一種具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有高拉伸強(qiáng)度硅橡膠泡沫材料的制備方法。該方法采用石墨烯作為補(bǔ)強(qiáng)劑，以硅橡膠重量份數(shù)為100份計(jì)，只需加入1～20份的少量石墨烯就能有效提高硅橡膠泡沫材料的力學(xué)拉伸強(qiáng)度，從而有效解決了現(xiàn)有制備硅橡膠泡沫材料的技術(shù)中所存在的補(bǔ)強(qiáng)劑含量高，硅橡膠泡沫強(qiáng)度小的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沬材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硅橡膠泡沫材料的制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅橡膠是由硅氧鍵交替組成主鏈，其側(cè)鏈上含有有機(jī)基團(tuán)的半有機(jī)半無(wú)機(jī)高分子，得益于其結(jié)構(gòu)的特殊性，以硅橡膠為基體制備的硅橡膠泡沫具有許多其他橡膠泡沫所不能同時(shí)具備的優(yōu)異性能，如優(yōu)良的耐高低溫性能，優(yōu)異的絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和生理惰性等，廣泛用于化工、電子、軍工、航空和航天等。
[0003]在生產(chǎn)加工和使用過(guò)程中，硅橡膠泡沫的力學(xué)性能，例如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等是其主要的性能之一。例如，搬運(yùn)、卷曲、裁剪等過(guò)程中，如果沒(méi)有較高的力學(xué)強(qiáng)度，經(jīng)常會(huì)發(fā)生斷裂或者破損情況；使用過(guò)程中，也會(huì)因?yàn)楣柘鹉z泡沫力學(xué)強(qiáng)度過(guò)低而不得不采用額外的設(shè)備或者工藝來(lái)防止硅橡膠泡沫的斷裂或者破損。
[0004]但是，在未添加補(bǔ)強(qiáng)劑的情況下，硅橡膠泡沫的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能較差，產(chǎn)品應(yīng)用范圍極小，故在硅橡膠泡沫的制備過(guò)程中往往需要加入各種填料，以提高硅橡膠泡沫力學(xué)性能，拓寬產(chǎn)品應(yīng)用范圍。
[0005]目前，制備硅橡膠泡沫時(shí)使用的補(bǔ)強(qiáng)劑包括二氧化硅、碳酸鈣、炭黑、氧化鋅、氧化鋁等，其中二氧化硅是硅橡膠泡沫最常用的補(bǔ)強(qiáng)劑。但是，這些補(bǔ)強(qiáng)劑普遍存在加入量多、加工難度大、補(bǔ)強(qiáng)效率低等問(wèn)題。
[0006]二氧化硅作為硅橡膠泡沫的補(bǔ)強(qiáng)劑時(shí)，包括氣相法或沉淀法二氧化硅，親水的或者疏水的。例如，中國(guó)專(zhuān)利CN1884378A公開(kāi)了一種將硅橡膠、沉淀法白炭黑或者氣相法白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)劑、結(jié)構(gòu)控制劑、成孔劑和助交聯(lián)劑混合后用電子束或Y射線輻射交聯(lián)，然后水洗成孔劑從而得到開(kāi)孔型硅橡膠泡沫材料；中國(guó)專(zhuān)利CN101781464A公開(kāi)了一種將硅橡膠、白炭黑、結(jié)構(gòu)控制劑、發(fā)泡劑、發(fā)泡助劑和助交聯(lián)劑混合成型后用電子束或Y射線輻射交聯(lián)，然后加熱發(fā)泡并進(jìn)一步進(jìn)行二次交聯(lián)得到硅橡膠泡沫的方法。
[0007]不過(guò)，沉淀法二氧化硅(白炭黑)顆粒較大，通常是微米量級(jí)，往往需要很高的填充量才能稍微改善硅橡膠泡沫的力學(xué)性能。氣相法二氧化硅對(duì)硅橡膠泡沫的力學(xué)增強(qiáng)效果好于沉淀法二氧化硅，但是氣相法二氧化硅容易團(tuán)聚從而使其在硅橡膠中的分散性較差，故常常需要加入小分子硅油等結(jié)構(gòu)控制劑提高其分散性，導(dǎo)致降低了硅橡膠泡沫的阻燃性。同時(shí)，整體而言，目前不論是加入沉淀法二氧化硅還是氣相法二氧化硅，都存在這樣的問(wèn)題:加入量多則對(duì)硅橡膠泡沫的密度有影響，加入量少則達(dá)不到足夠的力學(xué)強(qiáng)度。例如，前述中國(guó)專(zhuān)利CN1884378A中，100克硅橡膠中加入25克氣相法白炭黑，不但補(bǔ)強(qiáng)劑加入量多，增加了加工難度，而且所制得的硅橡膠泡沫的拉伸強(qiáng)度僅為0.7IMPaο
[0008]將二氧化硅與其他種類(lèi)的補(bǔ)強(qiáng)劑進(jìn)行復(fù)配，對(duì)硅橡膠泡沫的強(qiáng)度也基本沒(méi)有改
口 ο
[0009]例如中國(guó)專(zhuān)利CN102093718A中，在IOOKg硅橡膠中加入50Kg納米二氧化硅和30Kg蒙脫土作為補(bǔ)強(qiáng)劑，所制備的硅橡膠泡沫的拉伸強(qiáng)度也僅為0.4IMPa0
