有机硅材料
有机硅简介
5. 有机硅化学及产业建立功勋的化学家
美国：海德（J.F.Hyde） 帕洛德（W.J.Patnode） 罗乔（E.G.Rochow） 苏联：多尔高夫（Б.Н.ДОЛГОВ） 安德里阿洛夫（K.A.AHДРИаНОВ） 法国：米勒（R.Miiller）
7. 1938年—1970有机硅产业化发展
①美国：道康宁公司（Dow-Corning,DC）1943年， 通用电气公司（General,Electric,GE）1947年 联合碳公司（Union Cabide,UC）1956年 ②德国：瓦卡公司（Wacker）1951年 戈特斯高特公司（Goldschidt） ③日本：信越化学公司、东京芝浦电气（1953年成立，后与GE合并） 东丽有机硅公司（1966年，后并入DC） ④法国：罗纳—普朗克公司（Rhone-Poulene） 米德兰公司（Midland），现转入DC公司 ⑤英国：ICI帝国化学工业公司（现转入R-P） ⑥苏联：坦可夫斯基有机硅厂 西伯利亚有机硅厂 ⑦中国：北京化工二厂 吉化公司 上海树脂厂等 ⑧印度、罗马尼亚、捷克等
2018-3-6
-HCl Ph2Si(OH)2 (Ph2SiO)3
11
School of Materials Science & Engineering, SDU
3：发展期——（1938-1965年）美国康宁玻璃厂化学家 通用电器公司的帕特诺得和罗乔，将有机硅单体的合成方法进行 了改进使其走上了工业的化的道路。尤其是罗乔于1941年发明了 “直接合成法“合成甲基碌硅烷，为有机硅化合物的大规模生产 奠定了基础。进入四十年代，在一些主要国家进行工业化生产的 同时，又发明了聚有机硅碌烷的平衡化反映。并建立了一套近乎 完善的工业化技术。各种性能优异的硅油，硅橡胶，硅树脂，偶 联剂相继出现，大大加快了有机硅的发展。
学习课件(有机硅)
05
有机硅的未来发展与挑战
有机硅的发展趋势
01
02
03
环保化
随着环保意识的提高，有 机硅行业将更加注重环保 生产，减少对环境的污染。
高性能化
有机硅材料不断向高性能 化发展，提高其耐温、耐 腐蚀、抗氧化等性能。
多元化
有机硅产品种类不断增多， 应用领域不断拓展，以满 足不同行业的需求。
有机硅面临的挑战与问题
有机硅在汽车制造领域的应用
总结词
提高汽车性能
详细描述
总结词
有机硅在汽车制造中主要用于 生产高性能的密封件、减震件 和涂层。这些产品可以提高汽 车的舒适性、稳定性和耐久性 ，并增强汽车的外观效果。
轻量化材料
详细描述
有机硅材料相对较轻，可以替 代部分金属材料，降低汽车的 整体重量。轻量化设计是汽车 节能减排的重要手段之一，有 利于提高汽车的燃油经济性和 排放性能。
学习课件(有机硅)
• 有机硅简介 • 有机硅的种类与合成 • 有机硅材料的性能与改性 • 有机硅在各领域的应用 • 有机硅的未来发展与挑战
01
有机硅简介
有机硅的定义
有机硅
是指含有硅元素的有机化合物， 也称为硅基有机化合物。
定义解释
有机硅由碳和硅两种元素组成， 其分子结构中碳-硅键的键能高， 使其具有独特的物理和化学性质 。
19世纪
有机硅化合物的研究开始起步。
20世纪40年代
出现商业化的有机硅产品，如 硅橡胶和硅树脂。
21世纪
有机硅材料在各领域的应用更 加广泛，成为现代工业和科技 发展的重要支撑材料之一。
02
有机硅的种类与合成
有机硅单体的合成
01
02
03
有机硅主要分类及概述
有机硅主要分类及概述
有机硅，也被称为胶状硅，是一类采用有机硅树脂或预硅化物作为基料，采用特殊的热固工艺，制成的宽范围的高分子材料。
因其材料具有优
异的机械性能和抗化学腐蚀性能及耐温性能，使其在航空航天、汽车制造、机械制造、能源开发、节能环保等行业中有着广泛的应用。
有机硅材料可
以分为热固性和半热固性两大类。
热固性有机硅，又称热固性有机硅树脂，是由硅氧环或硅氧环类化合物，经过聚合反应，形成芳环结构，制成透明至微薄黄色材料，具有良好
的热稳定性和耐化学腐蚀性，耐热性特别好，承受温度可达260℃。
热固
性硅树脂的主要性能，如粘附力、抗衡硬度、线绕线损失、厚度膨胀、氧
化稳定性、机械性能等，均要求很高。
