液体硅胶的发展与有机硅化学的进步密不可分,其历史大致可以分为以下几个阶段:
这个阶段的核心是硅化学,特别是硅-碳键(Si-C)化学的探索。
关键人物:弗雷德里克·基平
这位英国化学家在19世纪末到20世纪初,系统地研究了有机硅化合物。他合成了许多硅的有机化合物,但由于当时技术的限制,他得到的多是分子量较低、易挥发的液体或脆性固体,他称之为“黏糊糊的玩意”,认为没有实用价值。然而,他的工作为后来的研究奠定了坚实的理论和实验基础。
关键突破:直接法合成有机硅单体
20世纪30年代,美国康宁玻璃公司的尤金·苏利文 开始研究硅化学,希望找到无机物与有机物结合的新材料。他的团队,包括J.F.海德,在寻找耐热绝缘材料的过程中,为后来的有机硅工业播下了种子。
战争的需求往往是技术发展的催化剂。
背景:第二次世界大战
战争对高性能材料(如耐高温绝缘材料、密封材料)的需求极为迫切。当时,天然橡胶和早期合成橡胶的性能无法满足极端环境。
关键人物与公司:通用电气与罗乔
在康宁公司的研究基础上,通用电气(GE)的化学家厄尔·瓦里克 在开发硅树脂时,意外地让一种成分掉进了实验室的二硼化铜 催化剂中。他得到了一种具有优异弹性的橡胶状材料。这被认为是第一块有实用价值的硅橡胶。
与此同时,康宁公司的科学家罗乔 也在独立进行类似研究,并取得了成功。1943年,康宁与道化学公司合资成立了 “道康宁” 公司,专门从事有机硅产品的商业化。通用电气也建立了自己的有机硅生产线。
这一时期诞生的是高温硫化硅橡胶,它需要经过高温高压的模压或挤出工艺,是固体形态。
这是液体硅胶概念真正出现的时期。
核心创新:室温硫化技术
研究人员发现,通过改变硅橡胶的分子链末端和侧链的官能团(如羟基、乙酰氧基等),可以使其在室温下通过与空气中的湿气接触或与交联剂混合而固化。这就是RTV硅橡胶。
RTV硅橡胶通常是双组分的,使用时按比例混合即可,无需高温高压。这极大地简化了加工过程,为液体注塑成型技术打开了大门。
早期应用:
主要用于密封剂、填缝剂、模具制作和电子灌封等对成型设备要求不高的领域。此时的RTV硅橡胶在强度、透明度和流动性上还无法与后来的LSR相比。
随着应用领域的拓展,对硅橡胶的性能和加工效率提出了更高要求。
性能提升:
通过改进聚合工艺和填料技术,生产出了纯度更高、粘度更低、力学性能和透明度更好的液体硅胶。这使得LSR能够满足医疗、婴儿护理等对卫生和安全要求极高的领域。
加工技术的革命:
传统的模压和RTV手工操作无法满足大规模、高精度的生产需求。液体注塑成型机 应运而生。
LIMS通常是双组份的,通过精密的计量泵、静态混合器和温控系统,实现了从供料、混合到注射、固化的全自动化。这标志着LSR从一个“材料概念”真正转变为一个成熟的 “材料与工艺系统”。
市场需求驱动LSR向更多样化、更高性能的方向发展。
应用领域爆炸式增长:
医疗保健: 导管、面罩、阀门、奶嘴等,利用其生物相容性、可灭菌性。
汽车工业: 点火线缆、密封圈、传感器套件,利用其耐高温、耐老化性。
电子电气: 键盘垫、连接器密封,利用其绝缘性、阻燃性。
消费品: 烘焙模具、成人用品等。
材料创新:
出现了自粘型LSR(可与PC、PBT等塑料在注塑时结合)、高抗撕型LSR、导电/导热型LSR、荧光LSR等特种牌号。
LSR技术仍在不断进化,当前的热点包括:
绿色环保: 开发可生物降解或更容易回收的硅橡胶材料。
智能化与功能性: 开发具有自愈合、形状记忆、传感等智能特性的LSR。
3D打印/增材制造: 将LSR用于光固化3D打印技术,实现更复杂结构的快速原型制造和小批量生产。
超高性能: 追求更高的强度、更低的压缩永久变形、更宽的温度适用范围。
工艺优化与数字化: 利用AI和物联网技术优化注塑工艺参数,实现智能制造和零缺陷生产。
液体硅胶的发展历史是一条清晰的“需求牵引,技术推动”的路径:
从偶然发现(基平、罗乔的早期探索)
到定向研发(战争需求催生固体硅橡胶)
再到工艺创新(RTV技术使液体加工成为可能)
最终形成成熟的材料-设备-应用生态系统(LIMS技术与多元化应用)。
它从实验室的“黏糊糊的玩意”,一步步成长为现代高端制造业中不可或缺的“工业维生素”,其发展历程本身就是一部材料科学的微型史诗。
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