CN107629465A - 一种硅橡胶抗冲击吸能材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了硅橡胶抗冲击吸能材料的制备方法：将微纳米粒子与聚乙二醇单烯丙基醚低聚物制备成剪切增稠液，然后将所制备的剪切增稠液与硅氢加成型液体硅橡胶组合物混合后固化得到。本发明还提供了一种硅橡胶抗冲击吸能材料。本发明的抗冲吸能材料中剪切增稠液和闭孔泡孔的同时存在提高了材料的抗冲击吸能性能，能量耗散能力更强，并且在受到外力作用时智能地表现由软变硬的抗冲击反应。制备方法简单，易于控制，具有一定的经济社会效应。

Description

一种硅橡胶抗冲击吸能材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及抗冲击吸能材料及其制备方法，具体涉及一种橡胶抗冲击吸能材料及其制备方法，属于功能材料技术领域。

背景技术

在日常工作、生活中，时刻面临着冲击作用对人体或设备的危害与损伤。为了避免冲击伤害，需要选用抗冲击的防护材料对人员、设备等进行保护，在其受到冲击时，能够起到一定的缓冲减振及吸能作用，从而降低冲击力对人员、设备的伤害。当前使用的抗冲击材料具有硬质、半硬质和柔性三类。由于硬质和半硬质的防护材料不易弯折，在使用过程中会限制个体的活动，带来诸多不便。聚合物弹性体、橡胶、泡沫材料等柔性防护材料虽然具有轻质、柔韧等优点，但其吸能性能较差，在受到剧烈冲击时，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。

剪切增稠液，作为一种受外界冲击呈现液-固两种不同力学状态的智能、轻质、抗冲击吸能材料，近年来吸引了极大的关注。在一般稳态状况下，剪切增稠液为一定粘度的液体，在受到外界冲击下，表现出固体的抗冲击行为，并且这种液-固转换伴随着大量的能量吸收。同时，这种液-固转换是可逆的，若外界冲击撤除，剪切增稠液又迅速转换成其初始的液体状态。因而，剪切增稠液在高抗冲击吸能材料和结构的设计与制备方面具有重要的应用前景。由于剪切增稠液常态下的液体形态，导致其直接使用时不能定型、面临渗透以及分散介质扩散或吸潮导致的力学性能恶化等问题，在实际使用过程中面临一定的困难。

发明内容

为了弥补现有抗冲击吸能材料具有柔性和抗冲击性能不相容的缺陷，本发明提供了一种兼具闭孔泡沫结构和剪切增稠液以液滴形式分散于基体结构的硅橡胶抗冲击吸能材料及其制备方法。

本发明的硅橡胶抗冲击吸能材料的制备方法为：

将微纳米粒子与聚乙二醇单烯丙基醚低聚物制备成剪切增稠液，然后将所制备的剪切增稠液与硅氢加成型液体硅橡胶组合物混合后固化得到。

在本发明方法中，以所有原料的质量之和为100％计，剪切增稠液的质量分数为5～40％，液体硅橡胶组分质量之和为60～95％。

在本发明方法中，剪切增稠液是以微纳米粒子为分散相，聚乙二醇单烯丙基醚低聚物为分散介质制备而成。其中，微纳米粒子为粒径范围在20～1000nm的二氧化硅、碳酸钙、聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯颗粒中的至少一种；聚乙二醇单丙烯基醚的分子量为100～400；以剪切增稠液的质量为100％计，微纳米粒子的质量分数为40～70％。

在本发明方法中，液体硅橡胶组合物为硅氢加成型，包括以下成分：乙烯基硅油或乙烯基硅树脂、含氢硅油或含氢硅树脂、疏水性白炭黑填料、铂催化剂。其中，液体硅橡胶组合物的粘度在25℃下为3000～15000mPa·s；乙烯基与Si-H摩尔比为1：1.1～1：1.6；以液体硅橡胶组合物的质量为100％计，疏水性白炭黑的含量为0～40％，铂催化剂所提供铂的含量为5-50ppm。