热固性有机硅的应用，广泛地用于
生产电子工业用电缆和布线，绝缘层和绝缘层，电容器，电阻器和避雷器
等电气元器件，紧固件，汽车零部件等。
半热固性有机硅，也称聚氨酯硅树脂，主要由三氯甲烷、氧化硅及聚
氨酯为原料经过聚合反应制成，具有良好的机械强度、抗老化性能和耐油性，可弯曲，抗拉伸，热收缩性能优异，电绝缘性能也比热固性硅树脂更好。
有机硅材料的分类
从产品形态分类，有机硅材料主要可以分为（1）硅油（silicone oil 或silicone fluid）(包括硅脂、有机硅乳液、有机硅表面活性剂等)、（2）硅橡胶（silicone rubber）（包括室温硫化和高温硫化硅橡胶）、（3）硅树脂（silicone resin）和（4）硅烷偶联剂（silane coupling agent）等。
1、硅油硅油及硅油制品是有机硅材料中一类重要产品，它的品种多，可分为普通硅油和改性硅油两大类。
改性硅油中聚醚改性的占绝大多数，其次是氨基改性、环氧改性、烷基改性、羟基改性、巯基改性、醇改性硅油等。
硅油制品主要是消泡剂、脱模剂、纸张隔离剂、织物整理剂和硅脂等。
硅树脂有润滑、电绝缘、防污闪和导热等系列产品。
主要需求行业是机械行业、电子电力行业、化学工业、纺织染整业、纸制品、医药及化妆品业。
2、硅橡胶硅橡胶是有机硅产品中产量最大、品种牌号最多的一类。
根据生胶结构硅橡胶可以分为甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、苯基硅橡胶、氰硅橡胶和氟硅橡胶等。
而按其硫化温度，硅橡胶分高温硫化型（high-temperature-vulcanized, HTV）和室温硫化型（room-temperature-vulcanized, RTV）两种。
室温硫化硅橡胶一般包括缩合型和加成型两大类。
硅橡胶的三大需求产业是建筑业、电子电器工业和汽车。
3、硅树脂硅树脂是有机硅主要大类产品之一。
虽然它是有机硅材料中问世最早的，但其品种相对较少，市场份额也较小。
主要用途是配制各种电绝缘漆、耐气候老化涂料、塑料表面耐磨涂料和耐高温涂料。
此外还用作云母黏合剂、石棉布玻璃布浸渍漆、混凝土和砖石防水剂等。
在航空航天、电子电器、建筑、机械制造等方面有广泛的应用。
4、硅烷偶联剂硅烷偶联剂实质上是一类具有有机官能团的硅烷，在其分子中同时具有能和无机材料化学结合的反应基团及与有机材料相容或能化学结合的基团。
它最早被用在玻璃纤维增强塑料中的玻璃纤维的表面处理上。
有机硅材料
有机硅材料
有机硅材料是一种新型的非常耐用且被广泛使用的材料。
在有机硅材料中，最常见的有机硅化物是硅氧烷(Siloxanes)，这种材料可以使用非常低的制造成本。
它们也是有机硅材料的主要成分。
有机硅材料有多种用途，例如用于制造涂料、水性涂料、硅脂、丙烯酸树脂、聚氨酯等。
它们也被用作医疗器械的表面保护材料，具有抗菌、耐温、耐老化等特性。
它们还可以用于制造缝补线、热熔胶、绝缘剂、电绝缘、光掩模和其他电子元件。
有机硅材料的主要优势在于它们的可操作性(flexibility)和耐腐蚀性。
它们的这些优势可以使它们成为电子元件和传感器件的理想选择。
它们也可以提供耐用的涂料，这些涂料可以抵抗老化和极端的环境条件。
有机硅材料也有一些限制，因为它们的性能可能受到温度、湿度和氧化剂等因素的影响。
有机硅材料也不适合在高温下使用，因为它们会因此而变软。
此外，当有机硅材料接触到有毒化学物质时可能会出现化学反应或失效。
有机硅材料是一种非常有用的材料，它们也有许多有用的应用。
它们的可操作性和耐腐蚀性可以使它们成为传感器、电子元件和涂料的理想选择。
它们也是最实惠的材料，因为它们的生产成本非常低。
有机硅材料的缺点是它们可能会受到温度和湿度等因素的影响，并且在接触到有毒化学物质时可能会失效。
尽管有这些缺点，但有机硅材料仍然是一种非常有用的材料，它们在医疗设备、涂料和传感器件方
面仍然受到欢迎。
有机硅新材料
有机硅新材料
有机硅是一种具有碳硅键的有机化合物，其分子结构中含有硅元素。
有机硅新材料是指以有机硅作为主要原料，通过化学合成或改性制备而成的新型材料。
有机硅新材料具有许多优良特性，被广泛应用于建筑、医药、化工、电子等领域。
