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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 強(qiáng)韌硅橡膠
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 強(qiáng)韌硅橡膠是將原位生成補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)首次應(yīng)用于硅橡膠的成功范例，它不但具有普通硅橡膠優(yōu)異性能，而且彌補(bǔ)了普通硅橡膠抗拉伸性能差的不足，并且由于原位生成技術(shù)的引入使得加工工藝得以簡(jiǎn)化，同時(shí)可喜的是大大降低了生產(chǎn)所需能耗，減少了污染，實(shí)現(xiàn)了綠色生產(chǎn)。 此項(xiàng)成果不但填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，同時(shí)使得原位生成技術(shù)更加成熟，而強(qiáng)韌硅橡膠則大大拓寬了硅橡膠的應(yīng)用領(lǐng)域，可廣泛適用于電子電氣、建筑機(jī)械、醫(yī)藥衛(wèi)生、輕工等行業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)，國(guó)防建設(shè)有較大的貢獻(xiàn)。
- 詳細(xì)介紹：
- 硅橡膠由于具有優(yōu)良的耐候性、憎水性、透氣性以和絕緣而處于佼佼者的地位，同時(shí)拉伸強(qiáng)度差嚴(yán)重的限制了它的使用范圍。因此，將其補(bǔ)強(qiáng)成為了硅橡膠改性的主要方向。 目前，原位生成技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)在天然橡膠已有過應(yīng)用，并且取得了良好的效果，因此，我們創(chuàng)新小組首次將原位生成技術(shù)引入到改性硅橡膠中，并且制備出了拉伸性能超出國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品50%以上的硅橡膠——強(qiáng)韌硅橡膠。 那么什么是原位生成技術(shù)呢？所謂原位生成技術(shù)就是在一定的條件下，使添加到基體材料中的反應(yīng)物之間或該反應(yīng)物與基體材料之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在基體材料內(nèi)就地生成一種或幾種具有一定功能的生成物，從而達(dá)到改進(jìn)聚合物基體材料性能的目的。 簡(jiǎn)單說就是在橡膠混煉過程，發(fā)生機(jī)械共混的同時(shí)添加原位生成的原料并以硅橡膠為介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有補(bǔ)強(qiáng)作用的功能性產(chǎn)物。 一種新鮮事物的誕生必定有它存在的價(jià)值，運(yùn)用原位生成技術(shù)改性后的硅橡膠即強(qiáng)韌硅橡膠也具有它的科學(xué)性、先進(jìn)性和創(chuàng)新性。 科學(xué)性： ①理論的科學(xué)性： 使氧化鋅和甲基丙烯酸在硅橡膠內(nèi)發(fā)生原位生成反應(yīng)，在此過程中生成了具有補(bǔ)強(qiáng)功能的產(chǎn)物甲基丙烯酸鋅即原位生成ZDMA。 同時(shí)在橡膠分子主鏈間生成了網(wǎng)狀氧-鋅離子交聯(lián)鍵。在硅橡膠基體中成為熱力學(xué)穩(wěn)定相,所以其相表面無污染,避免了與基體材料相容性不良問題。 ②產(chǎn)品的科學(xué)性： 通過對(duì)普通補(bǔ)強(qiáng)后硅橡膠和強(qiáng)韌硅橡膠的電鏡掃描分析，可以直觀的發(fā)現(xiàn)普通硅橡膠中補(bǔ)強(qiáng)劑的分布不均勻，并形成了分散不均勻的團(tuán)聚顆粒，因此影響了產(chǎn)品的抗拉伸性能；而強(qiáng)韌硅橡膠中原位生成的ZDMA分散均勻，與硅橡膠形成明顯的凝膠補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，從而提高了硅橡膠的拉伸性能。 ③在此基礎(chǔ)上此課題分別得到了中國(guó)科學(xué)院葉恒強(qiáng)院士、沈陽科協(xié)副主席李宏印副教授、中橡集團(tuán)教授級(jí)高級(jí)工程師楊志敏同志和沈陽工業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)李三喜教授的相關(guān)指導(dǎo)，并且為我們的作品做出了中肯的評(píng)價(jià)，同時(shí)我們?cè)凇吨袊?guó)材料研究與技術(shù)設(shè)備》發(fā)表了論文。 