CN106751867B - 基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法，所述的方法包括以下步骤：步骤一、在橡胶开炼机中混炼制备混炼胶；步骤二、利用橡胶注塑机将混炼胶注塑进入模具中；步骤三、混炼胶在模具中实现预硫化定型；步骤四、超临界流体进入模具中实现橡胶发泡；步骤五、橡胶泡沫材料全硫化定型。本发明将超临界注塑成型技术进入橡胶发泡过程中，不仅克服基于溶析成孔和化学发泡方法无法获得微孔橡胶泡沫材料的难题，同时还实现了复杂橡胶泡沫制件的高效和精密制备。

Description

基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法。
背景技术
橡胶泡沫材料是一种多孔高分子弹性材料，它将橡胶与泡沫材料的特性结合于一体，不仅具有橡胶良好的耐高低温性、耐老化性和耐辐射等优点，还具有泡沫材料的低密度、高弹性、良好的吸收机械振动或冲击的物理特性，其在交通运输、国防和航空航天等领域发挥着重要的作用，特别是用于复杂环境下的精密部件的减振。
目前橡胶泡沫材料制备方法主要分为化学发泡法、溶析成孔发泡法和混合发泡法三种。这三种橡胶发泡技术所制备的泡孔材料其泡孔孔径与发泡剂粒径和颗粒状惰性物质大小直接相关。但由于发泡剂和颗粒状惰性物质的自身尺寸以及团聚等问题，其所制备的橡胶泡沫材料的泡孔孔径范围一般在100～800μm。
随着对环境保护等要求的提高，以超临界流体等物理发泡剂为主的发泡方法得到应用。其中，超临界二氧化碳被广泛应用于热塑性塑料和热塑性弹性体的微孔泡沫材料的制备。美国专利US005158986A提供了一种超临界流体制备微孔热塑性塑料的方法，其制备的材料泡孔孔径小于2μm。中国专利CN200410067058.4提供了一种超临界二氧化碳发泡通用型聚丙烯树脂的方法。
但由于橡胶是高弹性材料，直接使用现有的塑料超临界发泡技术难以获得微孔橡胶泡沫材料。中国专利CN 102010517A提供了一种超临界二氧化碳技术制备硅橡胶泡沫材料的方法。而该方法所制备的硅橡胶泡沫材料是采用间歇式的实验室方法，难以实现工程化生产。目前，在热塑性材料领域，已有商业化的超临界注塑技术制备热塑性微孔泡沫材料，但对于橡胶材料的超临界注塑发泡技术，目前尚未见报道。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法。本发明利用超临界注塑技术制备微孔橡胶泡沫材料，并克服基于溶析成孔和化学发泡方法无法获得微孔橡胶泡沫材料的难题，同时还实现了微孔橡胶泡沫材料的高效制备，满足有关领域发展的需求。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤一、在橡胶开炼机中混炼制备混炼胶
按重量份数计算将100份橡胶生胶，0～80份填料，0.5～1.5份交联剂，0-8份分散剂，0～2份活性剂，0～3份硫化促进剂，0～3份抗氧剂，0～10份增粘剂在橡胶开炼机中混炼制得混炼胶；
步骤二、利用橡胶注塑机将混炼胶注塑进入模具中
将所述步骤一得到的混炼胶放入橡胶注塑机的料筒中，然后将混炼胶注塑到模具中；
步骤三、混炼胶在模具中实现预硫化定型
将模具温度快速升至预定温度，并维持预定时间，使混炼胶在模具中预硫化定型；然后通过快速降温方式对模具进行快速降温；
步骤四、超临界流体进入模具中实现橡胶发泡
将超临界二氧化碳引入模具中，使发泡剂二氧化碳进入步骤三中预硫化定型的橡胶中，并通过模具温度和压力控制，使得预硫化橡胶与超临界二氧化碳在设定温度和压力下溶胀和渗透预定时间；然后卸掉模具中的压力，使橡胶在模具中进行发泡；
步骤五、橡胶泡沫材料全硫化定型
将模具温度快速升高至指定温度，使发泡的橡胶进行完全硫化和热处理，最后得到微孔橡胶泡沫材料。
更进一步的技术方案是所述步骤三中所述混炼胶在模具中预硫化定型温度为70℃～140℃。
更进一步的技术方案是所述步骤三中通过快速降温方式将模具快速降温至20℃。
更进一步的技术方案是所述步骤四中所述预硫化橡胶与超临界二氧化碳溶胀和渗透的温度条件为40～100℃，压力条件为：8～20MPa，时间为：10～30min；所述卸掉模具中的压力步骤中的卸压速率为5～20MPa/s。
