CN105385164A - 智能抗冲击材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了智能抗冲击材料的制备方法，以硅橡胶发泡材料作为基体并添加发泡剂，以吸能凝胶作为填料，制备成为一种高缓冲性能的减震防护材料。吸能凝胶在受到冲击作用时状态会自发地从柔软转变成为坚硬，该过程中吸收能量，从而有效地起到防护作用，硅橡胶发泡材料作为结构基体，在受到作用时，泡孔变形也能吸收一部分的冲击能量，基体与填料同时作用起到减震缓冲的作用。

Description

智能抗冲击材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，特别涉及一种智能抗冲击材料及其制备方法。
背景技术
现在市面上的减震缓冲防护材料主要依靠弹性体泡沫或相对较柔软的可压缩性材料作为能量吸收材料。而当这种材料应用于人体防护或精密仪器防护上主要存在的缺点是减震性能有限，在受到剧烈冲击时，普通的防护材料并不能完全地将冲击能量有效地耗散掉，依然会有很强的冲击力作用在人体或设备上，会导致人体受伤或设备损坏；另一方面，目前所常用的橡胶发泡材料、聚氨酯发泡材料的使用温度范围有限，不适用于长期的高温使用。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够制备出减震效果较好的智能抗冲击材料的方法。
此外，还提供一种智能抗冲击材料。
一种智能抗冲击材料的制备方法，包括如下步骤：
将硅橡胶生胶混炼均匀，得到第一混炼混合物；
在所述混炼混合物中加入发泡剂及胀流型凝胶，继续混炼均匀，得到第二混炼混合物；
在所述第二混炼混合物中加入硫化剂，继续混炼均匀，得到第三混炼混合物；
在130℃～200℃条件下,将所述第三混炼混合物硫化发泡，得到所述智能抗冲击材料。
在一些实施例中，所述硅橡胶为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基硅橡胶、氟硅橡胶、腈硅橡胶、乙基硅橡胶、乙基苯撑硅橡胶中的至少一种。
在一些实施例中，所述发泡剂为AC发泡剂或OBSH发泡剂。
在一些实施例中，所述胀流型凝胶通过下述方法制备：
将无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物混合均匀，得到混合物；
于40～150℃的温度条件下，将所述混合物与硼类化合物进行混合交联反应0.5～4h，得到剪切增稠凝胶；
将所述剪切增稠凝胶与添加剂混合，得到所述胀流型凝胶。
在一些实施例中，所述无机微纳米粒子为SiO2、TiO2、高岭土、滑石粉、云母粉及蒙脱土中的最少一种,所述无机微纳米粒子的粒径范围为50～900nm。
在一些实施例中，所述硅氧烷类化合物为二甲基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、乙基硅氧烷、含羟基硅氧烷、苯基硅氧烷、含氢硅氧烷、乙氧基硅氧烷中的最少一种。
在一些实施例中，所述无机微纳米粒子与所述硅氧烷类化合物的质量比为0.1～50：100。
在一些实施例中，所述硼类化合物为硼、氧化硼、原硼酸、偏硼酸、四硼酸、硼酸盐、硼酸酯及硼酸酐中的至少一种；所述硼酸盐为五硼酸二铵、十水合四硼酸钠、五硼酸钾、二硼酸镁、单硼酸钙中的至少一种；所述硼酸酯包括水解成硼酸的烷基、烯丙基硼酸酯/三有机基硼酸酯，包括硼酸三乙酯、硼酸三苯酯、硼酸三苄酯、硼酸三环己酯、硼酸三(甲基甲硅烷酯)，硼酸三叔丁酯，三烷氧基环硼氧烷中的至少一种。
在一些实施例中，所述硼类化合物中硼原子的数量与硅氧烷类化合物中活性基团的数量之比为：1:10～10:1；其中，硅氧烷类化合物中活性基团包括羟基、乙氧基、甲氧基、羧基、活性氢、苯基中至少一种。
在一些实施例中，所述添加剂包括有机膨润土、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚酰胺蜡中至少一种，所述蓖麻油衍生物包括氢化蓖麻油、磺化蓖麻油、环氧化蓖麻油中至少一种。
在一些实施例中，所述添加剂与所述剪切增稠凝胶的质量比为0.5％～20％之间。
