(SI) 矽橡膠

简介

矽橡胶 是一类高性能的 弹性体，建构在矽氧烷主链上，因其异常宽广的使用温度范围、耐候性、电绝缘性、低毒性以及长期柔韧性而备受重视。它在塑料与 弹性体 价值链中占有独特地位，因为它结合了无机主链化学与类有机加工的多功能性，可用于密封件、医疗器械、电子、建筑、交通运输与消费性产品。

与碳氢化合物 橡胶 不同，矽橡胶通常以矽-氧链而非碳-碳链为基础，这有助于解释其对热、紫外线、臭氧与氧化的抵抗力。该材料并非单一产品，而是一种平台技术，包括 HCR（热固化橡胶）、LSR（液态矽 橡胶）以及 RTV（室温硫化）系统，每种系统皆适用于不同的加工路线与性能目标。

其历史与矽金属、氯矽烷及矽氧烷聚合的工业化学密切相关，现代商业生态系统建立在受控的水解-缩合化学及其后与填料、固化剂 及特殊 添加剂 的复配之上。同时，矽橡胶也带来持续的永续性问题：原料生产能源密集，一旦交联后难以在传统机械循环中回收，寿命终端管理仍比 热塑性塑料 受限。

历史与发展

矽氧烷化学源自二十世纪有机矽化合物的广泛发展，当时工业生产者学会将来自 二氧化矽 的矽转化为反应性氯矽烷，再制成矽氧烷聚合物。商用矽橡胶随着制造商精炼分子量、交联密度、填料补强与硫化系统之间的平衡而扩展，使材料从特殊密封件与电气零件进入医疗、消费与高可靠度工业应用。

其发展的重要一步是将矽橡胶区分为不同的配方家族。HCR 级别成为模制技术零件的重要材料，LSR 实现高产量自动化射出成型，而 RTV 系统则支持现场密封、灌封与封装。这种多元化将矽橡胶从利基耐热弹性体转变为广泛的材料平台。

化学结构与关键特性

矽橡胶是一种无机-有机混合弹性体，其主链以矽氧烷键为主，热稳定性优于许多传统 橡胶 中的碳-碳键。链结构高度柔韧，分子线圈相对开放，这有助于低玻璃转移温度、高弹性以及优异的低温性能。

矽橡胶常见的关键特性包括：

重要的限制亦为材料特性的一部分：

• 低抗张强度 → 源自柔韧的矽氧烷主链与较低的分子间吸引力 → 通常以沉淀 二氧化矽 等补强填料及配方最佳化来改善。
• 耐磨耗与抗撕裂性差 → 源自与许多工程 弹性体 相比，内在耐磨性较低 → 常透过复配、表面设计或选择更适合滑动应用的弹性体来缓解。
• 高气体渗透性 → 源自开放的聚合物网络与链移动性 → 在可接受或需要气体传递的场合可行，但不适合气密密封应用。
• 低表面能与不黏特性 → 源自矽氧烷表面化学 → 有利于脱模与抗污，但若无底漆或表面处理，会使黏合与附着变得复杂。

这些取舍是选择矽橡胶的核心：当热、冷与户外曝晒下的可靠性比高耐磨强度或结构刚性更重要时，该材料表现卓越。

生产制程与原料

商用矽橡胶生产始于 矽金属，由 石英 或 二氧化矽 原料在电弧炉中还原而得。矽金属再经 Rochow 制程与氯甲烷反应，生成矽氧烷化学的关键中间体 甲基氯矽烷。

主要制程顺序为：

1. 由富含 二氧化矽 的原料生产矽金属。
2. 与氯甲烷反应生成氯矽烷中间体。
3. 经蒸馏分离与纯化。
4. 水解与缩合形成矽氧烷链。
5. 聚合物改质、复配与硫化成弹性体级别。

