硅油是一类品种、系列较多,应用范围较广的硅酮材料。硅油通常分两大类:普通硅油和改性硅油。

由于二甲基硅油是商品硅油的主体,能够很好的代表硅油的通用特性,所以本系列文章我们主要以二甲基硅油为例探讨。

一、硅油的黏度特性

硅油在液体润滑剂中表现出最佳的黏温稳定性,即其粘度对温度变化的敏感度较低。

黏度与温度的关系

各种硅油的黏度随温度变化的敏感度按以下顺序递增:

二甲基硅油,甲基含氢硅油<乙基甲基硅油<低苯基含量的甲基苯基硅油<中苯基含量的甲基苯基硅油,三氟丙基甲基硅油<高苯基含量的甲基苯基硅油。

压力对黏度的影响:

硅油的黏度会随着压力的增加而提高。例如,在常压下,二甲基硅油的黏度为100mm²/s。

硅油具有较高的压缩性,尤其是二甲基硅油,由于分子间作用力较弱,即使在高达400MPa的压力下也不会凝固。

 

高压下二甲基硅油的黏度变化

压力GPa 黏度mm2/s
0 100
2 1120
4 17600
5 74200

剪切应力对度的影响:

硅油的黏度变化受剪切应力的影响,这取决于硅油的初始黏度。低黏度的二甲基硅油在高剪切速率下黏度变化不大,而高黏度硅油的粘度则会随着剪切速率的增加而降低,这是由于分子在流动方向上更加有序,减少了摩擦。

摩尔质量的影响:

随着硅油摩尔质量的增加,剪切应力对其黏度的影响更加显著。

剪切后的恢复:

硅油在经历剪切后,分子的定向作用会随着时间逐渐恢复,导致表观黏度出现滞后现象。

长期稳定性:

二甲基硅油在长期受到剪切力的情况下,其固有黏度变化很小。例如,在液压系统中,即使经过长时间的应力循环,其黏度的减少也远小于一般矿物油。

 

二、硅油的密度和体积

相对密度与分子质量:

硅油的相对密度随其摩尔质量或黏度的增加而增大,最终趋于一个常数值。对于二甲基硅油,当25℃时的黏度超过350mm²/s时,其相对密度趋于一个常数,大约为0.973。

取代基团的影响:

当甲基被苯基部分取代形成甲基苯基硅油时,其相对密度高于纯二甲基硅油。

温度对相对密度的影响:

硅油的相对密度随温度升高而规律性地下降。

热膨胀系数:

二甲基硅油的热膨胀系数较水和汞大,与矿物油相近。该系数随着硅油的聚合度和黏度的增加而减小,当粘度超过100mm²/s时,热膨胀系数趋于一个恒定值。

甲基苯基硅油的热膨胀系数:

甲基苯基硅油的热膨胀系数略低于二甲基硅油。

 

硅油的体积膨胀系数(25-150℃)

硅油种类 体积膨胀系数
二甲基硅油(100mm²/s) 9.5*10-4
苯基摩尔分数为5%的甲基苯基硅油 9.0*10-4
苯基摩尔分数为25%的甲基苯基硅油 7.3*10-4

 

三、硅油的热导率与比热容

热导率与分子质量:

硅油的热导率与其摩尔质量和粘度相关。在二甲基硅油系列中,热导率随着黏度的增加而增加,但达到一定粘度后,热导率趋于稳定。

热导率的变化趋势:

对于二甲基硅油,当粘度较低时,热导率随黏度增加而显著增加。例如,六甲基二硅氧烷在50℃时的热导率为0.099W/(m·K),而黏度约为100mm²/s的二甲基硅油在25℃时的热导率为0.155W/(m·K)。

热导率的稳定性:

当二甲基硅油的粘度进一步增加,其热导率几乎不再变化,维持在一个相对恒定的数值。

热导率的比较:

硅油的热导率大约是水的四分之一,与苯和甲苯的热导率相近。

甲基苯基硅油的热导率:

甲基苯基硅油的热导率与二甲基硅油相比,差异不大。

比热容与焓的独立性:

二甲基硅油的比热容和焓几乎不随其黏度的变化而变化,表现出与粘度相对独立的特性。

 

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基础硅油有:

产品名称 主要特性及推荐应用 外观 危险品等级
甲基硅油(2-50万cst) 良好的滑度和润滑性 无色透明液体
含氢硅油 拥有活性氢键,可反应交联成膜 无色透明液体
苯基硅油 良好的耐高温性能 无色透明液体

 

参考文献:

1、有机硅材料,张宇,张利萍.2007

2、有机硅材料,孙全吉,黄艳华.2011

3、有机硅材料及应用.黄文润.1994

4、有机硅材料丛书.硅油及其应用.黄文润.2018等

 

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