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CN109161210A - 磁性硅橡胶配方及磁性硅橡胶 - Google Patents

磁性硅橡胶配方及磁性硅橡胶 Download PDF

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CN109161210A
CN109161210A CN201811138163.0A CN201811138163A CN109161210A CN 109161210 A CN109161210 A CN 109161210A CN 201811138163 A CN201811138163 A CN 201811138163A CN 109161210 A CN109161210 A CN 109161210A
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CN
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silicon rubber
magnetic
magnetic silicon
viscosity
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CN201811138163.0A
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刘爽
李德玲
李光辉
刘昌伟
苏桂仙
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Tangshan Normal University
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Tangshan Normal University
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Abstract

本申请提供了一种磁性硅橡胶配方及磁性硅橡胶。所述磁性硅橡胶配方按质量份数记组成为：双端乙烯基硅油，100份；含氢硅油，30份～50份；磁性粉体，2份～25份；硅烷偶联剂，0.5份～5份；气相白炭黑，0份～2份；所述磁性硅橡胶配方还包括固化剂和抑制剂，所述固化剂在所述磁性硅橡胶配方中的含量为500ppm～2000ppm，所述抑制剂的含量为所述磁性硅橡胶配方总质量的3％～10％。所述磁性硅橡胶配方经过加热固化形成的磁性硅橡胶具有良好的磁学性能，同时所述磁性硅橡胶还具有良好的力学性能。

Description

磁性硅橡胶配方及磁性硅橡胶
技术领域
本申请涉及橡胶技术领域，尤其涉及一种磁性硅橡胶配方及磁性硅橡胶。
背景技术
随着汽车电子多功能化的应用和普及，汽车用电子磁性元器件得到了飞速发展。由于汽车是在振动大、温度高的特殊环境下运行，所以对配套的磁性元器件提出了更高的要求，例如，要求配套的磁性元器件既满足工作温度范围大的要求又满足强度大的要求等。然而一般的铁磁钢类磁性材料密度大、坚硬，振动中很容易断裂，加工成型困难，很难制成微小型零件，即使可以做成微小型零件，其使用起来也容易碎裂，在一些小型化的特殊场合下使用受到限制。
高分子聚合物柔韧质轻、加工性能好、分子结构变化多样，具有无机材料无法取代的特性。把粉末状磁性材料掺入高分子聚合物中，制成的磁性体不易破碎且易加工和分割。硅橡胶是一类分子主链为硅氧(—Si—O—)键无机结构、侧基为有机基团的高弹性高分子聚合物，其主链可自由旋转，因此柔韧性好，同时又因为硅原子比碳原子体积大故其弹性好，使用温度范围广(通常为-100℃～315℃)，且没有毒性。随着科技的发展，具有突出特性的功能硅橡胶材料应运而生，磁性硅橡胶便是为了将硅橡胶应用到磁性方面所作的研究，因此如何使磁性硅橡胶既具有优良的磁性能又保留硅橡胶优异的力学性能成为当今功能性高分子材料研究领域的热点和难点之一。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种磁性硅橡胶配方及磁性硅橡胶，所述磁性硅橡胶具有良好的磁学性能，同时所述磁性硅橡胶还具有良好的力学性能。