典型配方路线包括：

• HCR：高稠度材料与补强 二氧化矽、颜料 及硫化系统复配，再经压缩、转移或挤出成型。
• LSR：低黏度双组分系统，设计用于自动化液态射出成型与快速生产周期。
• RTV-1 与 RTV-2：室温硫化系统，用于密封剂、灌封、模具与现场施用垫片。

常见复配成分包括 二氧化矽 补强填料、热稳定剂、颜料、加工助剂、附着促进剂 及用于热传导或电气特性的特殊填料。在一个具代表性的功能范例中，二氧化矽 填料** 以大量添加来提升抗张强度与抗撕裂性，在矽氧烷基质中形成补强网络，而 **氧化铝或类似 导电填料 则可添加以增加热传导率，适用于热管理零件。

应用与终端市场

矽橡胶服务于需要在严苛热、电与环境条件下具耐久性的市场。通常的等级与制程依最终用途而异：

矽橡胶特别擅长的领域：

• 医疗与保健：管材、导管、手术配件、密封件与穿戴式元件，因其柔韧、可灭菌且通常与生物组织接触时耐受性良好。
• 电气与电子：垫片、连接器、灌封化合物、电缆绝缘与 EMI 相关密封，因材料在广泛温度范围内维持绝缘性能。
• 汽车与交通运输：引擎室密封件、软管、连接器与高温垫片，传统 弹性体 可能更快劣化。
• 建筑与玻璃安装：密封剂、防水接缝与外墙应用，UV 与湿气抵抗力重要。
• 消费与食品接触产品：烘焙器具、模具、密封件与器具，受益于热稳定性与脱模特性。

不适合的用途是 高压气体密封或高真空密封，因为矽橡胶的气体渗透性相对高于 丁基橡胶 或氟化 弹性体。

环境与永续性面向

矽橡胶在永续性讨论中位置暧昧。一方面，其耐久性可延长产品寿命、减少更换频率，并提升医疗器械、再生能源设备与曝晒建筑密封等高需求应用的可靠性。另一方面，上游生产依赖能源密集的矽金属制造，且固化后的交联特性使传统机械回收困难。

关键永续性议题包括：

• 原料密集度：从 石英 到矽金属再到氯矽烷的路线需要大量能源输入。
• 回收限制：一旦硫化，矽橡胶无法如热塑性塑料般重熔，材料循环因此受限。
• 寿命终端途径：再利用、研磨成填料、化学回收研究与能量回收皆在探索中，但尚无一项达到某些 热塑性塑料 闭环回收的成熟度。
• 生物基替代品：研究与商业化努力持续进行，但大多数矽氧烷化学仍依赖矿物矽与甲醇衍生或石化相关试剂，而非完全生物基原料。c

在应用层级，当矽橡胶在长寿命、高故障成本环境中取代较不耐用的材料时，永续性论据仍可能有利。在此情况下，材料长寿命、减少维护与降低泄漏风险可部分抵消较高的制造足迹。

经济与全球市场影响

矽橡胶是全球交易的特殊弹性体，需求与电子、建筑、交通运输、医疗保健及工业设备相关。市场价值较少受商品量影响，而更多取决于配方复杂度、认证成本与性能关键的终端用途。

领先的工业生态系统集中在跨国矽氧烷与特殊材料生产商，包括 Dow、Wacker、Shin-Etsu、Elkem、Momentive 与 KCC 等既有集团。竞争优势通常取决于：

• 取得矽金属与氯矽烷整合的能力，
• 配方技术，
• 可靠的硫化与成型技术，
• 医疗或食品接触用途的法规与应用认可，
• 以及为热、电或光学性能客制化等级的能力。

当前挑战与创新

当前开发工作聚焦于解决矽橡胶的经典取舍，同时改善可制造性与循环性。

主要挑战：

• 机械补强 而不牺牲弹性或加工性。
• 附着控制，因低表面能表面在未经处理或底漆前会抵抗黏合。
• 热管理，尤其在电子领域，基材天然绝缘，但某些应用需要控制散热。
• 回收与寿命终端回收，特别是固化零件。

