一种具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有高拉伸强度硅橡胶泡沫材料的制备方法。该方法采用石墨烯作为补强剂，以硅橡胶重量份数为100份计，只需加入1～20份的少量石墨烯就能有效提高硅橡胶泡沫材料的力学拉伸强度，从而有效解决了现有制备硅橡胶泡沫材料的技术中所存在的补强剂含量高，硅橡胶泡沫强度小的问题。
【专利说明】一种具有高拉伸强度的硅橡胶泡沬材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及硅橡胶泡沫材料的制备方法【技术领域】，特别是涉及一种具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]硅橡胶是由硅氧键交替组成主链，其侧链上含有有机基团的半有机半无机高分子，得益于其结构的特殊性，以硅橡胶为基体制备的硅橡胶泡沫具有许多其他橡胶泡沫所不能同时具备的优异性能，如优良的耐高低温性能，优异的绝缘性、化学稳定性和生理惰性等，广泛用于化工、电子、军工、航空和航天等。
[0003]在生产加工和使用过程中，硅橡胶泡沫的力学性能，例如拉伸强度、断裂伸长率等是其主要的性能之一。例如，搬运、卷曲、裁剪等过程中，如果没有较高的力学强度，经常会发生断裂或者破损情况；使用过程中，也会因为硅橡胶泡沫力学强度过低而不得不采用额外的设备或者工艺来防止硅橡胶泡沫的断裂或者破损。
[0004]但是，在未添加补强剂的情况下，硅橡胶泡沫的拉伸强度、断裂伸长率等力学性能较差，产品应用范围极小，故在硅橡胶泡沫的制备过程中往往需要加入各种填料，以提高硅橡胶泡沫力学性能，拓宽产品应用范围。
[0005]目前，制备硅橡胶泡沫时使用的补强剂包括二氧化硅、碳酸钙、炭黑、氧化锌、氧化铝等，其中二氧化硅是硅橡胶泡沫最常用的补强剂。但是，这些补强剂普遍存在加入量多、加工难度大、补强效率低等问题。
[0006]二氧化硅作为硅橡胶泡沫的补强剂时，包括气相法或沉淀法二氧化硅，亲水的或者疏水的。例如，中国专利CN1884378A公开了一种将硅橡胶、沉淀法白炭黑或者气相法白炭黑作为补强剂、结构控制剂、成孔剂和助交联剂混合后用电子束或Y射线辐射交联，然后水洗成孔剂从而得到开孔型硅橡胶泡沫材料；中国专利CN101781464A公开了一种将硅橡胶、白炭黑、结构控制剂、发泡剂、发泡助剂和助交联剂混合成型后用电子束或Y射线辐射交联，然后加热发泡并进一步进行二次交联得到硅橡胶泡沫的方法。
[0007]不过，沉淀法二氧化硅(白炭黑)颗粒较大，通常是微米量级，往往需要很高的填充量才能稍微改善硅橡胶泡沫的力学性能。气相法二氧化硅对硅橡胶泡沫的力学增强效果好于沉淀法二氧化硅，但是气相法二氧化硅容易团聚从而使其在硅橡胶中的分散性较差，故常常需要加入小分子硅油等结构控制剂提高其分散性，导致降低了硅橡胶泡沫的阻燃性。同时，整体而言，目前不论是加入沉淀法二氧化硅还是气相法二氧化硅，都存在这样的问题:加入量多则对硅橡胶泡沫的密度有影响，加入量少则达不到足够的力学强度。例如，前述中国专利CN1884378A中，100克硅橡胶中加入25克气相法白炭黑，不但补强剂加入量多，增加了加工难度，而且所制得的硅橡胶泡沫的拉伸强度仅为0.7IMPaο
[0008]将二氧化硅与其他种类的补强剂进行复配，对硅橡胶泡沫的强度也基本没有改
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[0009]例如中国专利CN102093718A中，在IOOKg硅橡胶中加入50Kg纳米二氧化硅和30Kg蒙脱土作为补强剂，所制备的硅橡胶泡沫的拉伸强度也仅为0.4IMPa0
【发明内容】
[0010]针对上述技术现状，本发明旨在提供一种硅橡胶泡沫材料的制备方法，利用该方法能够制得具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料。
[0011]为了实现上述技术目的，本发明人在科研实践探索中发现，在制备硅橡胶泡沫材料时，以石墨烯作为补强剂，制得的硅橡胶泡沫除了具有一般硅橡胶泡沫所具有的优点，例如质轻、隔热、耐冲击性能好，耐高低温性能好和化学稳定性优良等优点外，还具有优异的力学拉伸强度，其力学拉伸强度能够达到LOMPa以上，对各组分含量进行调整，其力学拉伸强度能够达到1.2MPa以上，进一步优选能够达到1.3~2.8MPa。
[0012]具体而言，本发明所采用的技术方案为:一种具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法，以硅橡胶、发泡剂、发泡助剂、交联剂、补强剂为原料，通过以下步骤制备:
[0013]将原料混合均匀，加工成片状材料，然后裁剪成一定尺寸放入密闭模具中进行热处理发泡，得到发泡片材；
[0014]其特征是:所述的补强剂为石墨烯。
[0015]作为优选，所述的原料的各组分及其重量份数如下:
[0016]硅橡胶100份、发泡剂I~5份、发泡助剂I~5份、交联剂I~10份、补强剂I~20份。
