一种石墨烯-硅橡胶复合泡沫材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于娃橡胶泡沫材料领域，设及一种石墨締-娃橡胶复合泡沫材料及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 娃橡胶泡沫材料是娃橡胶经发泡后形成的多孔性高分子弹性材料，集娃橡胶和泡 沫材料的特性于一体，不但具有耐高低溫、耐老化、耐福射、生理惰性等优良特性，而且具有 较低的密度、良好的吸收机械振动和冲击的特性，W及隔音、隔热、密封等功能，可用作密 封、减震、绝缘、隔音、隔热等高性能材料，在交通运输、石油、化工、电子工业和航空航天等 领域有广泛的用途。
[0003] 由于娃橡胶生胶的一些结构特性，例如极性主链、惰性侧基，硫化活性点乙締基 少，分子间内聚能较小等原因，导致其硫化后的拉伸强度很低，无法满足应用需求，对于娃 橡胶泡沫材料而言，该问题更为突出，因此，在制备娃橡胶及娃橡胶泡沫材料时，必须使用 补强填料来提升其力学性能。
[0004] CN102010517A公开了一种超临界二氧化碳技术制备娃橡胶泡沫材料的方法，该 方法W白炭黑为补强填料，将娃橡胶100份、白炭黑20~80份、结构控制剂2~15份、硫 化剂0. 1~10份经混炼、预硫化后采用超临界二氧化碳发泡，再经完全硫化和热处理得到 娃橡胶泡沫材料。该方法中白炭黑的填充量较大，最高达到了娃橡胶重量的80%，白炭黑的 填充量过高会大大增加胶料的加工难度，而且极易加重团聚现象，而白炭黑的团聚会引起 发泡时泡孔质量不好，由该文献给出的扫描电镜图可W看出，该方法制备的娃橡胶泡沫材 料的泡孔尺寸差异较大，并且出现了明显的泡孔合并现象。CN103419371A公开了一种具有 开孔结构的橡胶泡沫材料的制备方法，虽然该方法将补强填料的添加量降低至了每100份 橡胶中添加10~48份，但由该文献给出的扫描电镜图可知，该方法制备的橡胶泡沫材料仍 然存在泡孔合并的现象，说明该方法仍然存在补强填料团聚较严重的问题，同时，该方法制 备的橡胶泡沫材料的泡孔尺寸较大，约为50~150μm。泡孔尺寸差异较大容易造成材料在 使用时各泡孔受力不均，出现应力集中现象而破坏，而泡孔合并和泡孔尺寸过大容易导致 材料在受到外力后，各泡孔因分担的力过大而被破坏，因而现有的娃橡胶泡沫材料的力学 性能还有待提升。 阳〇化]随着生产及社会的发展，对娃橡胶泡沫材料的某些特殊性能的要求也越来越高， 例如在航空航天领域，要求娃橡胶泡沫材料具有较低密度的同时还具有良好的耐热性和力 学性能，现有的娃橡胶泡沫材料已难W满足运些高性能的需求，因此，开发出性能更优良的 娃橡胶泡沫材料是十分必要的。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石墨締-娃橡胶复合泡沫材料 及其制备方法，W丰富娃橡胶泡沫材料的品种，提高娃橡胶泡沫材料的力学性能和耐热性。
[0007] 本发明提供的石墨締-娃橡胶复合泡沫材料的制备方法，步骤如下：
[000引 （1)将100重量份娃橡胶生胶溶解在180~200重量份溶剂中形成生胶溶液，将 1~5重量份石墨締均匀分散在60~100重量份乙醇中形成石墨締分散液，在超声条件下 将生胶溶液与石墨締分散液混合，将所得混合液在50~60°C超声至无气泡产生，然后干燥 除去所得混合物中的溶剂和乙醇，得到复合料；
[0009] (2)将步骤（1)所得复合料在100~120°c进行混炼，混炼时分次交替加入白炭黑 和结构控制剂，白炭黑的加入总量为20~30重量份、结构控制剂的加入总量为5~8重量 份，白炭黑和结构控制剂加入完毕后，继续混炼15~20min，将所得混合料在140~150°C 除去挥发分，然后冷却至室溫并放置10~1地，再加入硫化剂2~2. 5重量份在室溫混炼 15~30min得到混炼胶；