首先，有机硅新材料具有优异的耐高温性能。
由于硅元素的特殊性质，有机硅新材料在高温环境下依然能够保持稳定的性能，不易熔化或变形，因此被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
其次，有机硅新材料具有良好的耐腐蚀性能。
由于硅元素与氧气结合形成的二氧化硅具有很强的稳定性，因此有机硅新材料在酸碱等腐蚀性介质中表现出较好的耐蚀性，适用于化工设备、管道等领域。
此外，有机硅新材料还具有优异的绝缘性能和机械性能。
由于硅元素与有机基团的结合，使得有机硅新材料在电气绝缘和机械强度方面表现出色，广泛应用于电子电器、建筑材料等领域。
另外，有机硅新材料还具有良好的粘接性能和表面活性。
有机硅新材料可以通过改性制备成各种类型的胶水、润滑剂、表面处理剂等，被广泛应用于家居装饰、汽车制造、纺织印染等领域。
综上所述，有机硅新材料具有耐高温、耐腐蚀、绝缘、粘接等优异性能，被广泛应用于各个领域。
随着科学技术的不断发展，有机硅新材料的应用领域将会更加广泛，为人类社会的发展进步提供更多的可能性。
有机硅材料
作结构材料、半导体封装用的模压塑料，与玻璃布制得的层压塑料，发泡后制得的泡沫塑料。
6、硅烷偶联剂
（1）硅烷偶联剂的概念略
2）硅烷偶联剂的应用硅烷偶联剂最早是作为玻璃纤维增强塑料的玻纤处理剂而开发的。由于硅烷偶联剂改善了玻纤与树脂之间的粘合，从而显著提高了增强塑料的机械性能。随着复合材料的迅速发展，硅烷偶联剂无论在品种或产量的发展速度也很快。近年来，利用硅烷偶联剂对某些材料引入特定功能性基团，可以改进材料的表面性质，获得防静电、防霉、防臭、防凝血和生理惰性等，成为硅烷偶联剂新用途的开端。正是由于许多重要应用领域的开发，硅烷偶联剂成为有机硅的一个重要分支。
粘接性、仿真性
制作古代文物复制的模具，常规武器上的密封。
4、硅油
1）硅油的分类硅油是一类具有各种不同粘度，无毒、无嗅、无腐蚀，不易燃烧的聚硅氧烷液体油状物。其中，甲基硅油是硅油中最主要的品种，通过改变聚硅氧烷的聚合度及有机基的种类，或使聚硅氧烷与其他有机物共聚，可以制得具有防水、抗粘、脱模、消泡等基本特性的硅油。硅油的品种很多，大致可分为线形硅油及改性硅油两大类。
有机硅主要产品及应用
目前有机硅产品繁多，品种牌号多达万余种，常用的就有4000余种，大致可分为原料、中间体、产品及制品三大类：
有机硅单体：主要指有机氯硅烷等合成有机硅高聚物的单体，如甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、乙烯基氯硅烷等原料。
有机硅中间体：主要指线状或环状体的硅氧烷低聚物，如六甲基二硅氧烷（MM）、八甲基环四硅氧烷（D4）、二甲基环硅氧烷混合物（DMC）等。
表6硅油的主要应用
应用部门
利用特性
主要应用范围
机械工业
耐高低温、抗氧化、强抗剪切性
用于传动装置的润滑油，防震、阻尼用油，真空扩散泵油。
有机硅材料
有机硅材料有机硅材料是近些年来引起学术界关注的新型材料。
它不仅具有独特的结构，而且具有高性能，可以在光学、电子、能源存储、生物医疗等多个领域发挥重要作用。
它们的特点在于改变传统材料，如金属、陶瓷和复合材料，通过合成新型结构实现性能的提升。
有机硅材料包括硅氧烷、有机硅树脂、有机硅胶、有机硅纤维等。
硅氧烷是有机硅的主要材料，它是一种有机硅基结构的热塑性材料，它的分子结构由硅原子、氧原子和碳原子组成，能够形成多种结构形式，从而具有良好的机械性能和耐热性能。
同时，硅氧烷拥有优异的电学性能，如耐压强度、体积电阻率等，它们可以用于多种电子领域，如电阻、电容器、电抗器和二极管等。
有机硅树脂是有机硅材料中的另一种，它是一种热固性树脂，由有机硅与其他有机物混合而成，经过固化而成。
它具有优异的耐化学性能、耐湿性和低烟发射能力，使其成为电子、集成电路、家用电器和汽车电子等行业中广泛应用的材料。
有机硅胶是有机硅材料中的另一种，它是一种热固性材料，由硅氧烷、油基粘合剂、添加剂和稀释剂混合而成。
它具有优异的电绝缘性能、耐热性和耐水性，可用于高压机械零件的密封、绝缘和防腐蚀，是一种常用的密封材料。