在一些实施例中，所述硫化剂为DCP硫化剂或BPO硫化剂。
在一些实施例中，所述发泡剂占硅橡胶的质量分数为0.5％～10％，胀流型凝胶占硅橡胶的质量分数为1％～50％。
上述智能抗冲击材料的制备方法操作简单，易于工业化生产。上述智能抗冲击材料的制备方法，以硅橡胶发泡材料作为基体并添加发泡剂，以吸能凝胶作为填料，制备成为一种高缓冲性能的减震防护材料。吸能凝胶在受到冲击作用时状态会自发地从柔软转变成为坚硬，该过程中吸收能量，从而有效地起到防护作用，硅橡胶发泡材料作为结构基体，在受到作用时，泡孔变形也能吸收一部分的冲击能量，基体与填料同时作用起到减震缓冲的作用。
附图说明
图1为一实施方式的智能抗冲击材料的制备方法的流程图。
图2为一实施方式的胀流型凝胶的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面主要结合附图及具体实施例对智能抗冲击材料及其制备方法作进一步详细的说明。
如图1所示，一实施方式的智能抗冲击材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S10：将硅橡胶生胶混炼均匀，得到第一混炼混合物；
优选地，所述硅橡胶为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基硅橡胶、氟硅橡胶、腈硅橡胶、乙基硅橡胶、乙基苯撑硅橡胶中的至少一种。
步骤S20：在所述混炼混合物中加入发泡剂及胀流型凝胶，继续混炼均匀，得到第二混炼混合物；
优选地，所述发泡剂为AC发泡剂或OBSH发泡剂。
优选地，如图2所示，胀流型凝胶通过下述方法制备：
步骤S110：将无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物混合均匀，得到混合物；
其中，所述无机微纳米粒子为SiO2、TiO2、高岭土、滑石粉、云母粉及蒙脱土中的最少一种,所述无机微纳米粒子的粒径范围为50～900nm。
其中，所述硅氧烷类化合物为二甲基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、乙基硅氧烷、含羟基硅氧烷、苯基硅氧烷、含氢硅氧烷、乙氧基硅氧烷中的最少一种。
优选地，所述无机微纳米粒子与所述硅氧烷类化合物的质量比为0.1％～50％：100％。
优选地，所述无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物通过强力机械搅拌或超声波混合均匀。所述搅拌的速度范围为200～1000转/分，超声分散功率范围为0.1～10kW。
优选地，所述强力机械搅拌实现方式包括采用间歇混合设备和连续混合设备。间歇混合设备包括换罐混合器，双行星式混合器，锥形螺杆混合器，带式掺合器，双臂或叶片式混合器等。连续混合设备包括单螺杆挤出机、双螺杆和多螺杆挤出机，同向旋转挤出机，双螺杆逆向旋转挤出机，两段挤出机，双转子连续混合器等。还可采用以上提及的混合设备两种或两种以上的组合。
步骤S120：于40～150℃的温度条件下，将所述混合物与硼类化合物进行混合交联反应0.5～4h，得到剪切增稠凝胶；
其中，所述硼类化合物为硼、氧化硼、原硼酸、偏硼酸、四硼酸、硼酸盐、硼酸酯及硼酸酐中的至少一种；所述硼酸盐为五硼酸二铵、十水合四硼酸钠、五硼酸钾、二硼酸镁、单硼酸钙中的至少一种；所述硼酸酯包括水解成硼酸的烷基、烯丙基硼酸酯/三有机基硼酸酯，包括硼酸三乙酯、硼酸三苯酯、硼酸三苄酯、硼酸三环己酯、硼酸三(甲基甲硅烷酯)，硼酸三叔丁酯，三烷氧基环硼氧烷中的至少一种。
优选地，所述硼类化合物中硼原子的数量与硅氧烷类化合物中活性基团的数量之比为1:10～10:1；其中，硅氧烷类化合物中活性基团包括羟基、乙氧基、甲氧基、羧基、活性氢、苯基中至少一种。
步骤S130：将所述剪切增稠凝胶与添加剂混合，得到所述智能抗冲击材料。
其中，所述添加剂包括有机膨润土、蓖麻油衍生物、改性聚脲化合物、聚烯烃微粒、气相二氧化硅、聚酰胺蜡中至少一种。
其中，所述添加剂与所述剪切增稠凝胶的质量比为0.5％～20％之间。
