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(上)硅橡膠行業(yè)研究報告

    前言

    硅（Si）是地球上含量很豐富的元素，在表層占第二位（25.8%），僅次于占第一位（49.5%）的氧（O）元素。提起硅的用途，大概人人耳熟能詳，“硅谷”早已不是什么新名詞，硅半導(dǎo)體材料催生了現(xiàn)代電子工業(yè)，乃至日新月異的IT產(chǎn)業(yè)，它的神奇魔力造就了“新經(jīng)濟”的滾滾浪潮；另外，以硅酸鹽為基礎(chǔ)的無機硅化合物（巖石、沙礫、水晶等）由于廣泛存在于自然界中，取之不盡、用之方便，幾千年來人們就利用其做成水泥、陶瓷、玻璃等制品為自己的生活服務(wù)。但談到有機硅化合物，多數(shù)人卻知之甚少，證券市場目前也鮮見其蹤影。其實，這種自然界并不存在的、由人工合成的化合物，自40年代實現(xiàn)工業(yè)化以來，得到了蓬勃的發(fā)展，其應(yīng)用范圍也從軍工、國防逐漸深入到人們?nèi)粘Ｉ�活的各個領(lǐng)域，如用于計算機、手機和各類電器鍵盤的導(dǎo)電按鍵，隱型眼鏡，游泳鏡和游泳帽，兒童用的奶嘴，高層建筑的玻璃幕墻的粘接劑，醫(yī)用的人造器官，皮革、高級織物的整理劑，以及高級洗發(fā)水中的硅油柔順劑都離不開有機硅。鑒于有機硅材料產(chǎn)品千變?nèi)f化，具有“直接用量不大但用途廣泛”的特點，因此獲得了“工業(yè)味精”、“科技發(fā)展催化劑”的美譽�？梢哉f，有機硅化合物在人們的衣、食、住、行、醫(yī)療、美容，以及上天入海的諸多方面都有其可以發(fā)揮作用的地方，它已成為人們的日常生活中不可或缺的一部分，成為化工新材料的佼佼者，其發(fā)展正可謂方興未艾。

    本文擬對有機硅的分類、加工、應(yīng)用等方面進行大致的概述，尤其針對有機硅產(chǎn)品中最為重要的硅橡膠產(chǎn)品的特性、應(yīng)用和未來發(fā)展前景以及國內(nèi)外同類企業(yè)的硅橡膠制品生產(chǎn)情況進行介紹，旨在幫助投資者對硅橡膠生產(chǎn)行業(yè)有一個比較清晰的認識和了解，從而正確把握硅橡膠行業(yè)及相關(guān)公司的投資機會。

    第一部分有機硅簡介

    一、有機硅定義

    有機硅化合物，是指含有Si-C鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物，習(xí)慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與硅原子相連接的化合物也當作有機硅化合物。其中，以硅氧鍵（-Si-O-Si-）為骨架組成的聚硅氧烷，是有機硅化合物中為數(shù)最多，研究最深、應(yīng)用最廣的一類，約占總用量的90%以上。

    二、有機硅材料特性及應(yīng)用

    有機硅材料具有獨特的結(jié)構(gòu)：

    （1）Si原子上充足的甲基將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來；

    （2）C-H無極性，使分子間相互作用力十分微弱；

    （3）Si-O鍵長較長，Si-O-Si鍵鍵角大。

    （4）Si-O鍵是具有50%離子鍵特征的共價鍵（共價鍵具有方向性，離子鍵無方向性）。

    有機硅產(chǎn)品主要分成硅油產(chǎn)品、硅橡膠產(chǎn)品、硅烷偶聯(lián)劑及硅樹脂四個品種。由于有機硅獨特的結(jié)構(gòu)，兼?zhèn)淞藷o機材料與有機材料的性能，具有表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質(zhì)，并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電氣、建筑、運輸、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療等行業(yè)，其中有機硅主要應(yīng)用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。隨著有機硅數(shù)量和品種的持續(xù)增長，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，形成化工新材料界獨樹一幟的重要產(chǎn)品體系，許多品種是其他化學(xué)品無法替代而又必不可少的。