有机硅纤维是有机硅材料中的另一种，它的分子量小，分子量可达几百万，介于纤维状物与小分子之间，被广泛用于环境保护，因其具有优异的抗菌性能、抗腐蚀性能、耐高温性和防水性，在数字印刷、电子元器件、汽车内饰、绝缘材料等领域具有广泛应用前景。
有机硅材料具有优异的物理、机械、电学性能，并且制备成本较低，因此已广泛应用于航空航天、汽车、军事和医疗等多领域，具有重要的经济和社会影响。
另外，有机硅材料也具有独特的生物相容性，可以用于生物医学仪器的研制，如介入植入物和组织工程等。
因此，有机硅材料有望填补传统材料的空白，成为新型的高性能材料。
尽管目前只有少数有机硅材料，但未来随着材料和工艺的发展，可以期待将会有更多新型有机硅材料出现，它们将在多个领域发挥积极的作用，推动现代社会的发展。
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2 硅酮产品的性能及应用
2.3.5在食品工业的应用 2.3.6在橡胶· 塑胶工业的应用 2.3.7在纤维工业的应用 2.3.8在纸· 纸浆工业的应用 2.3.9在涂料工业的应用
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1.2.2硅元素和碳元素
H2.1
Li 1.0 Be 1.5 B 2.0 C 2.5 N 3.0 O 3.5 F 4.0
Na 0.9 Mg1.2 Al 1.5 Si 1.8 P 2.1
K 0.8
S 2.5
Cl 3.0
Ca 1.0 Sc 1.3 Ge 1.7 As 2.0 Se 2.4 Br 2.8 Sn 1.7 Sb 1.8 Te 2.1 I 2.4
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2.2.2 硅橡胶(Silicone Rubber)
1.6 耐化学物质性能 溶剂对硅橡胶的作用主要是溶胀和软化，而一旦 溶剂挥发后硅橡胶的大多数原始性能又恢复了， 硅橡胶对乙醇，丙酮等极性溶剂和食用油的耐受 能力相当好，只引起很小的溶胀，机械性能基本 不降低。 硅橡胶对低浓度的酸，碱，盐的耐受能力也较好， 如在10%的硫酸中常温浸渍7天，体积和质量变化 都小于10%，机械性能无变化，但它不耐浓硫酸， 浓碱和四氯化碳，甲苯等非极性溶剂。
有机硅材料及其产品
报告人：王恒11 小组成员：周天赞05 汪鑫29 毛亚旺28
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1.综述
1.1硅的存在 1.2硅酮概述 1.2.1硅元素(Silicon)与硅酮(Silicone) 1.2.2硅元素和碳元素 1.2.3硅酮的物理、化学性质 1.2.4有机硅概述
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2.2.2 硅橡胶(Silicone Rubber)
1.3 耐候性 硅橡胶具有优良的耐氧，耐臭氧和耐紫外线照射性能，因 此，长期在室外使用不发生龟裂。一般认为硅橡胶可在室 外使用20～30年。 1.4 电绝缘性能 硅橡胶具有卓越的电气绝缘性能。其突出优点就是，功率 因素和绝缘性能受温度和频率变化很小，在一个很宽的频 率范围内，电气强度基本保持不变，在很宽的频率范围内， 相对介电常数和介电损耗因素几乎不变。 硅橡胶的介电性能一般为：电气强度20～25MV/m，相对 介电常数3～3.2，介电损耗因数3～3.5×10-3,体积电阻率 1×102～1×1016Ω·㎝。
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2.2.2 硅橡胶(Silicone Rubber)
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2.2.2 硅橡胶(Silicone Rubber)
如上图所示，硅橡胶由网状结构的分子构 成，与硅酮油不同，其分子链不能相互移 动，所以不具有流动性，但由于分子的自 由度大，产生伸缩性，表现出橡胶的性质。
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2.2.2 硅橡胶(Silicone Rubber)