可以理解，上述胀流型凝胶采用以无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物混合均匀，将得到的混合物与硼类化合物进行混合交联反应得到剪切增稠凝胶，再将所述剪切增稠凝胶与高分子基体复合，上述胀流型凝胶在受到冲击作用时状态会自发地从柔软转变成为坚硬，该过程中吸收能量，从而有效地起到防护作用。步骤S30：在所述第二混炼混合物中加入硫化剂，继续混炼均匀，得到第三混炼混合物；
优选地，所述硫化剂为DCP硫化剂或BPO硫化剂。
所述发泡剂占硅橡胶的质量分数为0.5％～10％，胀流型凝胶占硅橡胶的质量分数为1％～50％。
步骤S40：在130℃～200℃条件下,将所述第三混炼混合物硫化发泡，得到所述智能抗冲击材料。
上述智能抗冲击材料的制备方法，以硅橡胶发泡材料作为基体并添加发泡剂，以吸能凝胶作为填料，制备成为一种高缓冲性能的减震防护材料。吸能凝胶在受到冲击作用时状态会自发地从柔软转变成为坚硬，该过程中吸收能量，从而有效地起到防护作用，硅橡胶发泡材料作为结构基体，在受到作用时，泡孔变形也能吸收一部分的冲击能量，基体与填料同时作用起到减震缓冲的作用。
一种由上述智能抗冲击材料的制备方法制备得到的智能抗冲击材料。由于该智能抗冲击材料采用上述制备方法制备得到，使得上述智能抗冲击材料具有高的性能。
以下为具体实施例部分：
实施例1
本实施例的智能抗冲击材料的制备过程如下：
将二甲基硅橡胶在开炼机上混炼，混炼均匀后将AC发泡剂及胀流型凝胶一起加入，继续混炼，混炼均匀后再加入硫化剂DCP，之后混炼一段时间出片。4h后将胶料置于平板硫化剂上进行硫化，温度为150℃，压力为100MPa，时间15min，即得到最终产品。。
实施例2
本实施例的智能抗冲击材料的制备过程如下：
将甲基乙烯基硅橡胶在开炼机上混炼，混炼均匀后将OBSH发泡剂及胀流型凝胶一起加入，继续混炼，混炼均匀后再加入硫化剂BPO，之后混炼一段时间出片，然后将胶料置于模具中进行硫化，温度为170℃，压力为600MPa，时间10min。然后在200℃下后处理2h，即得到最终产品。
实施例3
本实施例的智能抗冲击材料的制备过程如下：
将甲基苯基硅橡胶、氟硅橡胶在开炼机上混炼，混炼均匀后将OBSH发泡剂及胀流型凝胶一起加入，继续混炼，混炼均匀后再加入硫化剂BPO，之后混炼一段时间出片。然后将胶料置于模具中进行硫化，温度为160℃，压力为300MPa，时间10min，然后在200℃下后处理2h，即得到最终产品。
实施例4
本实施例的智能抗冲击材料的制备过程如下：
将氟硅橡胶在开炼机上混炼，混炼均匀后将OBSH发泡剂及胀流型凝胶一起加入，继续混炼，混炼均匀后再加入硫化剂DCP，之后混炼一段时间出片。然后将胶料置于模具中进行硫化，温度为150℃，压力为500MPa，时间10min，然后在200℃下后处理2h，即得到最终产品。
实施例5
本实施例的智能抗冲击材料的制备过程如下：
将硅橡胶腈硅橡胶在开炼机上混炼，混炼均匀后将OBSH发泡剂及胀流型凝胶一起加入，继续混炼，混炼均匀后再加入硫化剂DCP，之后混炼一段时间出片。然后将胶料置于模具中进行硫化，温度为170℃，压力为500MPa，时间10min，然后在160℃下后处理2h，即得到最终产品。
实施例6
本实施例的智能抗冲击材料的制备过程如下：
将硅橡胶乙基硅橡胶在开炼机上混炼，混炼均匀后将OBSH发泡剂及胀流型凝胶一起加入，继续混炼，混炼均匀后再加入硫化剂DCP，之后混炼一段时间出片。然后将胶料置于模具中进行硫化，温度为170℃，压力为600MPa，时间10min。然后在200℃下后处理2h，即得到最终产品。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将硅橡胶生胶混炼均匀，得到第一混炼混合物；
在所述混炼混合物中加入发泡剂及胀流型凝胶，继续混炼均匀，得到第二混炼混合物；
在所述第二混炼混合物中加入硫化剂，继续混炼均匀，得到第三混炼混合物；
在130℃～200℃条件下,将所述第三混炼混合物硫化发泡，得到所述智能抗冲击材料。