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明旨在提供一種硅橡膠泡沫材料的制備方法，利用該方法能夠制得具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明人在科研實(shí)踐探索中發(fā)現(xiàn)，在制備硅橡膠泡沫材料時(shí)，以石墨烯作為補(bǔ)強(qiáng)劑，制得的硅橡膠泡沫除了具有一般硅橡膠泡沫所具有的優(yōu)點(diǎn)，例如質(zhì)輕、隔熱、耐沖擊性能好，耐高低溫性能好和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)外，還具有優(yōu)異的力學(xué)拉伸強(qiáng)度，其力學(xué)拉伸強(qiáng)度能夠達(dá)到LOMPa以上，對(duì)各組分含量進(jìn)行調(diào)整，其力學(xué)拉伸強(qiáng)度能夠達(dá)到1.2MPa以上，進(jìn)一步優(yōu)選能夠達(dá)到1.3~2.8MPa。
[0012]具體而言，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法，以硅橡膠、發(fā)泡劑、發(fā)泡助劑、交聯(lián)劑、補(bǔ)強(qiáng)劑為原料，通過(guò)以下步驟制備:
[0013]將原料混合均勻，加工成片狀材料，然后裁剪成一定尺寸放入密閉模具中進(jìn)行熱處理發(fā)泡，得到發(fā)泡片材；
[0014]其特征是:所述的補(bǔ)強(qiáng)劑為石墨烯。
[0015]作為優(yōu)選，所述的原料的各組分及其重量份數(shù)如下:
[0016]硅橡膠100份、發(fā)泡劑I~5份、發(fā)泡助劑I~5份、交聯(lián)劑I~10份、補(bǔ)強(qiáng)劑I~20份。
[0017]作為優(yōu)選，所述的原料中，補(bǔ)強(qiáng)劑的重量份數(shù)為2~15份，進(jìn)一步優(yōu)選為3~10份，更優(yōu)選為4~8份。
[0018]所述的硅橡膠包括氟硅橡膠、腈硅橡膠、二甲基硅橡膠、甲基乙烯基硅橡膠、甲基苯基娃橡膠、乙基娃橡膠和苯撐娃橡膠中的一種或多種。
[0019]所述的發(fā)泡劑包括碳酸氫鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、硼氫化鈉、偶氮二異丁腈(AIBN)、偶氮二甲酰胺(AC)、N，N- 二亞硝基五次甲基四胺(H)、N，N’ - 二甲基-N，N’ - 二亞硝基對(duì)苯(DMDNTA)、苯磺酰肼(BSH)、4，4’-氧代雙苯磺酰肼(OBSH)、3，3’- 二磺酰肼二苯砜、1，3-苯二磺酰肼、對(duì)甲苯磺酰氨基脲、苯磺酰胺基脲、三肼基三嗪等中的一種或多種。
[0020]所述的發(fā)泡助劑包括尿素、乙醇胺、硬脂酸、月桂酸、水楊酸、苯甲酸、硬脂酸鉛、硫酸鋁鉀、季戊四醇、丙三醇等中的一種或多種。
[0021]所述的交聯(lián)劑包括過(guò)氧化二異丙苯(DCP)、過(guò)氧化二苯甲酰(BPO)、2，5-二甲基2，5- 二叔丁基過(guò)氧基己烷(DBPMH)、2，4- 二氯過(guò)氧化二苯甲酰(DCBP)、過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、過(guò)氧化二叔丁酯(DTBP)等中的任意一種。
[0022]將混合物加工成片狀的方法不限，包括擠出方法、開(kāi)煉成片方法等。
[0023]所述的熱處理進(jìn)行發(fā)泡的方式不限，包括采用烘箱、烘道或平板硫化機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)。
[0024]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]現(xiàn)有發(fā)明一般采用二氧化硅、碳酸鈣、炭黑、氧化鋅、氧化鋁等對(duì)硅橡膠泡沫進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，但是普遍存在加入量多、加工難度大、補(bǔ)強(qiáng)效率低等問(wèn)題。
[0026]綜上所述，本發(fā)明在制備硅橡膠泡沫材料時(shí)，采用石墨烯作為補(bǔ)強(qiáng)劑，由于石墨烯具有極高的比表面積，因此只需加入少量石墨烯就能極大地提高硅橡膠泡沫材料的力學(xué)拉伸強(qiáng)度，從而有效解決了現(xiàn)有制備硅橡膠泡沫材料的技術(shù)中所存在的補(bǔ)強(qiáng)劑含量高，硅橡膠泡沫強(qiáng)度小的問(wèn)題。另外，本發(fā)明提供的制備方法工藝簡(jiǎn)單易行，對(duì)設(shè)備的要求低，可完全利用現(xiàn)有設(shè)備即可進(jìn)行生產(chǎn)，所制得的硅橡膠泡沫除了具有一般硅橡膠泡沫所具有的優(yōu)點(diǎn)，例如質(zhì)輕、隔熱、耐沖擊性能好，耐高低溫性能好和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)外，還具有優(yōu)異的力學(xué)拉伸強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。