先進(jìn)性： ①強(qiáng)韌硅橡膠不但具有普通硅橡膠的優(yōu)異性能，而且彌補(bǔ)了普通硅橡膠抗拉伸性能差的不足，達(dá)到了“強(qiáng)”和“韌”的效果。 ②經(jīng)過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)探索后得出，當(dāng)原位生成ZDMA為60份時(shí)硅橡膠的力學(xué)性能達(dá)到了峰值即拉伸強(qiáng)度為8.5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為395%。無論是拉伸強(qiáng)度還是斷裂伸長(zhǎng)率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通方法補(bǔ)強(qiáng)后的硅橡膠。 ③通過科技查新“在國(guó)內(nèi)未查到相關(guān)文獻(xiàn)記載”的結(jié)果更進(jìn)一步的證明了我們的先進(jìn)性。 創(chuàng)新性： ①成功改性后的硅橡膠即強(qiáng)韌硅橡膠在國(guó)內(nèi)為創(chuàng)新性產(chǎn)品，并且已經(jīng)申請(qǐng)了發(fā)明專利在2009年2月獲得專利受理通知書，即將在7月份公開。 ②在橡膠生產(chǎn)流程中，我們運(yùn)用的創(chuàng)新性加工工藝：將氧化鋅和甲基丙烯酸直接加入進(jìn)行共混，使得生產(chǎn)制備與改性同時(shí)進(jìn)行。不但達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)劑均勻混合的目的，而且省去了復(fù)雜的合成配合劑和處理補(bǔ)強(qiáng)劑等步驟。 產(chǎn)品以及加工工藝技術(shù)的可行性： ①原位生成技術(shù)改性硅橡膠這一課題在遼寧省遼陽振興橡塑制品廠已經(jīng)入中試階段。 ②強(qiáng)韌硅橡膠分別在沈陽橡膠研究設(shè)計(jì)院生產(chǎn)基地以及遼寧省遼陽振興橡塑制品廠做了測(cè)試相關(guān)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并且得到了此企業(yè)的相關(guān)應(yīng)用推薦材料。 特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)： ①抗拉伸性能突出超出國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品50%以上； ②簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝、節(jié)省能耗、降低了生產(chǎn)成本； ③生產(chǎn)過程無污染，無殘留，實(shí)現(xiàn)了綠色生產(chǎn)。 總之，原位生成技術(shù)將硅橡膠成功補(bǔ)強(qiáng)后，可使原位生成技術(shù)更加成熟；改性后的硅橡膠即強(qiáng)韌硅橡膠會(huì)更加廣泛的應(yīng)用于人民生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，真正達(dá)到造福人類服務(wù)社會(huì)的目的！
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品設(shè)計(jì)、發(fā)明目的： 由于普通硅橡膠的拉伸性能差，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域，市場(chǎng)急需一種不但具有硅橡膠原有性能的高拉伸強(qiáng)度硅橡膠，而且需要一種工藝流程簡(jiǎn)單，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定制備技術(shù)。 本作品采用原位生成補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)對(duì)硅橡膠的性能加以改良。改性后的硅橡膠不但具有普通硅橡膠優(yōu)異性能，而且彌補(bǔ)了其抗拉伸性能差的不足，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，達(dá)到既滿足市場(chǎng)需求，又節(jié)能環(huán)保的目的。 基本思路： 運(yùn)用原位生成技術(shù)改性的硅橡膠，即為在混煉過程中加入氧化鋅（ZnO）和甲基丙烯酸(MAA)，以硅橡膠本身作為介質(zhì)發(fā)生原位生成反應(yīng)，就地生成補(bǔ)強(qiáng)劑，從而提高硅橡膠的抗拉伸性能，簡(jiǎn)化工藝流程，減少反應(yīng)能耗，降低成本。