1.硅橡胶的性能 1.1 耐高温性能 硅橡胶最显著的特点就是其高温稳定性， 它可在250～300℃的环境中长期使用，若 选用适当的填充剂和耐高温添加剂,其使用 温度可高达375℃，并可耐瞬间数千度的高 温。据估计,硅橡胶在120℃下使用寿命可达 20年，在150℃下可达5年。
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2.2.2 硅橡胶(Silicone Rubber)
1.2 低温弹性 所有的硅橡胶都具有内在的低温弹性，它比天然 橡胶或其它合成橡胶的脆化点低，一般来说，通 用型硅橡胶的脆化点为-50～-60℃，特殊配方的 硅橡胶脆化点可低达-100℃。 硅橡胶的耐寒性与低温弹性不是由于添加增塑剂 可致，而是改变聚硅氧烷的分子结构来实现的。 硅橡胶的耐寒性在宇航工业的意义十分重大，它 主要用作宇航器的密封圈，垫片，转换开关罩， 弹性导管和发动机支架等。
碳元素(C)和硅元素(Si)在元素周期表上同属于第四族，碳 元素(C)为第2周期，硅元素(Si)为第3周期，两者相邻，因 此可以推定两者性质相似。从上图可知，碳元素或硅元素 才有4个共价键，构成以原子为中心的正四面体形。但3周 期元素比2周期元素多一个电子轨道，从这点而言，两种 元素在化学性方面有着差异。 首先，与碳元素的共价键半径0.77相比，硅元素的共价键 半径是1.17，约是碳的1.5倍。共价键半径对元素的性质产 生绝对的影响。
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1.2.3 硅酮的物理、化学性质
键能 ( Kcal /mol )
C
C 83.2
Si
58 ~ 80
Si
H O
58 ~ 80 45.0
98.8 83.2 72.6 101.0
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1.1硅的存在
硅，元素符号Si，在元素周期表中是第三周期第 IV主族元素，原子序数为14，平均相对原子质量 为28.086，原子半径为0.040nm。 硅，在地壳中含量位居第二位，约占地壳组成的 27.6%。但并不是以单质硅存在，而是以硅的氧化 物和硅酸盐的形态出现。硅与氧的化合物二氧化 硅（硅石）几乎遍布整个地球，占地壳总质量的 87%。石英、水晶、砂子、花岗石、陶土、云母 等，其主要成分都为二氧化硅。
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2 硅酮产品的性能及应用
2.1 硅酮产品 2.2 硅酮的化学结构 2.2.2 硅橡胶(Silicone Rubber) 2.2.3 硅酮树脂(Silicone Resin) 2.3 硅酮的应用领域 2.3.1 电气· 电子工业 2.3.2 运输设备工业 2.3.3建筑· 土木工业 2.3.4化妆品· 医疗用品的应用
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1.2硅酮概述 1.2.1 硅元素(Silicon)与硅酮(Silicone)
硅元素(silicon)与硅酮(silicone)，这两个术语乍一看，英语 上似乎很相似，但在化学上却是有着严格区分的概念。 Silicon是指以化学符号Si表示的暗灰色金属硅，是一种暗 灰色金属性物质。而今天大部分产业领域必须使用的高功 能材料-硅酮(silicone)，是一种兼备有机性与无机性的独特 的化学材料，是指有机硅化合物(organosilicone)和硅氧烷 (Siloxane)相互连接成的聚合体。 追溯这一名称的由来，硅元素学者DENBURG认为， (C2H5)2SiCl2的加水分解脱水生成物具有与酮 ((C2H5)2C=O )类似的结构-(C2H5)2Si=O，于是将其称为 Silico-Ketone，以后的1905年，W.DILTHEY证实脱水生成 物是环状(Cyclic)的，Silico-Ketone名称经过简化，变成了 『Silicone』，成为硅酮化合物的统称，这一术语就此制定 并被广泛使用。