[0017]作为优选，所述的原料中，补强剂的重量份数为2~15份，进一步优选为3~10份，更优选为4~8份。
[0018]所述的硅橡胶包括氟硅橡胶、腈硅橡胶、二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基娃橡胶、乙基娃橡胶和苯撑娃橡胶中的一种或多种。
[0019]所述的发泡剂包括碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、硼氢化钠、偶氮二异丁腈(AIBN)、偶氮二甲酰胺(AC)、N，N- 二亚硝基五次甲基四胺(H)、N，N’ - 二甲基-N，N’ - 二亚硝基对苯(DMDNTA)、苯磺酰肼(BSH)、4，4’-氧代双苯磺酰肼(OBSH)、3，3’- 二磺酰肼二苯砜、1，3-苯二磺酰肼、对甲苯磺酰氨基脲、苯磺酰胺基脲、三肼基三嗪等中的一种或多种。
[0020]所述的发泡助剂包括尿素、乙醇胺、硬脂酸、月桂酸、水杨酸、苯甲酸、硬脂酸铅、硫酸铝钾、季戊四醇、丙三醇等中的一种或多种。
[0021]所述的交联剂包括过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化二苯甲酰(BPO)、2，5-二甲基2，5- 二叔丁基过氧基己烷(DBPMH)、2，4- 二氯过氧化二苯甲酰(DCBP)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、过氧化二叔丁酯(DTBP)等中的任意一种。
[0022]将混合物加工成片状的方法不限，包括挤出方法、开炼成片方法等。
[0023]所述的热处理进行发泡的方式不限，包括采用烘箱、烘道或平板硫化机的方式实现。
[0024]本发明具有如下优点:
[0025]现有发明一般采用二氧化硅、碳酸钙、炭黑、氧化锌、氧化铝等对硅橡胶泡沫进行补强，但是普遍存在加入量多、加工难度大、补强效率低等问题。
[0026]综上所述，本发明在制备硅橡胶泡沫材料时，采用石墨烯作为补强剂，由于石墨烯具有极高的比表面积，因此只需加入少量石墨烯就能极大地提高硅橡胶泡沫材料的力学拉伸强度，从而有效解决了现有制备硅橡胶泡沫材料的技术中所存在的补强剂含量高，硅橡胶泡沫强度小的问题。另外，本发明提供的制备方法工艺简单易行，对设备的要求低，可完全利用现有设备即可进行生产，所制得的硅橡胶泡沫除了具有一般硅橡胶泡沫所具有的优点，例如质轻、隔热、耐冲击性能好，耐高低温性能好和化学稳定性优良等优点外，还具有优异的力学拉伸强度。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0028]实施例1:
[0029](I)配制原料，原料的各组分及其重量份数如下:
[0030]甲基乙烯基硅橡胶:100份
[0031]石墨烯:3份
[0032]发泡剂AC:3份
[0033]氧化锌:3份
[0034]交联剂BPO:1份
[0035](2)将配得的原料加入高速混合机混合均匀；将混合物置于开炼机中，开炼得到厚度3_的混合物片材；将混合物片材放入密闭模具，并用平板硫化机进行热处理，得到硅橡胶泡沫板。
[0036]将上述制得的硅橡胶泡沫板进行力学测试，测试结果为:高拉伸强度测量表明:该硅橡胶泡沫板密度为310g/L ;永久压缩形变为2.5% ;经万能拉力试验机测试，其拉伸强度为 1.23MPa。
[0037]实施例2:
[0038](I)配制原料，原料的各组分及其重量份数如下:
[0039]甲基乙烯基硅橡胶:100份
[0040]石墨烯:3份
[0041]发泡剂碳酸氢钠:3份
[0042]柠檬酸:3份
[0043]交联剂DCP:2份
[0044](2)将配得的原料加入高速混合机混合均匀；将混合物置于开炼机中，开炼得到厚度3_的混合物片材；将混合物片材放入密闭模具，并用平板硫化机进行热处理，得到硅橡胶泡沫板。
[0045]将上述制得的硅橡胶泡沫板进行力学测试，测试结果为:高拉伸强度测量表明:该硅橡胶泡沫板密度为300g/L ;永久压缩形变为2.1% ;经万能拉力试验机测试，其拉伸强度为 1.35MPa。
[0046]实施例3:
[0047](I)配制原料，原料的各组分及其重量份数如下:
[0048]甲基乙烯基硅橡胶:70份，甲基苯基硅橡胶:30份[0049]石墨烯:3份
[0050]发泡剂AC:3份
[0051]季戊四醇:3份
[0052]交联剂DCP:2份
[0053](2)将配得的原料加入高速混合机混合均匀；将混合物置于开炼机中，开炼得到厚度3_的混合物片材；将混合物片材放入密闭模具，并用平板硫化机进行热处理，得到硅橡胶泡沫板。
[0054]将上述制得的硅橡胶泡沫板进行力学测试，测试结果为:高拉伸强度测量表明:该硅橡胶泡沫板密度为290g/L ;永久压缩形变为为2.1% ;经万能拉力试验机测试，其拉伸强度为1.33MPa。
[0055]实施例4:
[0056](I)配制原料，原料的各组分及其重量份数如下:
[0057]甲基乙烯基硅橡胶:100份
[0058]石墨烯:5份
[0059]发泡剂碳酸氢钠:3份
[0060]柠檬酸:3份