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1. 繼原位生成技術(shù)應(yīng)用到其他橡膠作為補(bǔ)強(qiáng)手段后，首次應(yīng)用于硅橡膠; 2. 運(yùn)用此技術(shù)改性后的硅橡膠，不但具有普通硅橡膠的優(yōu)異性能，而且彌補(bǔ)了其抗拉伸性能差的不足; 3.與直接添加法制備硅橡膠的工藝相比,可省去單獨(dú)合成、處理和加入改性劑等工序,簡(jiǎn)化了工藝。 技術(shù)關(guān)鍵：原料選取、工藝方法、添加量確定等。 技術(shù)指標(biāo)： 成功改性后的硅橡膠——強(qiáng)韌硅橡膠各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合國(guó)內(nèi)硅橡膠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GJB227A-96或HG6-678-74要求，抗拉伸性能突出（拉伸強(qiáng)度為7.5～8.5Mpa），超出國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品50%以上，并且加工工藝簡(jiǎn)單且生產(chǎn)成本相對(duì)低廉。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： ①理論科學(xué)：氧化鋅和甲基丙烯酸在硅橡膠內(nèi)發(fā)生原位生成反應(yīng)，生成具有補(bǔ)強(qiáng)功能的產(chǎn)物甲基丙烯酸鋅即原位生成ZDMA。同時(shí)在橡膠分子主鏈間形成網(wǎng)狀氧-鋅離子交聯(lián)鍵，抗拉伸性能大幅度提高。②產(chǎn)品科學(xué):通過電鏡掃描分析，普通硅橡膠中補(bǔ)強(qiáng)劑分布不均勻，本身形成了團(tuán)聚顆粒，影響抗拉伸性能；在強(qiáng)韌硅橡膠中原位生成ZDMA分散均勻，并形成凝膠補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，提高了拉伸性能。 先進(jìn)性： ①生產(chǎn)技術(shù)：首次將原位生成補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用于硅橡膠； ②產(chǎn)品性能：在保持硅橡膠優(yōu)異性能的同時(shí)，抗拉伸強(qiáng)度提高50%以上； ③生產(chǎn)工藝：產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，工藝流程簡(jiǎn)單，能耗低，制備時(shí)環(huán)保無污染。 ［1］翟俊學(xué),李軍鴿,史新妍,等.原位生成甲基丙烯酸鋅對(duì)填充天然橡膠力學(xué)性能的影響[J].特種橡膠制品,2007.8,28(4):12～15. ［2］王聿衡,彭宗林,張勇.原位生成ZDMA補(bǔ)強(qiáng)HNBR性能的研究[J].橡膠工業(yè),2006,53(1):10～14.
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- Ⅰ 2009年4月2日至4月10日經(jīng)教育部科技查新工作站（L03）查新，查新結(jié)論為： “原位生成甲基丙烯酸鋅（ZDMA）改性硅橡膠”在國(guó)內(nèi)未見文獻(xiàn)報(bào)道。 Ⅱ 在第九屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中 榮獲省級(jí)特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)合作與有償轉(zhuǎn)讓相結(jié)合
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 強(qiáng)韌硅橡膠采用先進(jìn)的合成工藝，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)工藝過程無污染，既降低生產(chǎn)成本，又滿足市場(chǎng)需求等優(yōu)點(diǎn)。 適應(yīng)范圍： 適用于航天航空、電子電氣、建筑機(jī)械、醫(yī)藥衛(wèi)生等各領(lǐng)域。因其優(yōu)異性能，成功打開了普通硅橡膠的應(yīng)用“禁區(qū)”。 推廣前景及市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 硅橡膠的發(fā)展方向是以開發(fā)中高檔混煉膠和硅橡膠制品為主。