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1.2.4有机硅概述
有机硅就是无机硅有机化了之后的产品。由于有机硅 独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具 有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性 高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化 稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以 及生理惰性等优异特性，广泛应用于航空航天、电子 电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗 等行业，其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、 涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、 惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增长，应 用领域不断拓宽，形成化工新材料界独树一帜的重要 产品体系，许多品种是其他化学品无法替代而又必不 可少的。
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2.2 硅酮的化学结构
硅酮油为了物性的改善和重整，存在多种 变性结构，但代表性的物质是上述分子。 形成该分子骨架的硅氧烷键，它集合并形 成物质时，各个分子是独立的，因此，分 子链相互间可以自由移动，所以，从外部 看来具有流动性，也就是说，具有液体的 性质。根据聚合度的不同，粘度等各异， 在聚甲基硅酮油中，聚合度是2的，存在于 从0.65cSt直至数十万cSt。
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2.2.2 硅橡胶(Silicone Rubber)
1.5 物理机械性能 硅橡胶的相对密度随品种的不同一般为1.0～1.6，邵氏A硬 度为5～75，拉伸强度为1～12Mpa，伸长率在1000%以内。 这些性能可因产品的需要不同而加以调整。 虽然硅橡胶在常温下的机械性能比通用橡胶低，但在 150℃的高温下，其机械性能远远优于通用橡胶。 硅橡胶是理想的减震材料，它在-50～150℃的范围内在传 递性或共震频率方面的变化很小，且其动态吸附特性也不 随硅橡胶的老化而变化，这一优异的性能与其易加工成各 种形状相结合，使硅橡胶成为控制噪音和震动的理想材料。
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2.2.2 硅橡胶(Silicone Rubber)
1.7 透气性 硅橡胶薄膜具有良好的透气性，室温下对空气、 氮、氧、二氧化碳等气体的透气率比天然橡胶高 30～50倍。特别值得提出的是它的选择透气性。 1.8 生理惰性 硅橡胶本身对人体是惰性的。它无臭、无味、无 毒，当植入动物体内时，对肌肉组织的反应非常 小，加之它特有的耐老化性能，因而被广泛地用 作制造医疗用品，人造器官和整容术的材料。
1.2.4有机硅概述
谈到有机硅化合物，多数人却知之甚少，有 机硅本身不仅是一种新型材料，而且为相 关工业领域的发展提供了新材料基础和技 术保证，鉴于有机硅材料产品千变万化， 具有“直接用量不大但用途广泛”的特点， 因此获得了“工业味精”、“科技发展催 化剂”的美誉。
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1.2.2硅元素和碳元素
另外，如下表所示，由于负电性的差异， 其物理化学性质，即键能等方面也存在差 异。在负电性方面，硅元素比碳元素小， 而近似于同族的金属Ge或Sn，容易从分子 中获得电子。此外，硅元素生成双键及三 键的倾向很小，配价键性大，这也是与碳 元素原子不同之外。