矽橡膠(SiliconeRubber)屬高性能上等材料，但無論是固態(tài)還是液態(tài)，均由3種組分組成：聚合物、填充料和添加劑。通過調(diào)整添加劑和顏料、穩(wěn)定劑等其他材料的比例，可生產(chǎn)出個性化的矽橡膠以滿足特定需求。矽橡膠的生物相容性和多種物理特性等方麵具有優(yōu)勢。

    1  矽橡膠的應用

   矽橡膠發(fā)展於上世紀40年代，國外*早研究的品種是二甲基矽橡膠。1944年左右，由美國DOWCORNING公司和GENEPALELECTIC公司各自投入生產(chǎn)。室溫硫化矽橡膠則在1954年問世，我國在80年代初期已研究成功並投入工業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)在生產(chǎn)矽橡膠的主要國家除我國外，有美國、英國、日本、俄羅斯和德國等。近20年來，產(chǎn)品不斷更新，品種牌號逾千，主要用於科技含量高，負載極大的汽車、運輸、休閒、*療等領域。

    1.1  *療用品

   在眾多的合成橡膠中，矽橡膠是其中的佼佼者。它具有無毒無味、不怕高溫和嚴寒的特點。在300℃和-90℃時，仍保持有一定的強度和彈性。矽橡膠還有良好的電絕緣性、耐氧老化性、耐光老化性以及防黴性、化學穩(wěn)定性等。由於具有了這些優(yōu)異的性能，使得矽橡膠在現(xiàn)代*學中獲得了十分廣泛的應用。

    1.1.1  器官或組織代用品

   這些製品可分為長期和短期留置於體內(nèi)的產(chǎn)品。長期留置於體內(nèi)的產(chǎn)品有腦積水引流裝置、人工肺、視網(wǎng)膜植入物、人工腦膜、喉頭、人工指關節(jié)、人造鼓膜、牙齒印模及托牙組織麵軟襯墊、人工肌腱、人工心臟瓣膜附件等。短期留置於體內(nèi)的起到補液、搶救、引流注入、防粘連或消泡作用的產(chǎn)品有靜脈插管、導尿管、腹膜透析管、接觸眼鏡、輸血管、泄壓管、胸腔引流管、胃鏡套管、中耳炎通氣管、導液管和鼻插管等。

    1.1.2  *療機械關鍵部件

   這些產(chǎn)品包括人工指關節(jié)、人工**包膜、軟組織擴張器包膜、膝蓋膜、心臟瓣膜、泵管、波紋管、**假體、人工顱骨塗層等對物性要求高的製品，心須采用高強度、高抗撕、高定伸、低變形及屈撓性良好的*用矽橡膠膠料進行製作。

    1.1.3  整容和修複手術

   近20年來，矽橡膠在整容和修複術方麵也得到了廣泛的應用。用矽橡膠來修補麵容的缺陷，如修補前額、鼻子、下額、脖頸、外耳缺損、顱骨和胸部整容手術等。目前，這些植入品中爭議較大的是人工**。從其分析結(jié)果來看，認為導致這一問題產(chǎn)生的原因可能是由**假體內(nèi)填充的矽凝膠的滲漏或長期植入後的異物反應而引起的。這並不是*終的結(jié)論，還有待進一步觀察和探討。不過，為了消除植入者對矽凝膠填充人工**的擔憂，現(xiàn)已開發(fā)出了較**的注人生理鹽水型的人工**。這一產(chǎn)品與矽凝膠填充型的相比，無論是手感還是**感，相對來說都要好得多，即使略有滲漏也不會對人體造成傷害。

    1.1.4  **緩釋體係

   延長**療效和提高**的專一性和**性是藥學研究中的一項重要課題。利用矽橡膠來控製**釋放的方式主要有包封型和微粒分散型兩種。目前，利用矽橡膠生物材料為基質(zhì)的可控緩釋劑已應用於避孕藥和**藥中，並取得了良好的效果。釋放體係也可用於其他許多**在動物體內(nèi)的控製釋放。

    1.1.5  體外用品

   矽橡膠薄膜具有良好的透氧、透二氧化碳的特性和與人體皮膚水分蒸發(fā)量相近的透濕性，以及對人體無毒、無害、無過敏、不易引起異物反應或排斥反應等優(yōu)點，在用尼龍、聚酯纖維等增強後用作人造皮膜。