为了达到上述目的，在本申请的第一方面，本申请提供了一种磁性硅橡胶配方，按质量份数记，组成为：双端乙烯基硅油，100份；含氢硅油，30份～50份；磁性粉体，2份～25份；硅烷偶联剂，0.5份～5份；气相白炭黑，0份～2份；所述磁性硅橡胶配方还包括固化剂和抑制剂，所述固化剂在所述磁性硅橡胶配方中的含量为500ppm～2000ppm，所述抑制剂的含量为所述磁性硅橡胶配方总质量的3％～10％。
在本申请的第二方面，本申请提供了一种磁性硅橡胶，其由本申请第一方面的磁性硅橡胶配方经过加热固化形成。
相对于现有技术，本申请的有益效果为：
本申请的磁性硅橡胶配方中含有磁性粉体，在加热固化形成磁性硅橡胶的过程中，在硅烷偶联剂的作用下，磁性粉体可以牢固的附着于双端乙烯基硅油与含氢硅油经硅氢经过加成反应形成的三维网状结构的体型聚合物中，使磁性硅橡胶具有良好的磁学性能，其饱和磁化强度为1.8emu/g～83emu/g，矫顽力为19Oe～105Oe，同时所述磁性硅橡胶还具有良好的力学性能，其拉伸强度为2MPa～6.5MPa，断裂伸长率为200％～305％。
具体实施方式
下面详细说明根据本申请的磁性硅橡胶配方、磁性硅橡胶及其制备方法。
首先说明根据本申请第一方面的磁性硅橡胶配方，按质量份数记，组成为：双端乙烯基硅油，100份；含氢硅油，30份～50份；磁性粉体，2份～25份；硅烷偶联剂，0.5份～5份；气相白炭黑，0份～2份；所述磁性硅橡胶配方还包括固化剂和抑制剂，所述固化剂在所述磁性硅橡胶配方中的含量为500ppm～2000ppm，所述抑制剂的含量为所述磁性硅橡胶配方总质量的3％～10％。
在根据本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方中，所述磁性粉体是具有优异磁学性能的磁性材料，当所述磁性硅橡胶配方经过加热固化形成磁性硅橡胶时，在固化剂和抑制剂的作用下，含氢硅油与双端乙烯基硅油发生硅氢加成反应产生化学结合，形成三维网状结构的体型聚合物，其中含氢硅油起到交联剂的作用，气相白炭黑起到补强填料的作用，硅烷偶联剂可以对磁性粉体进行表面改性，避免磁性粉体在三维网状结构的体型聚合物中不易分散，易团聚的问题，实现磁性粉体在三维网状结构的体型聚合物均匀分散的目的，同时硅烷偶联剂还可以通过键合作用有效地提高磁性粉体与三维网状结构的体型聚合物之间的结合力，从而使磁性粉体可以牢固的附着于三维网状结构的体型聚合物中，使磁性机硅橡胶能够同时保持磁性粉体的磁学性能和硅橡胶的力学性能。
此处需要说明的是，所述气相白炭黑的份数为0份即表示磁性硅橡胶中不含有气相白炭黑。
在根据本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方中，所述气相白炭黑的平均粒径为30nm～200nm。
本申请的磁性硅橡胶具有较好的磁学性能，其饱和磁化强度为1.8emu/g～83emu/g，矫顽力为19Oe～105Oe，同时所述磁性硅橡胶具有较好的力学性能，其拉伸强度为2MPa～6.5MPa，断裂伸长率为200％～305％。
在根据本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方中，所述双端乙烯基硅油的粘度为5000mPa·s～100000mPa·s。
在根据本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方中，所述双端乙烯基硅油可由不同粘度的双端乙烯基硅油组成，这样可以使磁性硅橡胶的成分更加均匀，性能更加稳定。优选地，所述双端乙烯基硅油选自粘度为5000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为10000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为20000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为50000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为100000mPa·s的双端乙烯基硅油中的至少两种。进一步优选地，所述双端乙烯基硅油由粘度为5000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为10000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为20000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为50000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为100000mPa·s的双端乙烯基硅油组成。