更进一步的技术方案是所述步骤五中发泡的橡胶进行完全硫化和热处理的温度条件为：120～190℃。
更进一步的技术方案是所述步骤一中所述橡胶生胶为硅橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶中的一种；所述填料为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、炭黑、碳纳米管、石墨烯、有机蒙脱土中的一种或几种复配而成。
更进一步的技术方案是所述步骤一中所述交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)、2，5-二甲基-2，5-二叔基过氧基己烷(DBPMH)、硫磺、过氧化二苯甲酰(BPO)中的一种。
更进一步的技术方案是所述步骤一中所述分散剂为羟基硅油、二苯基硅二醇、八甲基环四硅氧烷或硅烷偶联剂中的一种。
更进一步的技术方案是所述步骤一中所述活性剂为氧化锌、氧化镁或氧化镉中的一种；所述硫化促进剂为二环己基次磺酰胺、二苯胍、2-巯醇基苯丙噻唑或氨基甲酸镉中的一种。
更进一步的技术方案是所述步骤一中所述防老剂为2,6-二叔基丁基-4-甲基苯酚、对苯二胺和巯基苯并咪唑中的一种；所述增粘树脂为石油树脂、酚醛树脂或松香树脂中的一种。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果之一是：本发明将超临界注塑成型技术进入橡胶发泡过程中，不仅克服基于溶析成孔和化学发泡方法无法获得微孔橡胶泡沫材料的难题，同时还实现了复杂橡胶泡沫制件的高效和精密制备。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述。
实施例1
将硅橡胶100g，沉淀法白炭黑40g，羟基硅油3份，BPO0.5份在橡胶开炼机中混炼制得混炼胶。炼制好的混炼胶加入橡胶注塑机料筒，然后将混炼胶注塑到模具中。将模具温度快速升至70℃，并维持10min，使其在模具中预硫化定型。然后通过快速降温使模具温度快速降至20℃。将超临界二氧化碳引入模具中，使发泡剂二氧化碳进入预硫化定型的橡胶中，模具温度和压力控制，使得预硫化橡胶与超临界二氧化碳在60℃，10MPa条件下溶胀和渗透15min，然后以8MPa/s的卸压速率快速卸掉模具中的压力，使橡胶在模具中进行发泡。并将模具温度快速升高至160℃，使其进行完全硫化和热处理，最后得到微孔硅橡胶泡沫材料。
实施例2
将三元乙丙橡胶100g，沉淀法白炭黑30g，碳纳米管0.5份，硅烷偶联剂份2份，DCP1份，2-巯醇基苯丙噻唑1份，2,6-二叔基丁基-4-甲基苯酚1.5份在橡胶开炼机中混炼制得混炼胶。炼制好的混炼胶加入橡胶注塑机料筒，然后将混炼胶注塑到模具中。将模具温度快速升至130℃，并维持8min，使其在模具中预硫化定型。然后通过快速降温使模具温度快速降至20℃。将超临界二氧化碳引入模具中，使发泡剂二氧化碳进入预硫化定型的橡胶中，模具温度和压力控制，使得预硫化橡胶与超临界二氧化碳在50℃，15MPa条件下溶胀和渗透20min，然后以15MPa/s的卸压速率快速卸掉模具中的压力，使橡胶在模具中进行发泡。并将模具温度快速升高至190℃，使其进行完全硫化和热处理，最后得到微孔三元乙丙橡胶泡沫材料。
实施例3
将天然橡胶100g，炭黑50g，硫磺1.5份，氧化锌1.5份，二环己基次磺酰胺1.5份，对苯二胺2份，石油树脂5份在橡胶开炼机中混炼制得混炼胶。炼制好的混炼胶加入橡胶注塑机料筒，然后将混炼胶注塑到模具中。将模具温度快速升至100℃，并维持10min，使其在模具中预硫化定型。然后通过快速降温使模具温度快速降至20℃。将超临界二氧化碳引入模具中，使发泡剂二氧化碳进入预硫化定型的橡胶中，模具温度和压力控制，使得预硫化橡胶与超临界二氧化碳在40℃，12MPa条件下溶胀和渗透30min，然后以18MPa/s的卸压速率快速卸掉模具中的压力，使橡胶在模具中进行发泡。并将模具温度快速升高至120℃，使其进行完全硫化和热处理，最后得到微孔天然橡胶泡沫材料。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (9)