   *用矽橡膠製品的設計、生產(chǎn)和銷售與普通矽橡膠製品基本上是相同的。但對所有材料、製造工藝、加工設備、生產(chǎn)環(huán)境、產(chǎn)品包裝的要求要比普通製品高得多。用於製造植入品的所有材料或?qū)⒁c人體粘膜長期接觸的植人品都必須在動物體內(nèi)進行長期植入試驗。通過試驗證明其植入品對人體無毒(尤其是重金屬)、不會引起組織炎癥反應、副產(chǎn)物不會向重要器官遷移、材料本身未出現(xiàn)老化現(xiàn)象時，方可投入臨床應用。即使嚴格按照規(guī)定的生產(chǎn)方法進行加工，每批新產(chǎn)品也都必須進行一係列的短期試驗，以確保植入料中的有機雜質(zhì)都會使其在二段硫化過程中碳化和褪色，因此裝備一個有效的淨化室是非常必要的。一般來講，與血液接觸的矽橡膠製品應在100級(每立方英尺空氣中0.3μm的雜質(zhì)粒子不超過100個)的淨化室內(nèi)進行加工製作：各種純膠管和用於維持生命但並不植入體體內(nèi)的製品，通常是在10000級(每立方英尺空氣中0.3μm的雜質(zhì)粒子不超過10000個)淨化室內(nèi)製作的。

    1.2  生物*學工程

   主要包括*療用裝置、*用電極、生物植入傳感器的外包裝材料。

    1.2.1  腹腔內(nèi)化療輸藥裝置

   一種全矽膠植入式腹腔內(nèi)化療導管係統(tǒng)。該裝置以*用矽橡膠為原料，由儲藥盒的導管組成。

    1.2.2  *用電極(板)

   因要與人體接觸，所以要求材料柔軟、舒適、呈生理惰性、對人體無毒、對皮膚無刺激、透氣性能好。在使用過程中還要承受高溫高壓、溶劑**，且性能不受影響。要滿足上述要求，矽橡膠作為基材較為合適。

    1.2.3  生物傳感器

   不僅在基礎研究、臨床*學、食品發(fā)酵、環(huán)境保護等方麵顯示了美好的前景，而且在活體應用方麵也已成為可能。其中，兩種生物傳感器——生物*學電極和植入傳感器是活體應用較為典型的例子。供移植使用的生物傳感器外麵通常需要一層包裝材料，用來隔開周圍的生理環(huán)境，因此對材料的可靠性、耐久性、生物相容性等提出了更高的要求。在電極外的矽橡膠層可以很薄，水和其他小分子可以自由通過。這種矽橡膠可以作為一種葡萄糖敏感電極的外包裝，用來監(jiān)控和調(diào)節(jié)糖尿病人血液中的葡萄糖水平。

   *用矽橡膠在生命科學、*療器械、**等領域已得到廣泛的應用，但還有巨大潛力，隨著生命科學的發(fā)展及生物材料的研究，它將為人類社會作出更大的貢獻。

    1.3  密封製品及密封膠

   矽橡膠具有良好的耐屈撓性、耐高溫性及耐老化性。由於矽橡膠有良好的理化性能，20世紀50年代就開始在許多重要橡膠密封製品中采用，而且隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，使矽橡膠的用量大幅度增加。汽車發(fā)動機用矽橡膠密封製品的使用壽命可滿足10年以上及15萬km的苛刻要求。近年來，無需二次硫化的矽橡膠耐熱溫度提高了50℃，並改善了矽橡膠的粘接性和機械強度。