    第二部分硅橡膠定義及概況

    一、硅橡膠定義

    硅橡膠是一種直鏈狀的高分子量的聚硅氧烷，分子量一般在15萬以上，它的結(jié)構(gòu)形式與硅油類似。根據(jù)硅原子上所鏈接的有機基團不同，硅橡膠有二甲基硅橡膠、甲基乙烯基硅橡膠、甲基苯基硅橡膠、氟硅橡膠、腈硅橡膠、乙基硅橡膠乙基苯撐硅橡膠等許多品種。

    二、硅橡膠的理化性質(zhì)及應(yīng)用

    構(gòu)成硅橡膠主鏈的硅氧鍵的性質(zhì)決定了硅橡膠具有天然橡膠及其他橡膠所不具備的優(yōu)點，它具有最廣的工作溫度范圍（-100～350℃），耐高低溫性能優(yōu)異，此外，還具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、電絕緣性、耐候性、耐臭氧性、透氣性、很高的透明度、撕裂強度，優(yōu)良的散熱性以及優(yōu)異的粘接性、流動性和脫模性，一些特殊的硅橡膠還具有優(yōu)異的耐油、耐溶劑、耐輻射及在超高低溫下使用等特性。在使用溫度范圍內(nèi)，硅橡膠不僅能保持一定的柔軟性、回彈性和表面硬度，機械性能也無明顯變化，而且能抵抗長時間的熱老化。

    三、硅橡膠的分類

    硅橡膠按其硫化機理可分為有機過氧化物引發(fā)自由基交聯(lián)型（熱硫化型）、縮聚反應(yīng)型（室溫硫化型）和加成反應(yīng)型三大類。無論哪一種類型的硅橡膠，硫化時都不發(fā)生放熱現(xiàn)象。高溫硫化硅橡膠是高分子量的聚硅氧烷（分子量一般為40～80萬），室溫硫化硅橡膠一般分子量較低（3～6萬），在分子鏈的兩端（有時中間也有）各帶有一個或兩個官能團，在一定條件下（空氣中的水分或適當?shù)拇呋瘎�），這些官能團可發(fā)生反應(yīng)，從而形成高分子量的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。加成反應(yīng)型硅橡膠是指在鉑化合物的催化下發(fā)生加成反應(yīng)，反應(yīng)時不生成副產(chǎn)物的硅橡膠，通常由乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、硅樹脂、低分子量的含氫硅油、鉑催化劑、反應(yīng)抑制劑等組成，也稱為液體硅橡膠，一般簡稱LSR。由于加成反應(yīng)型硅橡膠通常也在室溫（中溫）下硫化，所以一般也將其歸入室溫硫化型硅橡膠。

    1、熱硫化型硅橡膠

    （1）主要品種和特性

    熱硫化型硅橡膠又稱高溫硫化硅橡膠，凡分子量在50～80萬之間的直鏈硅氧烷均屬高溫硫化硅橡膠，簡稱RTV。通常以D4為主要原料在酸或堿的催化作用下開環(huán)聚合制得生膠，再通過采用過氧化物作交聯(lián)劑，并配合以各種添加劑（如補強填料，熱穩(wěn)定劑，結(jié)構(gòu)控制劑等），在煉膠機上混煉成均相混煉膠料，然后采用模壓、擠出、壓延等方法高溫硫化成各種橡膠制品。熱硫化型硅橡膠可以生膠（未添加補強填料）或混煉膠形式出現(xiàn)，為了適應(yīng)使用目的，一般配置成具有各種特性的膠料供用戶選擇，國外各專業(yè)公司都有自己的牌號，品種極其繁多。一般按不同特性可以分為：通用型、高強度型、耐高、低溫型、低壓縮永久變形型、電線電纜型、耐油耐溶劑型、阻燃型、導(dǎo)電型、海綿型等十余個品種。鑒于過多的牌號容易造成生產(chǎn)、儲運和銷售工作的忙亂，因此，目前有的廠家已相應(yīng)的改變?yōu)閷⒏鞣N品種歸納成典型的幾種基礎(chǔ)膠與特殊添加劑（包括顏料、硫化劑）出售，使用者根據(jù)需要，按一定的配方和混合技術(shù)分別配伍，即得最終產(chǎn)品�！　�

    （2）熱硫化型硅橡膠的補強、配合和加工

    未經(jīng)補強的硅橡膠強力很低，沒有實際的使用價值。硅橡膠用補強填充劑按其補強效果的不同可分為補強性填充劑和弱補強性填充劑。前者補強效果較好，主要指合成的二氧化硅，又稱白碳黑，白碳黑可分為氣相法白碳黑和沉淀法白碳黑；后者對硅橡膠只起很小的補強作用，它們一般不單獨使用，而是與白碳黑并用，以調(diào)節(jié)硅橡膠的硬度，改善膠料的工藝性能和硫化膠的耐油、耐溶劑性能，降低膠料的成本。常用的弱補強性填充劑有硅藻土、石英粉、氧化鋅、氧化鐵、二氧化鈦和碳酸鈣等。

    （3）熱硫化型硅橡膠的應(yīng)用　　硅橡膠與其他橡膠一樣，可加工成各種型材、膠管、膠條、膠輥、膠布等制品，用于其他橡膠用之無效的場合。此外，硅橡膠的生物相容性更是一種關(guān)鍵的特性。

    2、室溫硫化型硅橡膠

    （1）主要品種和特性

    室溫硫化型硅橡膠分子量較低（一般為1～8萬），通常為粘稠狀液體。根據(jù)包裝形式，可分為單組分室溫硫化硅橡膠和雙組分室溫硫化硅橡膠。前者是將基礎(chǔ)膠料、填料、交聯(lián)劑或催化劑在無水條件下混合均勻，密封包裝，遇大氣中濕氣即進行反應(yīng)。后者是將基礎(chǔ)膠料和交聯(lián)劑或催化劑分開包裝，使用時按一定配比混合就發(fā)生交聯(lián)，與環(huán)境濕氣無關(guān)。而按硫化機理，又可分為縮合型和加成型室溫硫化型硅橡膠兩類。

    （2）室溫硫化硅橡膠的補強、配合和加工

    室溫硫化硅橡膠也必須加有白碳黑作為補強劑，否則強度比熱硫化型硅橡膠更低。

    單組分室溫硫化硅橡膠是一種膠粘劑。用于粘合時，不用表面處理劑，即對玻璃、陶瓷、金屬、木材、塑料等多種材料有極佳的粘接力。必須儲存在與水或空氣隔絕的密閉容器內(nèi)，應(yīng)用時無需添加催化劑，只要將膠料從密閉容器內(nèi)接觸空氣中，因此使用非常方便；可用模壓、壓出或其他方法進行短時間的加工，然后暴露于空氣中經(jīng)一定時間即由膏狀物硫化為彈性體。

    雙組分室溫硫化硅橡膠在使用時，首先要根據(jù)部件的技術(shù)要求和形狀，選擇出合適的品種，按一定的比例將交聯(lián)劑和催化劑加到膠料中混合均勻，進而硫化成彈性體。

    液體硅橡膠的主要特點是工藝簡化、快捷。由于它的流動性好，強度高，適宜注壓制作模具和澆注仿古藝術(shù)品，尤其適合制造要求較高的醫(yī)用制品。

    （3）室溫硫化硅橡膠的應(yīng)用

    通過適當改變填料、添加劑和聚合物的結(jié)構(gòu)組成，并選擇各種各樣的交聯(lián)、催化體系，可以制得許多不同性能的品種。由于室溫硫化硅橡膠使用簡便，而且能夠制備出滿足各方面技術(shù)要求的繁多品種，促使其產(chǎn)量和用途與日俱增，目前國外銷售的室溫硫化硅橡膠牌號達300種以上�？梢院敛豢浯蟮卣f，在每一個工業(yè)領(lǐng)域中都有它的用武之地。