2.根据权利要求1所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，所述硅橡胶为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基硅橡胶、氟硅橡胶、腈硅橡胶、乙基硅橡胶、乙基苯撑硅橡胶中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为AC发泡剂或OBSH发泡剂。
4.根据权利要求1所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，所述胀流型凝胶通过下述方法制备：
将无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物混合均匀，得到混合物；
于40～150℃的温度条件下，将所述混合物与硼类化合物进行混合交联反应0.5～4h，得到剪切增稠凝胶；
将所述剪切增稠凝胶与添加剂混合，得到所述胀流型凝胶。
5.根据权利要求4所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，所述无机微纳米粒子为SiO2、TiO2、高岭土、滑石粉、云母粉及蒙脱土中的最少一种,所述无机微纳米粒子的粒径范围为50～900nm。
6.根据权利要求4所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，所述硅氧烷类化合物为二甲基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、乙基硅氧烷、含羟基硅氧烷、苯基硅氧烷、含氢硅氧烷、乙氧基硅氧烷中的最少一种。
7.根据权利要求4所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，所述无机微纳米粒子与所述硅氧烷类化合物的质量比为0.1～50：100。
8.根据权利要求4所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，所述硼类化合物为硼、氧化硼、原硼酸、偏硼酸、四硼酸、硼酸盐、硼酸酯及硼酸酐中的至少一种；所述硼酸盐为五硼酸二铵、十水合四硼酸钠、五硼酸钾、二硼酸镁、单硼酸钙中的至少一种；所述硼酸酯包括水解成硼酸的烷基、烯丙基硼酸酯/三有机基硼酸酯，包括硼酸三乙酯、硼酸三苯酯、硼酸三苄酯、硼酸三环己酯、硼酸三(甲基甲硅烷酯)，硼酸三叔丁酯，三烷氧基环硼氧烷中的至少一种。
9.根据权利要求4所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，所述硼类化合物中硼原子的数量与硅氧烷类化合物中活性基团的数量之比为：1:10～10:1；其中，硅氧烷类化合物中活性基团包括羟基、乙氧基、甲氧基、羧基、活性氢、苯基中至少一种。
10.根据权利要求4所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括有机膨润土、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚酰胺蜡中至少一种，所述蓖麻油衍生物包括氢化蓖麻油、磺化蓖麻油、环氧化蓖麻油中至少一种。
11.根据权利要求4所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂与所述剪切增稠凝胶的质量比为0.5％～20％之间。
12.根据权利要求1所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于，所述硫化剂为DCP硫化剂或BPO硫化剂。
13.根据权利要求1所述的智能抗冲击材料的制备方法，其特征在于,所述发泡剂占硅橡胶的质量分数为0.5％～10％，胀流型凝胶占硅橡胶的质量分数为1％～50％。
14.一种如权利要求1～13任意一项所述的智能抗冲击材料的制备方法制备得到的智能抗冲击材料。
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