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(上)硅橡膠行業(yè)研究報(bào)告 |
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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(jì)”的滾滾浪潮；另外，以硅酸鹽為基礎(chǔ)的無(wú)機(jī)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(lái)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(jī)硅化合物，多數(shù)人卻知之甚少，證券市場(chǎng)目前也鮮見(jiàn)其蹤影。其實(shí)，這種自然界并不存在的、由人工合成的化合物，自40年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來(lái)，得到了蓬勃的發(fā)展，其應(yīng)用范圍也從軍工、國(guó)防逐漸深入到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾�(gè)領(lǐng)域，如用于計(jì)算機(jī)、手機(jī)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(jí)織物的整理劑，以及高級(jí)洗發(fā)水中的硅油柔順劑都離不開(kāi)有機(jī)硅。鑒于有機(jī)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(diǎn)，因此獲得了“工業(yè)味精”、“科技發(fā)展催化劑”的美譽(yù)�？梢哉f(shuō)，有機(jī)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(duì)有機(jī)硅的分類、加工、應(yīng)用等方面進(jìn)行大致的概述，尤其針對(duì)有機(jī)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(lái)發(fā)展前景以及國(guó)內(nèi)外同類企業(yè)的硅橡膠制品生產(chǎn)情況進(jìn)行介紹，旨在幫助投資者對(duì)硅橡膠生產(chǎn)行業(yè)有一個(gè)比較清晰的認(rèn)識(shí)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(jī)會(huì)。 第一部分有機(jī)硅簡(jiǎn)介 一、有機(jī)硅定義 有機(jī)硅化合物，是指含有Si-C鍵、且至少有一個(gè)有機(jī)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(guò)氧、硫、氮等使有機(jī)基與硅原子相連接的化合物也當(dāng)作有機(jī)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(jī)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(jī)硅材料特性及應(yīng)用 有機(jī)硅材料具有獨(dú)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(lái)； （2）C-H無(wú)極性，使分子間相互作用力十分微弱； （3）Si-O鍵長(zhǎng)較長(zhǎng)，Si-O-Si鍵鍵角大。 （4）Si-O鍵是具有50%離子鍵特征的共價(jià)鍵（共價(jià)鍵具有方向性，離子鍵無(wú)方向性）。 有機(jī)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(shù)脂四個(gè)品種。由于有機(jī)硅獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，兼?zhèn)淞藷o(wú)機(jī)材料與有機(jī)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(wú)毒無(wú)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(yùn)輸、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療等行業(yè)，其中有機(jī)硅主要應(yīng)用于密封、粘合、潤(rùn)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(jī)硅數(shù)量和品種的持續(xù)增長(zhǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，形成化工新材料界獨(dú)樹(shù)一幟的重要產(chǎn)品體系，許多品種是其他化學(xué)品無(wú)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(wàn)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(jī)基團(tuán)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(diǎn)，它具有最廣的工作溫度范圍（-100～
三、硅橡膠的分類 硅橡膠按其硫化機(jī)理可分為有機(jī)過(guò)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(wú)論哪一種類型的硅橡膠，硫化時(shí)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(wàn)），室溫硫化硅橡膠一般分子量較低（3～6萬(wàn)），在分子鏈的兩端（有時(shí)中間也有）各帶有一個(gè)或兩個(gè)官能團(tuán)，在一定條件下（空氣中的水分或適當(dāng)?shù)拇呋瘎@些官能團(tuán)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(shí)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(shù)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(jiǎn)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(wàn)之間的直鏈硅氧烷均屬高溫硫化硅橡膠，簡(jiǎn)稱RTV。通常以D4為主要原料在酸或堿的催化作用下開(kāi)環(huán)聚合制得生膠，再通過(guò)采用過(guò)氧化物作交聯(lián)劑，并配合以各種添加劑（如補(bǔ)強(qiáng)填料，熱穩(wěn)定劑，結(jié)構(gòu)控制劑等），在煉膠機(jī)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(bǔ)強(qiáng)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(guó)外各專業(yè)公司都有自己的牌號(hào)，品種極其繁多。一般按不同特性可以分為：通用型、高強(qiáng)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(gè)品種。鑒于過(guò)多的牌號(hào)容易造成生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)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(bǔ)強(qiáng)、配合和加工 未經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)的硅橡膠強(qiáng)力很低，沒(méi)有實(shí)際的使用價(jià)值。硅橡膠用補(bǔ)強(qiáng)填充劑按其補(bǔ)強(qiáng)效果的不同可分為補(bǔ)強(qiáng)性填充劑和弱補(bǔ)強(qiáng)性填充劑。前者補(bǔ)強(qiáng)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(duì)硅橡膠只起很小的補(bǔ)強(qiáng)作用，它們一般不單獨(dú)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(bǔ)強(qiáng)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(wú)效的場(chǎng)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(wàn)），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(wú)水條件下混合均勻，密封包裝，遇大氣中濕氣即進(jìn)行反應(yīng)。后者是將基礎(chǔ)膠料和交聯(lián)劑或催化劑分開(kāi)包裝，使用時(shí)按一定配比混合就發(fā)生交聯(lián)，與環(huán)境濕氣無(wú)關(guān)。而按硫化機(jī)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(bǔ)強(qiáng)、配合和加工 室溫硫化硅橡膠也必須加有白碳黑作為補(bǔ)強(qiáng)劑，否則強(qiáng)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(shí)，不用表面處理劑，即對(duì)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(chǔ)存在與水或空氣隔絕的密閉容器內(nèi)，應(yīng)用時(shí)無(wú)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(jìn)行短時(shí)間的加工，然后暴露于空氣中經(jīng)一定時(shí)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(shí)，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(jìn)而硫化成彈性體。 液體硅橡膠的主要特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)化、快捷。由于它的流動(dòng)性好，強(qiáng)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(guò)適當(dāng)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(jiǎn)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(guó)外銷售的室溫硫化硅橡膠牌號(hào)達(dá)300種以上�？梢院敛豢浯蟮卣f(shuō)，在每一個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中都有它的用武之地。 |