硅橡胶中再生硅弹性体含量对高稠度硅橡胶力学性能的影响机制研究

为解决硅橡胶行业可持续发展需求，研究人员通过系统研究再生硅弹性体粉末（>50μm）作为填料对高稠度硅橡胶（HCR）力学性能的影响。结果表明，再生材料虽不影响过氧化物交联过程，但显著增加体系粘度（60 phr时达16000 Pa·sec），导致拉伸强度降低45%、压缩永久变形升高22%，为环保型硅橡胶开发提供关键数据支撑。

　　

在全球推进碳中和的背景下，硅橡胶行业面临严峻的环保挑战。这种以聚有机硅氧烷（polyorganosiloxane）为主链的高分子材料，虽具有优异的耐温性和化学稳定性，但其生产过程能耗巨大，碳足迹问题突出。更棘手的是，欧盟《一次性塑料指令》等法规已对塑料制品回收提出硬性要求，而硅橡胶作为交联网络结构材料，传统机械回收会导致其力学性能显著劣化。目前行业普遍采用化学回收法，但能耗过高难以推广。如何通过物理掺混再生材料实现性能与环保的平衡，成为亟待解决的科学难题。

来自德国的研究团队在《Polymer Testing》发表论文，创新性地采用热磨法将多种硫化硅橡胶（含Wacker Elastosil R 401-80 S等品牌）加工成>50μm的再生粉末，通过双螺杆密炼机（Colmec CTM-25）将其以0-60 phr（每百份橡胶中的份数）比例掺入高稠度硅橡胶（HCR）基体。研究采用橡胶加工分析仪（RPA）监测交联行为，结合拉伸测试（DIN 53504）、压缩永久变形（DIN ISO 815-B）和扫描电镜（SEM）等表征手段，系统揭示了再生填料对材料性能的影响规律。

RPA – 交联行为
过氧化物（Peroxan BD-50）交联体系下，再生填料含量不影响最大扭矩，但显著提高初期粘度。60 phr填料使复合粘度倍增（1 s^-1剪切速率下从8000 Pa·sec升至16000 Pa·sec），这对挤出成型等加工工艺提出更高压力需求。

拉伸性能
当再生含量超过20 phr时出现明显性能拐点：60 phr样品相较纯胶料拉伸强度下降45%，断裂伸长率降低25%。SEM断层分析显示再生颗粒与基体存在明显界面分离，说明机械研磨产生的粗糙表面未能形成有效粘结。

压缩永久变形
作为弹性恢复能力的关键指标，60 phr填料的压缩永久变形达40%，比基准样品升高22%。这种与常规增强填料（如二氧化硅）相反的现象，源于交联网络中"海岛结构"的形成。

硬度异常现象
尽管填料硬度各异，但Shore A硬度始终维持在37-41区间。研究表明表面粗糙度（Ra从5μm增至66μm）是导致测量波动的根本原因，而非材料本体硬度变化。

该研究首次阐明再生硅橡胶在HCR体系中的"非增强型填料"特性：虽能降低原料成本（再生料价格仅为新料的50%）和碳足迹，但会牺牲力学性能。通过对比不同交联体系（过氧化物vs铂金催化）的数据，发现二(2,4-二氯苯甲酰)过氧化物因其非乙烯基特异性，可避免再生颗粒消耗交联剂。研究为平衡环保与性能提供了明确的技术路线——在要求较低的减震应用中，20 phr以下的再生掺量可保持性能稳定；而对力学性能敏感的场景，则需通过火焰处理等表面改性提升界面结合力。这些发现对推动硅橡胶行业绿色转型具有重要指导价值，也为后续注射成型、挤出加工等工艺研究奠定了理论基础。