聚硅氧烷以硅氧键作为聚合物的主链结构，具有分子链柔性高、原料易得和制备工艺简单等优点[1]。聚硅氧烷作为透明树脂通过硅、氢原子之间化学键链接成高分子化合物，具有低收缩率、电绝缘性良好和耐化学腐蚀等优点，常应用于电子设备、航天领域、表面封装等领域[2]。目前，制备聚硅氧烷通常采用前驱体法制备，选用具有硅氢键和乙烯基基团硅油作为合成前驱体，以硅氢加成反应作为合成机理制备聚硅氧烷。在制备过程中，为加快制备聚硅氧烷合成进度，加入氯铂酸催化剂，并加热辅助[3]。但聚硅氧烷存在脆性大、易发生内部脆裂等问题[4]。此外，制备的聚硅氧烷最终形貌和性能受到前驱体比例的影响。因此，研究前驱体比例对合成聚硅氧烷具有重要的研究意义。本实验基于硅氢加成反应，选用乙烯基硅油(VPSO)和含氢硅油(HPSO)加热交联制备聚硅氧烷，研究硅油前驱体比例和芳纶纤维增强体加入量对聚硅氧烷的形貌和力学性能的影响规律。通过研究不同比例的聚硅氧烷/芳纶纤维复合材料性能选择最佳的制备参数。1实验部分1.1主要原料乙烯基硅油(VPSO)，侧链乙烯基含量21%，济南国邦化工有限公司；含氢硅油(HPSO)，侧链含氢量14%，济南国邦化工有限公司；氯铂酸催化剂，OK-Pt-30，深圳市奥凯有机硅材料有限公司；抑制剂，OK-G-2，深圳市奥凯有机硅材料有限公司；芳纶纤维，深圳市龙岗区平湖福利达布行。1.2仪器与设备X射线衍射仪(XRD)，D8 Advance，德国Bruker 公司；傅里叶红外光谱仪，VERTEX70，德国Bruker公司；扫描电子显微镜(SEM)，JSM-IT100，日本电子株式会社；万能拉力试验机，CMT4000，上海拓丰仪器科技有限公司；热重分析仪，TGA-1000，上海众踏实业有限公司。1.3样品制备表1为聚硅氧烷和聚硅氧烷/芳纶纤维复合材料的配方。按照表1的配比，将HPSO加入VPSO中搅拌30 min。混合均匀后，加入50 μL抑制剂，搅拌10 min后，加入50 μL氯铂酸催化剂，继续搅拌10 min。加入不同质量的芳纶纤维继续搅拌至芳纶纤维在溶液中均匀分布。将上述溶液放入烧杯中，加热至80 ℃进行交联固化，持续加热直至溶液固化完全。样品固化后在干燥箱中加热至80 ℃，反应12 h，使复合材料固化完全。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.006.T001表1聚硅氧烷和聚硅氧烷/芳纶纤维复合材料基本配方Tab.1Basic formula of polysiloxane and polysiloxane/aramid fiber composites样品VPSOHPSO芳纶纤维a4.950.05—b4.800.20—c4.500.50—d4.800.200.05e4.800.200.10f4.800.200.20gg1.4性能测试与表征XRD分析：将制备得到的聚硅氧烷放入研钵中研磨成粉末，放置在X射线衍射仪的样品台上进行测试。FTIR分析：波长范围为400~4 000 cm-1。SEM分析：样品表面喷金后，观察样品的表面形貌。TG分析：升温速度为2 ℃/min，升温范围为室温~600 ℃。拉伸性能测试：按GB/T 16421—1996进行测试，样条尺寸为80 cm ×10 cm ×1 cm，拉伸速率 30 mm/min。2结果与讨论2.1聚硅氧烷的FTIR分析图1为HPSO和VPSO经过交联固化后制备的聚硅氧烷材料红外谱图。从图1可以看出，在468 cm-1处出现的红外吸收峰是由于[SiO4]结构存在Si—O。同样，在1 039 cm-1处存在的吸收峰也是Si—O的特征吸收峰。在717 cm-1处的吸收峰是Si—C键的吸收峰。1 565 cm-1处的红外吸收峰是—C=C—双键的吸收峰。在2 838 cm-1和2 924 cm-1这两处的红外吸收峰是硅油中的C—H单键的伸缩振动[5]。在3 400 cm-1处出现的吸收峰是芳纶纤维酰胺基中—NH基团的伸缩振动。1 640 cm-1处出现的吸收峰是—C=O基团的伸缩振动。表明芳纶纤维成功掺入聚硅氧烷中。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.006.F001图1固化交联后聚硅氧烷的红外谱图Fig.1FTIR spectra of polysiloxane after curing cross-linked2.2聚硅氧烷交联固化后照片图2为不同前驱体比例和芳纶纤维添加量制备并加热12 h后的样品照片。