1.一种基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
步骤一、在橡胶开炼机中混炼制备混炼胶
按重量份数计算将100份橡胶生胶，0～80份填料，0.5～1.5份交联剂，0-8份分散剂，0～2份活性剂，0～3份硫化促进剂，0～3份抗氧剂，0～10份增粘剂在橡胶开炼机中混炼制得混炼胶；
步骤二、利用橡胶注塑机将混炼胶注塑进入模具中
将所述步骤一得到的混炼胶放入橡胶注塑机的料筒中，然后将混炼胶注塑到模具中；
步骤三、混炼胶在模具中实现预硫化定型
将模具温度快速升至预定温度，并维持预定时间，使混炼胶在模具中预硫化定型；然后通过快速降温方式对模具进行快速降温；
步骤四、超临界流体进入模具中实现橡胶发泡
将超临界二氧化碳引入模具中，使发泡剂二氧化碳进入步骤三中预硫化定型的橡胶中，并通过模具温度和压力控制，使得预硫化橡胶与超临界二氧化碳在设定温度和压力下溶胀和渗透预定时间；然后卸掉模具中的压力，使橡胶在模具中进行发泡；所述预硫化橡胶与超临界二氧化碳溶胀和渗透的温度条件为40～100℃，压力条件为：8～20MPa，时间为：10～30min；所述卸掉模具中的压力步骤中的卸压速率为5～20MPa/s；
步骤五、橡胶泡沫材料全硫化定型
将模具温度快速升高至指定温度，使发泡的橡胶进行完全硫化和热处理，最后得到微孔橡胶泡沫材料。
2.根据权利要求1所述的基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法，其特征在于所述的步骤三中所述混炼胶在模具中预硫化定型温度为70℃～140℃。
3.根据权利要求1所述的基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法，其特征在于所述的步骤三中通过快速降温方式将模具快速降温至20℃。
4.根据权利要求1所述的基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法，其特征在于所述的步骤五中发泡的橡胶进行完全硫化和热处理的温度条件为：120～190℃。
5.根据权利要求1所述的基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法，其特征在于所述的步骤一中所述橡胶生胶为硅橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶中的一种；所述填料为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、炭黑、碳纳米管、石墨烯、有机蒙脱土中的一种或几种复配而成。
6.根据权利要求1所述的基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法，其特征在于所述的步骤一中所述交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)、2，5-二甲基-2，5-二叔基过氧基己烷(DBPMH)、硫磺、过氧化二苯甲酰(BPO)中的一种。
7.根据权利要求1所述的基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法，其特征在于所述的步骤一中所述分散剂为羟基硅油、二苯基硅二醇、八甲基环四硅氧烷或硅烷偶联剂中的一种。
8.根据权利要求1所述的基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法，其特征在于所述的步骤一中所述活性剂为氧化锌、氧化镁或氧化镉中的一种；所述硫化促进剂为二环己基次磺酰胺、二苯胍、2-巯醇基苯丙噻唑或氨基甲酸镉中的一种。
9.根据权利要求1所述的基于超临界注塑成型技术制备微孔橡胶泡沫材料的方法，其特征在于所述的步骤一中所述防老剂为2,6-二叔基丁基-4-甲基苯酚、对苯二胺和巯基苯并咪唑中的一种；所述增粘树脂为石油树脂、酚醛树脂或松香树脂中的一种。
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