在根据本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方中，所述含氢硅油中氢的质量含量为0.18wt％～1.0wt％。
在根据本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方中，为了协调磁性硅橡胶的力学性能，使磁性硅橡胶可以同时具有较高的拉伸强度和较高的断裂伸长率，所述含氢硅油可由不同氢的质量含量的含氢硅油组成。优选地所述含氢硅油选自氢的质量含量为0.18wt％的含氢硅油、氢的质量含量为0.3wt％的含氢硅油、氢的质量含量为0.5wt％的含氢硅油、氢的质量含量为1.0wt％的含氢硅油中的至少两种。进一步优选地，所述含氢硅油由氢的质量含量为0.18wt％的含氢硅油、氢的质量含量为0.3wt％的含氢硅油、氢的质量含量为0.5wt％的含氢硅油、氢的质量含量为1.0wt％的含氢硅油组成。
在根据本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方中，所述磁性粉体的粒径对磁性硅橡胶的拉伸强度等力学性能有显著影响，通常磁性粉体的粒径越小，得到的磁性硅橡胶的力学性能越强，但是磁性粉体的粒径越小，粉体的团聚越明显，导致其在三维网状结构的体型聚合物中的分散越困难，且越不易被硅橡胶浸润，进而影响磁性硅橡胶的混匀程度及性能；而大粒径的磁性粉体虽然易分散均匀，但是在其与橡胶结合处容易出现缺陷，也会影响磁性硅橡胶的力学性能。优选地，所述磁性粉体的平均粒径为30-100nm。
在根据本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方中，所述磁性粉体选自四氧化三铁、羰基铁粉中的一种或两种。
在根据本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方中，所述硅烷偶联剂选自KH-570、KH-560中的一种或两种。
在根据本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方中，所述抑制剂选自有机硅类抑制剂，优选地，所述有机硅类抑制剂选自马来酸酯类抑制剂。
在根据本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方中，所述固化剂选自铂催化剂，优选地，所述铂催化剂选自铂金水、氯铂酸中的一种或两种。
其次说明根据本申请第二方面的磁性硅橡胶，其由本申请第一方面所述的磁性硅橡胶配方经过加热固化形成。
在根据本申请第二方面所述的磁性硅橡胶中，磁性硅橡胶配方可采用阶梯式加热固化的方式形成磁性硅橡胶，即先将磁性硅橡胶配方加热进行第一次固化，接着继续加热进行第二次固化，结束后得到磁性硅橡胶。具体可为：将磁性硅橡胶配方先加热至80℃～100℃，然后恒温固化1.5h～2.5h，接着再加热至100℃～120℃，之后恒温固化1.5h～2.5h，结束后得到所述磁性硅橡胶。
再次说明根据本申请第三方面的磁性硅橡胶的制备方法，用于制备本申请第二方面所述的磁性硅橡胶，包括步骤：S1，将磁性粉体与硅烷偶联剂置于球磨机中进行混合球磨，然后与含氢硅油、气相白炭黑充分混合并进行第一次搅拌，接着加入抑制剂和固化剂并进行第二次搅拌，结束后得到预混物料A；S2，将双端乙烯基硅油置于搅拌机中进行搅拌，结束后得到预混物料B；S3，将预混物料A与预混物料B充分混合并搅拌均匀，然后倒入模具中，减压抽泡后加热进行第一次固化，接着继续加热进行第二次固化，结束后得到磁性硅橡胶。