从图2可以看出，采用硅氢化加成反应成功将HPSO和VPSO交联固化成固体结构的聚硅氧烷材料。通过对比三组不同硅油比例制备的聚硅氧烷(图a、b、c)可以看出，在HPSO含量较低时，制备得到的聚硅氧烷是外观均匀、表面光滑的固体样品(图a)。当HPSO含量不断增加至过高时，制备的聚硅氧烷材料呈现出多孔的气泡结构(图c)。这是由于HPSO含量占比过高，在加热交联固化过程中，HPSO中发生硅氢键之间的反应，产生氢气，导致聚硅氧烷变成多孔结构[6]。通过摁压聚硅氧烷样品可以发现样品B硬度最大。因此，选用样品b进行后续研究。通过对比不同芳纶纤维加入量制备的聚硅氧烷(图d、e、f)可以看出，当芳纶纤维添加量较低时，制备的聚硅氧烷外观为发白的复合样品。当芳纶纤维添加量增加时，制备的芳纶纤维/聚硅氧烷复合材料外观发黄。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.006.F002图2聚硅氧烷固化交联样品Fig.2Polysiloxane curing cross-linked samples2.3聚硅氧烷的XRD分析图3为芳纶纤维、聚硅氧烷和不同芳纶纤维添加量制备聚硅氧烷复合材料的XRD谱图。从图3可以看出，制备的聚硅氧烷的XRD谱图呈现出基本相同的无特征衍射峰，表明通过上述方法制备的聚硅氧烷为非晶结构的样品，证明样品是无定形结构。而芳纶纤维在2θ为13°处存在一个不太尖锐的衍射峰，表明此芳纶纤维表现出一定的晶体结构。XRD谱图结果证明芳纶纤维成功掺入聚硅氧烷中，且并不改变聚硅氧烷的结构组成。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.006.F003图3聚硅氧烷固化交联样品的XRD谱图Fig.3XRD patterns of polysiloxane curing cross-linked samples2.4聚硅氧烷的SEM分析图4为不同的配方进行加热固化制备的聚硅氧烷材料的SEM照片。从图4可以看出，聚硅氧烷在扫描电镜下呈现出平滑的表面结构(图a)。将不同添加量的芳纶纤维加入聚硅氧烷中，可以在复合材料的表面观察到有细小的芳纶纤维均匀分布在聚硅氧烷基体材料中。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.006.F004图4聚硅氧烷固化交联的SEM照片Fig.4SEM images of polysiloxane curing cross-linked samples2.5聚硅氧烷TG分析图5为聚硅氧烷和不同芳纶纤维添加量制备聚硅氧烷的TG分析。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.006.F005图5聚硅氧烷的TG曲线Fig.5TG curves of polysiloxane从图5可以看出，在室温~250 ℃范围内，聚硅氧烷的失重率小于其他三组复合材料，这是由于芳纶纤维中吸附的水分受热最先挥发。聚硅氧烷中不存在水，因此在低温时聚硅氧烷失重率变化最小。当温度继续升高时，聚硅氧烷中未完全反应的硅油前驱体受热开始挥发，使得聚硅氧烷的失重率最大。其余三组复合材料的失重率随着芳纶纤维的添加量逐渐增加而变小，表明芳纶纤维加入使得聚硅氧烷的热稳定性能提高。2.6聚硅氧烷拉伸强度分析图6为聚硅氧烷的拉伸性能测试。从图6可以看出，样品b由于未加入芳纶纤维，导致聚硅氧烷的拉伸强度较低。当加入芳纶纤维后，拉伸强度明显提高，但芳纶纤维含量过高会使拉伸强度降低，是因为芳纶纤维含量较高，破坏了聚硅氧烷内部之间较强的交联结构，导致了内部连接强度变低。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.006.F006图6聚硅氧烷固化交联的力学性能Fig.6Mechanical property of polysiloxane curing cross-linked samples3结论(1)本实验获得了一系列不同VPSO、HPSO比例和芳纶纤维添加量的聚硅氧烷复合材料。研究表明，采用硅氢加成反应可使两种硅油前驱体经过交联固化制备固体无晶体结构的聚硅氧烷，且芳纶纤维成功加入聚硅氧烷中。(2)芳纶纤维含量的增加，可提高聚硅氧烷的力学强度。当VPSO为4.8 g、HPSO为0.2 g，芳纶纤维添加量为0.1 g时，聚硅氧烷复合材料的力学性能最佳(0.33 MPa)，并具有较好的热稳定性。因此，适宜的前驱体硅油比例和催化剂添加量对聚硅氧烷的最终性能具有很大的影响。