[0028]實(shí)施例1:
[0029](I)配制原料，原料的各組分及其重量份數(shù)如下:
[0030]甲基乙烯基硅橡膠:100份
[0031]石墨烯:3份
[0032]發(fā)泡劑AC:3份
[0033]氧化鋅:3份
[0034]交聯(lián)劑BPO:1份
[0035](2)將配得的原料加入高速混合機(jī)混合均勻；將混合物置于開(kāi)煉機(jī)中，開(kāi)煉得到厚度3_的混合物片材；將混合物片材放入密閉模具，并用平板硫化機(jī)進(jìn)行熱處理，得到硅橡膠泡沫板。
[0036]將上述制得的硅橡膠泡沫板進(jìn)行力學(xué)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為:高拉伸強(qiáng)度測(cè)量表明:該硅橡膠泡沫板密度為310g/L ;永久壓縮形變?yōu)?.5% ;經(jīng)萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，其拉伸強(qiáng)度為 1.23MPa。
[0037]實(shí)施例2:
[0038](I)配制原料，原料的各組分及其重量份數(shù)如下:
[0039]甲基乙烯基硅橡膠:100份
[0040]石墨烯:3份
[0041]發(fā)泡劑碳酸氫鈉:3份
[0042]檸檬酸:3份
[0043]交聯(lián)劑DCP:2份
[0044](2)將配得的原料加入高速混合機(jī)混合均勻；將混合物置于開(kāi)煉機(jī)中，開(kāi)煉得到厚度3_的混合物片材；將混合物片材放入密閉模具，并用平板硫化機(jī)進(jìn)行熱處理，得到硅橡膠泡沫板。
[0045]將上述制得的硅橡膠泡沫板進(jìn)行力學(xué)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為:高拉伸強(qiáng)度測(cè)量表明:該硅橡膠泡沫板密度為300g/L ;永久壓縮形變?yōu)?.1% ;經(jīng)萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，其拉伸強(qiáng)度為 1.35MPa。
[0046]實(shí)施例3:
[0047](I)配制原料，原料的各組分及其重量份數(shù)如下:
[0048]甲基乙烯基硅橡膠:70份，甲基苯基硅橡膠:30份[0049]石墨烯:3份
[0050]發(fā)泡劑AC:3份
[0051]季戊四醇:3份
[0052]交聯(lián)劑DCP:2份
[0053](2)將配得的原料加入高速混合機(jī)混合均勻；將混合物置于開(kāi)煉機(jī)中，開(kāi)煉得到厚度3_的混合物片材；將混合物片材放入密閉模具，并用平板硫化機(jī)進(jìn)行熱處理，得到硅橡膠泡沫板。
[0054]將上述制得的硅橡膠泡沫板進(jìn)行力學(xué)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為:高拉伸強(qiáng)度測(cè)量表明:該硅橡膠泡沫板密度為290g/L ;永久壓縮形變?yōu)闉?.1% ;經(jīng)萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，其拉伸強(qiáng)度為1.33MPa。
[0055]實(shí)施例4:
[0056](I)配制原料，原料的各組分及其重量份數(shù)如下:
[0057]甲基乙烯基硅橡膠:100份
[0058]石墨烯:5份
[0059]發(fā)泡劑碳酸氫鈉:3份
[0060]檸檬酸:3份
[0061]交聯(lián)劑DCP:2份
[0062](2)將配得的原料加入高速混合機(jī)混合均勻；將混合物置于開(kāi)煉機(jī)中，開(kāi)煉得到厚度3_的混合物片材；將混合物片材放入密閉模具，并用平板硫化機(jī)進(jìn)行熱處理，得到硅橡膠泡沫板。
[0063]將上述制得的硅橡膠泡沫板進(jìn)行力學(xué)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為:高拉伸強(qiáng)度測(cè)量表明:該硅橡膠泡沫板密度為295g/L ;永久壓縮形變?yōu)闉?.2% ;經(jīng)萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，其拉伸強(qiáng)度為1.98MPa。
[0064]實(shí)施例5:
[0065]本實(shí)施例中，原料及制備方法與實(shí)施例1基本相同，所不同的是石墨烯用量為O重量份數(shù)。
[0066]制得的硅橡膠泡沫板經(jīng)萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，其拉伸強(qiáng)度為0.78MPa。
[0067]實(shí)施例6:
[0068]本實(shí)施例中，原料及制備方法與實(shí)施例1基本相同，所不同的是石墨烯用量為5重量份數(shù)。