在根据本申请第三方面所述的磁性硅橡胶的制备方法中，将磁性粉体、硅烷偶联剂和气相白炭黑预先在含氢硅油中进行混合，再加入双端乙烯基硅油进一步混合可以有效地提高磁性粉体、气相白炭黑与三维网状结构的体型聚合物(在固化剂和抑制剂的作用下，含氢硅油与双端乙烯基硅油发生硅氢加成反应生成的物质)的相容性，从而可以使得到的磁性硅橡胶具有优良的力学性能。
在根据本申请第三方面所述的磁性硅橡胶的制备方法中，在步骤S1中，所述混合球磨的时间为60min～90min，所述混合球磨的转速为200r/min～400r/min。
在根据本申请第三方面所述的磁性硅橡胶的制备方法中，在步骤S1中，所述第一次搅拌的温度为-5℃～10℃，所述第一次搅拌的时间为0.5h～1.5h，所述第一次搅拌的转速为1000r/min～2000r/min。
在根据本申请第三方面所述的磁性硅橡胶的制备方法中，在步骤S1中，所述第二次搅拌的温度为-5℃～10℃，所述第二次搅拌的时间为20min～30min，所述第二次搅拌的转速为1500r/min～2500r/min。
在根据本申请第三方面所述的磁性硅橡胶的制备方法中，在步骤S2中，所述搅拌的转速为300r/min～400r/min，所述搅拌的时间为8h～12h。
在根据本申请第三方面所述的磁性硅橡胶的制备方法中，在步骤S3中，所述搅拌的时间为80min～120min，所述搅拌的转速为2500r/min～3500r/min。
在根据本申请第三方面所述的磁性硅橡胶的制备方法中，在步骤S3中，所述模具的种类没有具体的限制，可根据实际需求进行选择，具体地，所述模具可为聚四氟乙烯模具。
在根据本申请第三方面所述的磁性硅橡胶的制备方法中，在步骤S3中，所述第一次固化的温度为80℃～100℃，所述第一次固化的时间为1.5h～2.5h。
在根据本申请第三方面所述的磁性硅橡胶的制备方法中，在步骤S3中，所述第二次固化的温度为100℃～120℃，所述第一次固化的时间为1.5h～2.5h。
下面结合实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
实施例1
将平均粒径为30nm～50nm的Fe3O4磁性粉体10.0g、硅烷偶联剂KH560 5.0g置于球磨机中，在室温条件下混合球磨60min，其中，球磨的转速300r/min，结束后得到改性Fe3O4粉体；将改性Fe3O4粉体与氢的质量含量为1.0wt％的含氢硅油3.0g、氢的质量含量为0.50wt％的含氢硅油3.0g、氢的质量含量为0.30wt％的含氢硅油13.0g、氢的质量含量为0.18wt％的含氢硅油7.0g以及1.0g气相白炭黑混合均匀，在10℃条件下进行第一次搅拌，其中，搅拌的时间为60min，搅拌的转速为2000r/min；接着加入8.0g马来酸酯类抑制剂与0.15g铂金水并进行第二次搅拌，其中，搅拌的时间为30min，搅拌的转速为2000r/min，结束后得到预混物料A。
将粘度为5000mPa·s的双端乙烯基硅油23.0g、粘度为10000mPa·s的双端乙烯基硅油23.0g、粘度为20000mPa·s的双端乙烯基硅油45.0g、粘度为50000mPa·s的双端乙烯基硅油4.5g、粘度为100000mPa·s的双端乙烯基硅油4.5g充分混合并搅拌均匀，其中，搅拌的转速为300r/min，搅拌的时间为10h，结束后得到预混物料B。
在室温条件下，将预混物料A和预混物料B混合并搅拌均匀，其中，搅拌的转速为3000r/min，搅拌的时间为120min；然后将得到的物料倒入聚四氟乙烯模板凹槽中并铺平，之后放入真空干燥箱中进行减压抽泡至不再产生气泡，接着放入烘箱中，先加热至90℃并恒温固化2h，然后再加热至110℃并恒温固化1h，之后恢复至室温并取出，得到磁性硅橡胶。
实施例2
将平均粒径为30nm～50nm的Fe3O4磁性粉体25.0g、硅烷偶联剂KH570 5.0g置于球磨机中，在室温条件下混合球磨60min，其中，球磨的转速300r/min，结束后得到改性Fe3O4粉体；将改性Fe3O4粉体与氢的质量含量为1.0wt％的含氢硅油3.0g、氢的质量含量为0.50wt％的含氢硅油17.0g、氢的质量含量为0.30wt％的含氢硅油17.0g、氢的质量含量为0.18wt％的含氢硅油10.0g以及2.0g气相白炭黑混合均匀，在10℃条件下进行第一次搅拌，其中，搅拌的时间为60min，搅拌的转速为2000r/min；接着加入6.0g马来酸酯类抑制剂与0.35g铂金水，并进行第二次搅拌，其中，搅拌的时间为30min，搅拌的转速为2000r/min，结束后得到预混物料A。