[0010] (3)将步骤（2)所得混炼胶在120~125°C预硫化6~12min并成型形成巧体，将 所述巧体置于反应蓋中，通入二氧化碳并升溫、加压使二氧化碳转变为超临界二氧化碳，保 压1~地，然后采用快速降压法将反应蓋中的压力降至常压，得到预硫化发泡材料； W11] (4)将步骤（3)所得预硫化发泡材料在160~170°C硫化20~30min，然后在 200~210°C硫化2~化，即得石墨締-娃橡胶复合泡沫材料；
[0012] 所述结构控制剂为径基硅油、二苯基娃二醇、八甲基环四硅氧烷、甲基Ξ甲氧基娃 烧、六甲基二娃氮烧、叠氮硅烷、3-氨基丙基Ξ乙氧基硅烷中的至少一种，所述硫化剂为过 氧化二异丙苯，2, 5-二甲基-2, 5-二叔下基过氧基硅烷或者过氧化苯甲酯。
[0013] 上述方法中，所述娃橡胶生胶为二甲基娃橡胶生胶、甲基乙締基娃橡胶生胶或者 甲基苯基乙締基娃橡胶生胶。
[0014] 上述方法的步骤似中，控制白炭黑和结构控制剂的加料总时间为5~lOmin。 阳〇1引上述方法的步骤（3)中，控制反应蓋的压力为8~15MPa、溫度为40~80°C。
[0016] 上述方法中，所述快速降压法的降压速率为30~50MPa/s。
[0017] 上述方法中，所述溶剂为环己烧、二氯甲烧、四氨巧喃或者甲苯。
[0018] 上述方法中的步骤（1)中，在功率为360~480W的超声条件下将生胶溶液与石墨 締分散液混合，然后在50~60°C、功率为360~480W的超声条件下将所得混合液超声至无 气泡产生。
[0019] 本发明还提供了一种上述方法制备的石墨締-娃橡胶复合泡沫材料，该复合泡沫 材料的平均孔径为6~13μm。 W20] 本发明提供的石墨締-娃橡胶复合泡沫材料的泡孔密度为4. 23X109~1.22Xl〇iM"/cm3。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0022] 1.本发明提供了一种制备石墨締-娃橡胶复合泡沫材料的新方法，由于该方法 W白炭黑和石墨締为补强填料，补强填料的添加量较少，仅为娃橡胶生胶重量的21 %~ 35%，运有利于提升胶料的加工性能并缓解补强填料的团聚问题，在配合超声分散和混炼 时分多次添加白炭黑和结构控制剂的技术手段，能进一步避免团聚，提高补强填料的分散 性。补强填料添加量的减少还有利于降低混炼胶的粘度，从而提升混炼胶的发泡性能。白 炭黑分散性的提高不但能避免发泡过程中出现泡孔合并现象，提高泡孔尺寸和泡孔分布的 均一性，而且能为混炼胶的发泡提供更多的气泡成核点，同时，石墨締在基体中的良好分散 也能为混炼胶的发泡提供大量的异相成核点，从而减小泡孔尺寸和增加泡孔密度，上述泡 孔性能的改善有助于提高娃橡胶复合泡沫材料的力学性能。
[0023] 2.本发明所述方法采用石墨締和白炭黑作为补强填料，由于石墨締与白炭黑能相 互促进分散，并能降低泡孔尺寸、提高泡孔密度，因而该方法对泡孔尺寸、形态和分布的可 控性好。实验表明，该方法制备的石墨締-娃橡胶复合泡沫材料的平均泡孔尺寸在13μπι W下，基本未出现泡孔合并现象，泡孔分布均匀，泡孔密度高达4. 23ΧΙΟ9~1. 22ΧΙΟ1°个/ cm3。泡孔尺寸均一、泡孔分布均匀可使材料在受到外力作用后，各泡孔的受力分配均匀，不 易因应力集中而被破坏，泡孔尺寸小和泡孔密度高可使材料在受到外力作用后各泡孔分担 的力更小，耐压缩性能更好，因而本发明所述方法制备的娃橡胶复合材料具有良好的力学 性能。
[0024] 3.本发明所述方法中使用了石墨締，由于石墨締具有片层结构，容易阻挡复合泡 沫材料在热降解过程中自由基的扩散，同时，石墨締的加入能提升复合泡沫材料的导热性 能，使得复合泡沫材料在受热时能将热量快速传导开，从而避免因局部过热而降解，导热和 传热性能的改善能有效提升本发明所述复合泡沫材料的耐热性能。实验表明