如何设计高性能硅橡胶色膏?配方核心要素与避坑指南

硅橡胶色膏的配方设计需综合考虑色粉分散性、与硅橡胶基体的相容性、耐候性及环保性,以下为典型配方框架及关键参数说明:

一、基础配方组成

  1. 硅橡胶基体(50%-70%)

    • 常用甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)或甲基苯基乙烯基硅橡胶(PVMQ),根据产品耐温需求选择。

    • 分子量及乙烯基含量影响硫化速度和机械性能,需与硫化体系匹配。

  2. 色粉(10%-30%)

    • 无机颜料:如氧化铁红、铬绿、炭黑等,耐温性好(>300℃),但分散性较差,需配合分散剂。

    • 有机颜料:如酞菁蓝、偶氮红等,色彩鲜艳,但耐温性较低(通常<250℃),适用于中低温场景。

    • 荧光颜料:需选择耐候型荧光粉,但成本较高。

  3. 分散剂(5%-10%)

    • 硅烷偶联剂:如KH-550、KH-560,可改善色粉与硅橡胶的界面结合,提高分散性。

    • 低分子量硅油:如二甲基硅油(黏度100-1000 cSt),降低体系黏度,促进色粉分散。

    • 聚醚改性硅油:兼具分散与润滑作用,适用于高填充体系。

  4. 助剂(2%-5%)

    • 抗氧剂:如1010、168,防止色粉在高温下氧化变色。

    • 光稳定剂:如UV-P、UV-326,提高耐候性,延长户外使用寿命。

    • 增塑剂:如苯基硅油,改善加工性,但需控制用量以避免迁移。

二、配方设计关键点

  1. 色粉选择与预处理

    • 无机颜料需研磨至粒径<5 μm,有机颜料需进行表面包覆处理(如硅烷化),以提高分散性和耐温性。

    • 荧光颜料需选择耐温型(如稀土荧光粉),并避免与含硫/胺类助剂共用,以防荧光淬灭。

  2. 分散工艺优化

    • 三辊研磨:适用于高黏度体系,可实现色粉的纳米级分散。

    • 高速分散机:转速建议>2000 rpm,分散时间15-30分钟,需配合冷却系统防止温度升高。

    • 超声波分散:适用于实验室小试,可有效破坏色粉团聚体。

  3. 硫化体系兼容性

    • 色膏需与硅橡胶硫化体系(如过氧化物、铂金硫化剂)兼容,避免色粉与硫化剂发生反应。

    • 含硫色粉(如硫化镉)不可用于过氧化物硫化体系,以防中毒。

  4. 耐候性提升

    • 添加0.5%-1%的UV吸收剂(如苯并三唑类)和HALS(受阻胺光稳定剂),可显著提高户外耐久性。

    • 对于透明或浅色色膏,需严格控制铁离子含量(<10 ppm),以防黄变。

三、推荐配方示例

高温硫化硅橡胶色膏(250℃耐温)


成分用量(wt%)作用
甲基乙烯基硅橡胶60基体
氧化铁红(超细)25着色
KH-560硅烷偶联剂5分散与界面结合
二甲基硅油(500 cSt)8润滑与降黏
抗氧剂10101防止氧化
UV-P1紫外线吸收


液体硅橡胶色膏(透明级)


成分用量(wt%)作用
乙烯基硅油(黏度1000 cSt)50基体
荧光黄颜料(耐温型)20着色
聚醚改性硅油15分散与相容性提升
含氢硅油(交联剂)10硫化反应
铂金催化剂0.5催化硫化
光稳定剂UV-3264.5耐候性提升


四、注意事项

  1. 色差控制:需通过分光测色仪(如X-Rite)进行色差检测,ΔE值应<1.5。

  2. 储存稳定性:色膏需密封避光保存,建议添加0.1%-0.3%的防结块剂(如气相二氧化硅)。

  3. 环保要求:欧盟REACH法规限制的铅、镉等重金属含量需<100 ppm,有机锡化合物需未检出。

  4. 应用测试:需进行200℃×72 h热老化测试和QUV加速老化测试(340 nm,0.89 W/m²),确保色牢度符合标准。


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