将粘度为5000mPa·s的双端乙烯基硅油37.0g、粘度为10000mPa·s的双端乙烯基硅油18.0g、粘度为20000mPa·s的双端乙烯基硅油37.0g、粘度为50000mPa·s的双端乙烯基硅油4.0g、粘度为100000mPa·s的双端乙烯基硅油4.0g充分混合并搅拌均匀，其中，搅拌的转速为300r/min，机械的时间为10h，结束后得到预混物料B。
在室温条件下，将预混物料A和预混物料B混合并搅拌均匀，其中，搅拌的转速为3000r/min，搅拌的时间为120min；然后将得到的物料倒入聚四氟乙烯模板凹槽中并铺平，之后放入真空干燥箱中进行减压抽泡至不再产生气泡；接着放入烘箱中，先加热至90℃并恒温固化2h，然后再加热至110℃并恒温固化1h，之后恢复至室温并取出，得到磁性硅橡胶。
实施例3
将平均粒径为50nm～100nm的羰基铁粉5.0g、硅烷偶联剂KH560 5.0g置于球磨机中，在室温条件下混合球磨60min，其中，球磨的转速300r/min，结束后得到改性羰基铁粉；将改性羰基铁粉与氢的质量含量为1.0wt％的含氢硅油2.0g、氢的质量含量为0.50wt％的含氢硅油12.0g、氢的质量含量为0.30wt％的含氢硅油12.0g、氢的质量含量为0.18wt％的含氢硅油7.0g混合均匀，在10℃环境中进行第一次搅拌，其中，搅拌的时间为60min，搅拌的转速为2000r/min；接着加入8.0g马来酸酯类抑制剂与0.29g铂金水，并进行第二次搅拌，其中，搅拌的时间为30min，搅拌的转速为2000r/min，结束后得到预混物料A。
将粘度为5000mPa·s的双端乙烯基硅油9.0g、粘度为10000mPa·s的双端乙烯基硅油9.0g、粘度为20000mPa·s的双端乙烯基硅油57.0g、粘度为50000mPa·s的双端乙烯基硅油19.0g、粘度为100000mPa·s的双端乙烯基硅油6.0g混合并搅拌均匀，其中，搅拌的转速为300r/min，搅拌的时间为10h，结束后得到预混物料B。
在室温条件下，将预混物料A和预混物料B混合并搅拌均匀，其中，搅拌的转速为3000r/min，搅拌的时间为120min；然后将所得物料倒入聚四氟乙烯模板凹槽中并铺平，之后放入真空干燥箱中进行减压抽泡至不再产生气泡；接着放入烘箱中，先加热至90℃并恒温固化2h，然后再加热至110℃并恒温固化1h，之后恢复至室温并取出，得到磁性硅橡胶。
实施例4
将平均粒径为50nm～100nm的羰基铁粉15.0g、硅烷偶联剂KH570 5.0g置于球磨机中，在室温条件下混合球磨60min，其中，球磨的转速300r/min，结束后得到改性羰基铁粉；将氢的质量含量为1.0wt％的含氢硅油3.0g、氢的质量含量为0.50wt％的含氢硅油16.0g、氢的质量含量为0.30wt％的含氢硅油16.0g、氢的质量含量为0.18wt％的含氢硅油9.0g以及0.5g气相白炭黑混合均匀，在10℃环境中进行第一次搅拌，其中，搅拌的时间为60min，搅拌的转速为2000r/min；接着加入10.0g马来酸酯类抑制剂与0.25g铂金水，并进行第二次搅拌，其中，搅拌的时间为30min，搅拌的转速为2000r/min，结束后得到预混物料A。
将粘度为5000mPa·s的双端乙烯基硅油12.0g、粘度为10000mPa·s的双端乙烯基硅油12.0g、粘度为20000mPa·s的双端乙烯基硅油71.0g、粘度为50000mPa·s的双端乙烯基硅油2.5g、粘度为100000mPa·s的双端乙烯基硅油2.5g预混合并搅拌均匀，其中，搅拌的转速为300r/min，搅拌的时间为10h，结束后得到预混物料B。
将预混物料A和预混物料B混合并搅拌均匀，其中，搅拌的转速为3000r/min，搅拌的时间为120min；然后将所得物料倒入聚四氟乙烯模板凹槽中并铺平，之后后放入真空干燥箱中进行减压抽泡至不再产生气泡；接着放入烘箱中，先加热至90℃并恒温固化2h，然后再加热至110℃并恒温固化1h，之后恢复至室温并取出，得到磁性硅橡胶。
按照GB/T 528-2009测定得到的防静电硅橡胶的拉伸强度及断裂伸长率，采用振动样品磁强计(VSM)测试磁性硅橡胶的磁学性能。