   矽橡膠應用於密封製品的領域相當廣泛。主要密封製品有汽車發(fā)動機曲軸後密封圈、燃油泵密封件、空調(diào)壓縮機密封件、電位器絕緣襯套和灌封材料等。2003年3月消息，道康寧公司開發(fā)的一係列高性能熱塑性彈性體有可能在汽車發(fā)動機艙密封件、墊片和膠管中取代熱硫化型橡膠如丁腈橡膠和氫化丁腈橡膠。這種矽橡膠基材料名為TPSiV，依據(jù)品級和產(chǎn)品，價格在10-15美元/kg。這種材料是在工程熱塑性塑料相中分散有完全硫化的矽橡膠粒子。連續(xù)的TPE相可為聚酞胺或一種未披露的專有技術材料。這種新的TPE兼具矽橡膠的良好高低溫性能及TPE典型的熱熔加工性能和耐化學性能，可熔融反複加工，材料總耗量降低，並可回收再用。它們不會取代苯乙烯類TPE和EPDM/PP類TPV，而是用於這兩類材料不能滿足性能要求的場合。

    具有酸堿作用的矽橡膠密封膠包括SGS689高粘結(jié)性矽酮結(jié)構密封膠及SWS683耐候性柔性密封膠兩個品種。上述兩種新產(chǎn)品由於含有酸(堿)官能團的材料，所以對呈堿(酸)性的被粘基材料表麵的酸堿配位連結(jié)作用，具有高於一般矽橡膠的粘合性能及粘合穩(wěn)定性能。SGS689密封膠屬於中模量的密封膠產(chǎn)品，主要用於現(xiàn)代建築業(yè)玻璃幕牆的結(jié)構粘結(jié)工程(SGS施工法)：SWS683密封膠屬於中低模量的產(chǎn)品，主要用於幕牆構件間的柔性密封粘接。兩種產(chǎn)品均采用中**聯(lián)(硫化)體係，使用時對基材料無任何腐蝕作用，膠層對雨雪、臭氧及紫外線的腐蝕作用具有很強的抵抗力。SGS689高粘結(jié)性矽酮結(jié)構密封膠的主要技術指標：邵爾硬度46，拉伸粘合強度1.10MPa，浸水後的拉伸粘合結(jié)強度1.06MPa，熱老化失重2.7%，熱老化(龜裂、粉化)0.0%；各項技術指標全部超過國家標準GB16776-1997《建築用矽酮結(jié)構膠》規(guī)定的要求。SWS683耐候性矽酮柔性密封膠的主要技術指標；邵爾硬度37，拉伸粘含強度1.00MPa，定伸160%的粘合破壞試驗，無破壞：熱老化失重2.4%，熱老化(龜裂、粉化)0.0%：各項技術指標全部超過國家標準GBI4683-1992《建築用矽酮密封膏》標準規(guī)定的要求。

    1.4  防水塗料

   KH-LI0矽橡膠乳膠是矽橡膠生膠在水中的分散體。把它塗布於物體表麵，在室溫下隨著水分的揮發(fā)，能逐漸反應而生成連續(xù)的矽橡膠彈性薄膜。它既具有矽橡膠的耐老化、耐高低溫、生理惰性等優(yōu)點，又能與各種材料很好的粘結(jié)，可廣泛用於需要矽橡膠薄膜的場合。

    2  矽橡膠的性能和加工

   矽橡膠屬合成聚合物，獨特的分子結(jié)構形成了矽原子和氧原子交替的主鏈，這一結(jié)構鏈類似石英等礦物的結(jié)構鏈。與其他彈性體相比，矽橡膠具有優(yōu)異的耐熱性能。兩種催化劑體係常用於進行矽氧烷交聯(lián)：過氧化物(自由基)體係和白金(加成硫化)體係。早期矽橡膠用過氧化物作為催化劑以促進矽氧烷固化，但過氧化物反應會在橡膠中留下酸性殘渣。雖然現(xiàn)在仍然使用過氧化物，但是加成硫化的白金催化型橡膠已被生產(chǎn)商廣泛接受，主要是因為固化速度快，不存在過氧化物噴霜現(xiàn)象。當各種必須的組分混合之後，形成的混合物可即刻進入固化工序。除了高稠度(純膠料)矽橡膠(亦是通過氧化物固化材料的一種形式)之外，還有液態(tài)矽橡膠(LSR)形態(tài)的加成硫化矽橡膠。