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家30～40家，產(chǎn)量?jī)H約6萬噸/年，且國(guó)產(chǎn)70%～85%的硅橡膠都為中、低檔產(chǎn)品。與發(fā)達(dá)國(guó)家高品質(zhì)硅橡膠的產(chǎn)量和消費(fèi)量相比，提高我國(guó)硅橡膠產(chǎn)品質(zhì)量勢(shì)在必行！ 根據(jù)中國(guó)化工信息中心預(yù)測(cè)，2008年～2011年，我國(guó)硅橡膠需求將以15%速度增長(zhǎng)，到2011年需求量可達(dá)25.5萬噸以上，市場(chǎng)供需缺口達(dá)6.5萬噸，自給率下降至74.5%，為最近多年來的最低點(diǎn)。 強(qiáng)韌硅橡膠在國(guó)內(nèi)屬于創(chuàng)新型產(chǎn)品，在其抗拉伸性能方面具有突出性能，具有良好的市場(chǎng)推廣前景。
同類課題研究水平概述
- 鑒于硅橡膠的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度偏低，制造復(fù)雜產(chǎn)品時(shí)加工工藝性能差等缺點(diǎn)，各國(guó)進(jìn)行了大量改性工作，通過查閱文獻(xiàn)歸納起來主要有以下幾種： Ⅰ 分子結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 開展有機(jī)硅與其它單體或聚合物的共聚，以獲得新性能的共聚物，例如有機(jī)硅和聚碳膠酯的嵌段共聚物，作為選擇性透氣膜；有機(jī)硅和乙丙橡膠共混物(日本信越牌號(hào)SEP)，其特性介于硅橡膠和乙丙橡膠之間。 Ⅱ 加工性能的改善 研制了不需要二硫化硅橡膠、顆粒硅橡膠(又稱粉末橡膠)以及基于含乙烯基聚硅氧烷和含氫硅氧烷之間的催化加成反應(yīng)。 Ⅲ 補(bǔ)強(qiáng)填料的改性 ①采用處理過的白炭黑 ，例如用六甲基二硅氮烷處理的氣相法白炭黑，即高抗撕白炭黑(或稱高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑)，可提高撕裂強(qiáng)度。 ②采用復(fù)合偶聯(lián)劑、氣相法白炭黑和多乙烯基硅油；加入到乙烯基硅橡膠中，由于復(fù)合偶聯(lián)劑與氣相白炭黑進(jìn)行偶聯(lián)，增加了氣相白炭黑在硅橡膠中的填充量，使硅橡膠的拉伸強(qiáng)度提高，同時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率在原有基礎(chǔ)上提高。 以上方法雖然可以有效提高硅橡膠的強(qiáng)度，但都不同程度的將加工工藝復(fù)雜化，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定。隨之生產(chǎn)能耗的增加，將無法迎合未來的發(fā)展趨勢(shì)，將會(huì)被時(shí)代所淘汰。例如：氣相法白炭黑混煉困難、飛揚(yáng)大 、易結(jié)構(gòu)化 ，而且高抗撕白炭黑的價(jià)格相當(dāng)昂貴大大增加了成本。隨著新的補(bǔ)強(qiáng)填料和技術(shù)的發(fā)展，硅橡膠的機(jī)械強(qiáng)度雖然已基本符合實(shí)用要求，但其強(qiáng)度的提高和補(bǔ)強(qiáng)成本的降低還有很大的空間。 目前，我國(guó)高性能高品質(zhì)品種的硅橡膠主要還是依靠進(jìn)口。全面地講，我國(guó)的硅橡膠工業(yè)與國(guó)際先進(jìn)水平相比，仍有不小的差距。特別是航空高尖端科技和醫(yī)用硅橡膠發(fā)展更為落后。國(guó)際上德國(guó)、日本原位生成技術(shù)在天然橡膠、合成橡膠方面的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，而我國(guó)正處于起步階段。 在國(guó)內(nèi)關(guān)于在硅橡膠混煉過程中原位生成甲基丙烯酸鋅（ZDMA），改良硅橡膠性能的研究，未見相同文獻(xiàn)報(bào)道。 參考文獻(xiàn): [1] 于 亮,趙建青,張利萍.國(guó)外硅橡膠補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)展[J].彈性體,2002,12(4):50～54. [2] 嚴(yán)學(xué)華,孫少純,蔣宗宇.原位反應(yīng)復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].高分子學(xué)報(bào),2001, (1):27～31.
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