创新方向包括：

• 高导热矽橡胶 用于电池组、LED、功率电子与热介面零件，使用 导电填料 调整热流。
• LSR 自动化 用于高产量医疗与精密零件制造。
• 自黏 与选择性黏合等级 用于多材料组装。
• 特殊阻燃与低逸气等级 用于航太与电子。
• 功能性泡棉与海绵矽橡胶 用于密封、绝缘与轻量缓冲。

未来展望

矽橡胶很可能继续作为高级弹性体平台，在热、耐候与电应力下的性能足以证明其较高成本与更复杂化学的合理性。成长预期最强劲的领域为电动移动、医疗技术、电子封装、能源系统与建筑外壳，所有这些都需要耐用密封与热稳定性。

最重要的长期转变可能涉及：

• 降低碳足迹的矽与中间体生产，
• 更高效的硫化与成型路线，
• 在技术可行时扩大使用回收或再生矽橡胶含量，
• 以及在不损害矽氧烷主链核心优势的前提下改善附着、导热性与韧性的配方进展。

摘要

矽橡胶是一种多功能高性能弹性体，其矽氧烷化学提供 exceptional 热稳定性、耐候性、电绝缘性以及跨广泛温度范围的柔韧性。其主要限制为较低强度、有限耐磨性、高气体渗透性以及回收挑战，但配方与加工进展持续扩大其在高需求工业、医疗与消费应用中的角色。

參考文獻

• •

  Silicone rubber. (2005, December 6). Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Silicone_rubberLink

• •

  Characteristic properties of Silicone Rubber Compounds. (n.d.). Shin-Etsu Silicone. https://www.shinetsusilicone-global.com/catalog/pdf/rubber_e.pdfLink

• •

  All About Silicone Rubber – Properties, Applications and ... (2023, September 18). Thomasnet. https://www.thomasnet.com/articles/plastics-rubber/about-silicone-rubber/Link

• •

  General Properties & Applications of Silicone Rubber. (2020, June 11). ETI Roltec. https://www.etiroltec.com/blog/general-properties-applications-of-silicone-rubber/Link

• •

  Silicone rubber: How to select the right grade? (2025, July 8). SpecialChem. https://www.specialchem.com/plastics/guide/silicone-rubber-elastomerLink

• •

  Understanding Silicone Rubber: Basics, Uses, and Innovations. (2024, August 30). Eureka by PatSnap. https://eureka.patsnap.com/blog/material-tech-resources/what-is-silicone-rubber/Link

• •

  Properties: Silicone Rubber. (2026, August 26). AZoM. https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=920Link

• •

  Silicone Rubber: Complete Guide to Properties, Applications & Selection. (n.d.). Harkesh Rubber. https://harkesh.com/glossary/silicone-rubberLink

• •

  What is silicone rubber made of? (2024, February 15). Elkem. https://magazine.elkem.com/material-science-insights/what-is-silicone-rubber-made-of/Link

• •

  What is silicone rubber? (2023, May 17). Essentra Components. https://www.essentracomponents.com/en-gb/news/solutions/general-protection/what-is-silicone-rubberLink

• •

  How Do You Make Silicone Rubber. (2025, October 25). INNOSILICONE. https://www.innosiltech.com/company-news/36/Link

• •

  Characteristics of silicone rubber (elongation, strength, shock ...). (n.d.). Nagase ChemteX. https://group.nagase.com/nagasechemtex/e1/en/advanced-concept-materials/rubber-like-resin/silicone-rubber-properties-comparison/Link

• •

  The Complete Guide to Silicone Rubber. (2026, April 1). JLCPCB. https://jlcpcb.com/blog/complete-introduction-to-silicone-rubbersLink

• •

  Silicone Rubber Properties & Applications | Ultimate Guide. (2025, March 9). Rubber & Seal. https://www.rubberandseal.com/properties-and-applications-of-silicone-rubber/Link