[0061]交联剂DCP:2份
[0062](2)将配得的原料加入高速混合机混合均匀；将混合物置于开炼机中，开炼得到厚度3_的混合物片材；将混合物片材放入密闭模具，并用平板硫化机进行热处理，得到硅橡胶泡沫板。
[0063]将上述制得的硅橡胶泡沫板进行力学测试，测试结果为:高拉伸强度测量表明:该硅橡胶泡沫板密度为295g/L ;永久压缩形变为为2.2% ;经万能拉力试验机测试，其拉伸强度为1.98MPa。
[0064]实施例5:
[0065]本实施例中，原料及制备方法与实施例1基本相同，所不同的是石墨烯用量为O重量份数。
[0066]制得的硅橡胶泡沫板经万能拉力试验机测试，其拉伸强度为0.78MPa。
[0067]实施例6:
[0068]本实施例中，原料及制备方法与实施例1基本相同，所不同的是石墨烯用量为5重量份数。
[0069]制得的硅橡胶泡沫板经万能拉力试验机测试，其拉伸强度为1.98MPa。
[0070]实施例7:
[0071 ] 本实施例中，原料及制备方法与实施例1基本相同，所不同的是石墨烯用量为7重量份数。
[0072]制得的硅橡胶泡沫板经万能拉力试验机测试，其拉伸强度为2.51MPa。
[0073]以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等.，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法，以硅橡胶、发泡剂、发泡助剂、交联剂、补强剂为原料，通过以下步骤制备: 将原料混合均匀，加工成片状材料，然后裁剪成一定尺寸放入密闭模具中进行热处理发泡，得到发泡片材； 其特征是:所述的补强剂为石墨烯。
2.如权利要求1所述的具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法，其特征是:所述的原料的各组分及其重量份数如下: 硅橡胶100份、发泡剂I~5份、发泡助剂I~5份、交联剂I~10份、补强剂I~20份。
3.如权利要求1所述的具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法，其特征是:所述的原料中，补强剂的重量份数为2~15份。
4.如权利要求1所述的具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法，其特征是:所述的原料中，补强剂的重量份数为3~10份，优选为4~8份。
5.如权利要求1所述的具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法，其特征是:所述的发泡剂包括碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、硼氢化钠、偶氮二异丁腈(AIBN)、偶氮二甲酰胺(AC)、N，N- 二亚硝基五次甲基四胺(H)、N，N’ - 二甲基-N，N’ - 二亚硝基对苯(DMDNTA)、苯磺酰肼(BSH)、4，4’-氧 代双苯磺酰肼(OBSH)、3，3’- 二磺酰肼二苯砜、1，3-苯二磺酰肼、对甲苯磺酰氨基脲、苯磺酰胺基脲、三肼基三嗪中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法，其特征是:所述的发泡助剂包括尿素、乙醇胺、硬脂酸、月桂酸、水杨酸、苯甲酸、硬脂酸铅、硫酸铝钾、季戊四醇、丙三醇中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法，其特征是:所述的交联剂包括过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化二苯甲酰(BPO)、2，5-二甲基2，5-二叔丁基过氧基己烷(DBPMH)、2，4-二氯过氧化二苯甲酰(DCBP)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、过氧化二叔丁酯(DTBP)中的任意一种。
8.如权利要求1所述的具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法，其特征是:所述的混合物加工成片状的方法包括挤出方法、开炼成片方法。
9.如权利要求1所述的具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法，其特征是:所述的热处理进行发泡采用烘箱、烘道或平板硫化机的方式实现。
10.如权利要求1至9中任一权利要求所述的具有高拉伸强度的硅橡胶泡沫材料的制备方法，其特征是:其拉伸强度在1.0MPa以上，优化为1.2MPa以上，进一步优选为1.3~.2.8MPa。
【文档编号】C08L83/07GK104017369SQ201410273779
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】翟文涛, 郑文革, 陈忠 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所