    2.1  性能

   矽橡膠具有穩(wěn)定的矽氧化學結(jié)構，能賦予彈性體獨特的性能，包括生物相容性，優(yōu)異的耐高溫、耐化學性能，優(yōu)良的機械電氣性能，天然透明度和半透明度。大量試驗證明，與其他彈性體相比，矽橡膠表現(xiàn)出與人體組織和體液的優(yōu)異相容性，植入體內(nèi)時組織反應極低。矽橡膠無色無味，不會助長**繁殖，亦不會玷汙或腐蝕其他材料。作為*用產(chǎn)品，矽橡膠配方符合FDA、ISO和三組分生物相容性指南。與絕大多數(shù)彈性體相比，矽橡膠能承受極廣的溫度範圍，經(jīng)曆-60-260℃的溫度變化時仍能保持穩(wěn)定，而且可通過EtO氣體、γ射線或E射線輻射、蒸煮和其他方法進行**處理。矽橡膠能承受水和多種化學劑腐蝕，包括某些酸性物質(zhì)、氧化性化學劑、氨水和異丙醇。但是，矽橡膠不能與濃縮性酸或溶劑混用。矽橡膠撕裂強度(250ppi)和拉伸強度(1500psi)較高，伸長率(1250%)和柔軟性能優(yōu)良，加壓變形率低。柔軟型矽橡膠能永遠保持其柔軟性，增強凝膠型矽橡膠的硬度是*低的。矽橡膠在電氣應用中具有優(yōu)異的絕緣性能和功能性，使所有可比材料望塵莫及。矽橡膠在極端溫度中能保持絕緣作用和介電強度，能耐遠遠超過了傳統(tǒng)絕緣材料的能力範圍。

    2.2  加工

   矽橡膠通常用三種主要模塑方式：液體注塑(LIM)、模壓和擠出。LIM經(jīng)常用於批量生產(chǎn)，與其他模塑方法相比，LIM采用較低的壓力(250-2000psi)和較高的溫度(110-250℃)。模壓和擠出則采用較高的壓力(2000-8000psi)和較低的溫度(90-180℃)。在模壓過程中必須嚴格控製溫度、壓力和時間。溫度應高低適宜，允許氣體全部溢出，防止模腔內(nèi)出現(xiàn)空洞和溢料。

   LIM在矽橡膠生產(chǎn)中具有諸多優(yōu)點，包括清潔度和速度。在注塑過程中，泵送係統(tǒng)在全封閉狀態(tài)下將兩種組分的液體矽橡膠(催化劑和交聯(lián)劑)直接泵入混合機內(nèi)進行均化，然後泵入模腔中。在高溫下，矽橡膠在模腔中快速實現(xiàn)模塑和硫化(固化)。注射僅需3-10s，模塑和硫化則需要10-90s或更長的時間才能完成，具體根據(jù)注射重量和部件的*終厚度而定。LIM采用封閉式流程，可大幅度減少汙染。而且，由於采用一步式自動流程，可保證部件質(zhì)量連續(xù)一致，減少差異現(xiàn)象或人為錯誤。還有其他優(yōu)點，例如：可減少材料準備所需的人力，降低注射壓力，加快周期速度，實現(xiàn)係統(tǒng)全自動。

   與LIM不同的是模壓和擠出法耗費較多人力，需要在雙輥開煉機中進行單獨預混。而且，兩種方法必須在低溫下進行，因此運行周期更長。由於固化速度緩慢，在生產(chǎn)隔膜、瓶蓋、O形密封件和其他產(chǎn)品時，大型模具通常采用100多個模腔。在模壓過程中，液壓活塞向橡膠施壓，使之通過澆口注入模腔。高稠度矽橡膠可通過擠出生產(chǎn)出多種管材和型材(一般來說，液體橡膠不能采用擠出法)。擠出流程開始時，將雙組分純膠料(催化劑和交聯(lián)劑)在雙輥開煉機上混合。共混之後生產(chǎn)出均勻的混合物，然後製成條狀連續(xù)喂入擠出機中，通過變速螺桿喂料裝置在口型處保持合適的壓力。擠出後，管件通過熱風硫化爐，以熱空氣或輻射熱對產(chǎn)品進行固化。擠出法可生產(chǎn)多種直徑的單腔、多腔和共擠軟管。矽橡膠還可製成夾具墊圈、密封圈、拉條、標記等型材或非圓形斷麵板材。條狀或不透明材料具有防X射線穿透的特點，能增強產(chǎn)品視覺效果。