• •

  How Silicone Products Are Made Step by Step. (2026, March 31). HB Silicone. https://www.hbsilicone.com/silicone-manufacturing-process/Link

• •

  Silicone Rubber Molding: Types, Materials and Uses. (2026, May 14). IQS Directory. https://www.iqsdirectory.com/articles/rubber-molding/silicone-molding.htmlLink

• •

  Application of silicone rubber. (2022, November 28). LinkedIn. https://www.linkedin.com/pulse/application-silicone-rubber-ingrit-liuLink

• •

  Silicone Rubber: Types, Uses, Properties & Applications. (2024, September 30). Manuf-Rubber. https://www.manuf-rubber.com/news/quick-guide-to-silicone-rubber/Link

• •

  Silicone Rubber in the Real World: 5 Uses You'll Actually ... (2025, October 1). LinkedIn. https://www.linkedin.com/pulse/silicone-rubber-real-world-5-uses-youll-actually-see-2025-yymseLink

• •

  Application Of Silicone Rubber, Silicone Rubber Uses, Silicone Rubber Industry. (2023, June 29). GENVAN. https://www.genvan.com/silicone-rubber-applications/Link

• •

  How Do You Manufacture Silicone? (2021, September 10). Silicone.co.uk. https://silicone.co.uk/news/how-do-you-manufacture-silicone/Link

• •

  How is silicone rubber made? (2021, May 3). Elkem. https://magazine.elkem.com/faq/how-is-silicone-rubber-made/Link

• •

  Galīgais silikona gumijas ceļvedis: pielietojumi, īpašības ... (2024, December 16). UDTECH. https://ud-machine.com/blog/silicon-rubber/Link

• •

  Healthcare Industry. (2025, November 18). Uniflex Inc. https://www.uniflexinc.com/blog/top-5-uses-for-silicone-rubber/Link

• •

  What are the silicone rubber molding processing? (2024, January 18). Elkem. https://magazine.elkem.com/material-science-insights/what-are-the-different-rubber-molding-processes/Link

• •

  Silicone Rubber: A Versatile Elastomer in Industry. (2023, November 27). J-Flex. https://www.j-flex.com/silicone-rubber-a-versatile-elastomer-in-industry/Link

• •

  Silicone Rubber Manufacturing Applications: Defense, Automotive ... (2025, August 7). Moldtech Rubber. https://moldtechrubber.com/silicone-rubber-manufacturing-applications-defense-automotive-medical-and-more/Link

• •

  What is Silicone? The applications and uses of Silicone. (2017, February 9). Silicone.co.uk. https://silicone.co.uk/news/an-introduction-to-silicone/Link

• •

  Top 5 Commercial Applications of Silicone Rubber Products. (2024, July 18). Elastostar. https://elastostar.com/top-5-commercial-applications-of-silicone-rubber-products/Link

• •

  Silicone. (2002, July 29). Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/SiliconeLink

• •

  What are the different processing methods for silicone ... (2022, July 5). Elkem. https://magazine.elkem.com/material-science-insights/different-processing-methods/Link

• •

  What Is Silicone Rubber? A Guide to Types, Common ... (2026, May 25). Glorysun Group. https://www.glorysungroup.com/blog/common_silicone_rubberLink

• •

  Manufacturing Process Of Silicone Products: A Guide. (2025, April 28). Elastostar. https://elastostar.com/manufacturing-process-of-silicone-products/Link

• •

  Where does Silicone Rubber come from? Learn with us today. (2017, July 31). Silicone.co.uk. https://silicone.co.uk/news/where-does-silicone-rubber-come-from/Link

• •

  Silicone: A Guide to Production, Uses and Benefits. (2022, December 11). SIMTEC Silicone Parts. https://www.simtec-silicone.com/blogs/how-is-silicone-produced/Link

• •

  The Making Of Silicone- The 5 Step Process. (2024, November 28). United Silicones. https://united-silicones.com/blogs/news/the-making-of-silicone-the-5-step-processLink