表1实施例1-4的性能测试结果
饱和磁化强度 矫顽力 拉伸强度 断裂伸长率
实施例1 36.78emu/g 34.1Oe 6.39MPa 300.20％
实施例2 83.58emu/g 100.13Oe 4.12MPa 206.78％
实施例3 1.87emu/g 19.2Oe 4.75MPa 242.86％
实施例4 2.22emu/g 33Oe 2.96MPa 208.64％
从表1的测试结果分析可知，本申请的磁性硅橡胶配方加热固化后形成的磁性硅橡胶具有较好的磁学性能，同时所述磁性硅橡胶还具有较好的力学性能。

Claims (10)

1.一种磁性硅橡胶配方，其特征在于，按质量份数记，组成为：
双端乙烯基硅油，100份；
含氢硅油，30份～50份；
磁性粉体，2份～25份；
硅烷偶联剂，0.5份～5份；
气相白炭黑，0份～2份；
所述磁性硅橡胶配方还包括固化剂和抑制剂，所述固化剂在所述磁性硅橡胶配方中的含量为500ppm～2000ppm，所述抑制剂的含量为所述磁性硅橡胶配方总质量的3％～10％。
2.根据权利要求1所述的磁性硅橡胶配方，其特征在于，所述双端乙烯基硅油的粘度为5000mPa·s～100000mPa·s。
3.根据权利要求2所述的磁性硅橡胶配方，其特征在于，所述双端乙烯基硅油选自粘度为5000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为10000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为20000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为50000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为100000mPa·s的双端乙烯基硅油中的至少两种，优选地，所述双端乙烯基硅油由粘度为5000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为10000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为20000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为50000mPa·s的双端乙烯基硅油、粘度为100000mPa·s的双端乙烯基硅油组成。
4.根据权利要求1所述的磁性硅橡胶配方，其特征在于，所述含氢硅油中氢的质量含量为0.18wt％～1.0wt％。
5.根据权利要求4所述的磁性硅橡胶配方，其特征在于，所述含氢硅油选自氢的质量含量为0.18wt％的含氢硅油、氢的质量含量为0.3wt％的含氢硅油、氢的质量含量为0.5wt％的含氢硅油、氢的质量含量为1.0wt％的含氢硅油中的至少两种，优选地，所述含氢硅油由氢的质量含量为0.18wt％的含氢硅油、氢的质量含量为0.3wt％的含氢硅油、氢的质量含量为0.5wt％的含氢硅油、氢的质量含量为1.0wt％的含氢硅油组成。
6.根据权利要求1所述的磁性硅橡胶配方，其特征在于，所述磁性粉体的平均粒径为30nm～100nm。
7.根据权利要求1所述的磁性硅橡胶配方，其特征在于，所述磁性粉体选自四氧化三铁、羰基铁粉中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的磁性硅橡胶配方，其特征在于，
所述硅烷偶联剂选自KH-570、KH-560中的一种或两种；
所述抑制剂选自有机硅类抑制剂，优选地，所述有机硅类抑制剂选自马来酸酯类抑制剂；
所述固化剂选自铂催化剂，优选地，所述铂催化剂选自铂金水、氯铂酸中的一种或两种。
9.一种磁性硅橡胶，其特征在于，所述磁性硅橡胶由权利要求1-8中任一项所述的磁性硅橡胶配方经过加热固化形成。
10.根据权利要求9所述的磁性硅橡胶，其特征在于，所述磁性硅橡胶配方先加热至80℃～100℃，然后恒温固化1.5h～2.5h，接着再加热至100℃～120℃，之后恒温固化1.5h～2.5h，结束后得到所述磁性硅橡胶。
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