/min的速度搅拌10min，搅拌均匀后密封保存。
S3：施工使用：将步骤2中的预混料、5g正硅酸乙酯、1g二月桂酸二异丁基锡按上述比例加入烧杯中，利用山形搅拌桨以80r/min的速度搅拌3min，搅拌均匀后将其放入真空烘箱，室温下抽负压-0.1MPa除去原料中因搅拌而产生的气泡，除气泡时间为5min，除去气泡后使用。隔热有机硅橡胶表干时间为25min左右，完全固化时间为24h。
实施例4得到隔热有机硅橡胶的密度为0.783g/cm3，较轻质；导热系数为0.159W/(m·K)，隔热性能优良。隔热有机硅橡胶的Shore A硬度值为25.4。
实施例4得到的固化后在N2氛围中以10℃/min升温速度升温至750℃对硅橡胶进行热失重测试，热失重结果显示：失重5％的温度为336.4℃，750℃的残重为25.6％，热稳定性优良。
对比例
将100g端羟基聚二甲基硅氧烷、5g正硅酸乙酯、1g二月桂酸二异丁基锡加入烧杯中，利用山形搅拌桨以80r/min的速度搅拌3min，搅拌均匀后将其放入真空烘箱，室温下抽负压-0.1MPa除去原料中因搅拌而产生的气泡，除气泡时间为5min，除去气泡后使用。对比例硅橡胶表干时间为25min左右，完全固化时间为24h。
对比例得到硅橡胶的密度为0.966g/cm3，较重；导热系数为0.241W/(m K)，ShoreA硬度值为22。
对比例得到的有机硅橡胶固化后在N2氛围中以10℃/min升温速度升温至750℃对硅橡胶进行热失重测试，热失重结果显示：失重5％的温度为320.9℃。
将本发明的制备方法得到的有机硅橡胶成品和对比例得到的硅橡胶成品进行数据对比，结果如表2所示：
表2本发明实施例1～4与对比例得到的硅橡胶成品性能数据
Figure BDA0003268905460000181
不难看出，本发明提供的制备方法得到的有机硅橡胶成品，密度比现有技术至少减小20％，较轻质，其中，实施例1中的成分配比得到的成品密度仅为现有技术成品密度的近50％；导热系数也显著降低，降低34％～68％，隔热性能显著提高；硬度也比现有技术提高15％～44％，拓宽产品应用范围；热失重温度T5％提高16℃～48℃，热稳定性优良。
其中，实施例1的有机硅橡胶的气体体积分数为50％时，得到的成品性能最优：密度最小，仅为0.487g/cm3；导热系数最低，仅为0.077W/(m·K)，仅为现有技术导热系数的32％，隔热性能最优；硬度最高，Shore A硬度为31.7，与现有技术相比，硬度提高了44％，硬度提高，成品耐摩擦度提高，服役时间更久；热稳定性最优，热失重结果显示：失重5％的温度T5％为368.4℃，750℃的残重为18.1％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔热有机硅橡胶，其特征在于，原料质量比例为端羟基聚二甲基硅氧烷：中空玻璃微球：固化剂：固化催化剂＝90～100：2～50：5～20：0.1～1.2。
2.一种隔热有机硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据隔热有机硅橡胶的内部气体体积分数计算中空玻璃微球的质量，按以下公式计算：
Figure FDA0003268905450000011
其中：W-隔热有机硅橡胶内的气体体积分数；
r-中空玻璃微球的内半径，单位：μm；
R-中空玻璃微球的外半径，单位：μm；
m1-中空玻璃微球的质量，单位：g；
m2-端羟基聚二甲基硅氧烷的质量，单位：g；
m3-固化剂的质量，单位：g；
ρ1-中空玻璃微球的密度，单位：g/cm3；
ρ2-端羟基聚二甲基硅氧烷的密度为0.96g/cm3；
ρ3-固化剂的密度，单位：g/cm3；
步骤2：制备预混料
根据步骤1计算结果，按端羟基聚二甲基硅氧烷：中空玻璃微球＝100：2～50的质量比例加入容器中，搅拌均匀后密封保存；
步骤3：将步骤2中的预混料、固化剂、催化剂按比例加入容器中，搅拌均匀后，将其于室温下抽负压除去气泡后，室温固化得到隔热有机硅橡胶。
3.根据权利要求2所述的隔热有机硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度为1000-3500mPa.s，挥发份小于1％。
4.根据权利要求2所述的隔热有机硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述中空玻璃微球为碱石灰硼硅酸盐玻璃材质的中空微球。
5.根据权利要求2所述的隔热有机硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述固化剂包括正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷中的一种或二者混合物。
6.根据权利要求2所述的隔热有机硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述催化剂包括二月桂酸二异丁基锡、辛酸亚锡中的一种或二者混合物。
7.根据权利要求2所述的隔热有机硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述搅拌采用山形搅拌桨以60-80r/min的速度搅拌5-10min。
8.根据权利要求2所述的隔热有机硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述搅拌采用山形搅拌桨以60-80r/min的速度搅拌2-5min。
9.根据权利要求2所述的隔热有机硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述负压为-0.01MPa至-0.1MPa。
10.根据权利要求2所述的隔热有机硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述抽负压除气泡时间为1-10min，室温固化时间为20～24h。。
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