[0069]制得的硅橡膠泡沫板經(jīng)萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，其拉伸強(qiáng)度為1.98MPa。
[0070]實(shí)施例7:
[0071 ] 本實(shí)施例中，原料及制備方法與實(shí)施例1基本相同，所不同的是石墨烯用量為7重量份數(shù)。
[0072]制得的硅橡膠泡沫板經(jīng)萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，其拉伸強(qiáng)度為2.51MPa。
[0073]以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充或類(lèi)似方式替代等.，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法，以硅橡膠、發(fā)泡劑、發(fā)泡助劑、交聯(lián)劑、補(bǔ)強(qiáng)劑為原料，通過(guò)以下步驟制備: 將原料混合均勻，加工成片狀材料，然后裁剪成一定尺寸放入密閉模具中進(jìn)行熱處理發(fā)泡，得到發(fā)泡片材； 其特征是:所述的補(bǔ)強(qiáng)劑為石墨烯。
2.如權(quán)利要求1所述的具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法，其特征是:所述的原料的各組分及其重量份數(shù)如下: 硅橡膠100份、發(fā)泡劑I~5份、發(fā)泡助劑I~5份、交聯(lián)劑I~10份、補(bǔ)強(qiáng)劑I~20份。
3.如權(quán)利要求1所述的具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法，其特征是:所述的原料中，補(bǔ)強(qiáng)劑的重量份數(shù)為2~15份。
4.如權(quán)利要求1所述的具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法，其特征是:所述的原料中，補(bǔ)強(qiáng)劑的重量份數(shù)為3~10份，優(yōu)選為4~8份。
5.如權(quán)利要求1所述的具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法，其特征是:所述的發(fā)泡劑包括碳酸氫鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、硼氫化鈉、偶氮二異丁腈(AIBN)、偶氮二甲酰胺(AC)、N，N- 二亞硝基五次甲基四胺(H)、N，N’ - 二甲基-N，N’ - 二亞硝基對(duì)苯(DMDNTA)、苯磺酰肼(BSH)、4，4’-氧 代雙苯磺酰肼(OBSH)、3，3’- 二磺酰肼二苯砜、1，3-苯二磺酰肼、對(duì)甲苯磺酰氨基脲、苯磺酰胺基脲、三肼基三嗪中的一種或多種。
6.如權(quán)利要求1所述的具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法，其特征是:所述的發(fā)泡助劑包括尿素、乙醇胺、硬脂酸、月桂酸、水楊酸、苯甲酸、硬脂酸鉛、硫酸鋁鉀、季戊四醇、丙三醇中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求1所述的具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法，其特征是:所述的交聯(lián)劑包括過(guò)氧化二異丙苯(DCP)、過(guò)氧化二苯甲酰(BPO)、2，5-二甲基2，5-二叔丁基過(guò)氧基己烷(DBPMH)、2，4-二氯過(guò)氧化二苯甲酰(DCBP)、過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、過(guò)氧化二叔丁酯(DTBP)中的任意一種。
8.如權(quán)利要求1所述的具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法，其特征是:所述的混合物加工成片狀的方法包括擠出方法、開(kāi)煉成片方法。
9.如權(quán)利要求1所述的具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法，其特征是:所述的熱處理進(jìn)行發(fā)泡采用烘箱、烘道或平板硫化機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)。
10.如權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的具有高拉伸強(qiáng)度的硅橡膠泡沫材料的制備方法，其特征是:其拉伸強(qiáng)度在1.0MPa以上，優(yōu)化為1.2MPa以上，進(jìn)一步優(yōu)選為1.3~.2.8MPa。
【文檔編號(hào)】C08L83/07GK104017369SQ201410273779
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】翟文濤, 鄭文革, 陳忠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所