在本发明方法中，固化方法为在温度20～120℃下固化1～2小时。

本发明还提供了一种硅橡胶抗冲击吸能材料，是通过本发明提供的硅橡胶抗冲击吸能材料的制备方法制备得到的。

更进一步的方案是：

所述硅橡胶抗冲击吸能材料，同时具有闭孔泡沫结构和剪切增稠液以液滴形式分散于硅橡胶基体的结构。

在本发明方法中，过量含氢硅油或含氢硅树脂发生脱氢反应而形成气泡，同时由于剪切增稠液中的少量聚乙二醇单烯丙基醚低聚物会与硅橡胶组分的含氢硅油或含氢硅树脂在铂催化剂的催化作用下发生反应，原位形成具有表面活性的共聚物。该表面活性共聚物能够使气泡稳定存在，因而在固化后将得到闭孔型泡孔结构。此外，原位形成的表面活性共聚物同时具有稳定剪切增稠液的液滴作用，促进剪切增稠液以液滴形势分散于基体中。

本发明的硅橡胶抗冲击吸能材料一方面因闭孔结构具有吸能和缓冲能力，同时也由于包含能量耗散能力强的剪切增稠液，而表现出强吸能能力，以及在收到外力作用时智能地表现出由软变硬的抵抗冲击反应。

本发明具有的有益效果是：

1.本发明的抗冲吸能材料中剪切增稠液和闭孔泡孔的同时存在提高了材料的抗冲击吸能性能，能量耗散能力更强，并且在受到外力作用时智能地表现由软变硬的抗冲击反应。

2.本发明中，一方面利用了剪切增稠液与液体硅橡胶组分的互不相溶性，通过混合及固化等简单步骤即可；另一方面利用了原位形成的具有表面活性的共聚物来稳定气泡得到闭孔结构以及促进剪切增稠液以液滴的形式和稳定。该制备方法简单，易于控制，具有一定的经济社会效应。

附图说明

图1为本发明实施方式的硅橡胶抗冲击吸能材料的结构示意图。

图2为本发明实施方式的硅橡胶抗冲击吸能材料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硅橡胶抗冲击吸能材料及其制备方法作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的硅橡胶抗冲击吸能材料以硅橡胶为基体材料，基体具有闭孔泡孔结构，同时剪切增稠液以液滴的形式分散在基体中。

如图2所示，本发明的硅橡胶抗冲击吸能材料制备方法为：1)首先将微纳米粒子与聚乙二醇单烯丙基醚低聚物通过加乙醇做溶剂进行超声分散，然后通过旋转或加热蒸发的方式除去溶剂，或者通过行星式球磨等方法制备剪切增稠液；2)将制备的剪切增稠液与乙烯基硅油或乙烯基硅树脂、含氢硅油或含氢硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑填料所构成的硅氢加成型液体硅橡胶组合物进行机械搅拌混合，然后在一定温度下固化一定时间，即可得到本发明的硅橡胶抗冲击吸能材料。

在步骤1)中，微纳米粒子为粒径范围在20～1000nm的二氧化硅、碳酸钙、聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯颗粒中的至少一种；聚乙二醇单丙烯基醚的分子量为100～400；以剪切增稠液的质量为100％计，微纳米粒子的质量分数为40～70％。

在步骤2)中，以所有原料的质量之和为100％计，剪切增稠液的质量分数为5～40％，液体硅橡胶组分质量之和为60～95％；硅橡胶各组分混合后的粘度在25℃下为3000～15000mPa·s；乙烯基与Si-H摩尔比为1：1.1～1：1.6；以硅橡胶各组分的质量为100％计，疏水性白炭黑的含量为0～40％，铂催化剂所提供铂的含量为5-50ppm。

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例1

将二氧化硅纳米粒子、聚乙二醇单烯丙基醚低聚物按重量比40:60加入容器中，之后加入二氧化硅纳米粒子和聚乙二醇单烯丙基醚低聚物总重量3倍的乙醇，进行超声分散，直至二氧化硅纳米粒子完全分散，之后通过旋转或加热蒸发的方法去除乙醇，从而得到剪切增稠液。

将含乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑填料以及所制备的剪切增稠液按相应比例加入混合容器，在机械搅拌的作用下进行混合，然后在120℃的温度下固化1小时，即可得到本发明的硅橡胶抗冲击吸能材料。其中含有乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑的总质量与剪切增稠液的总质量之比为：60:40；硅橡胶各组分混合后的粘度在25℃下为3000mPa·s；乙烯基与Si-H摩尔比为1：1.1；以硅橡胶各组分的质量为100％计，疏水性白炭黑的含量为40％，铂催化剂所提供铂的含量为5ppm。

实施例2

将二氧化硅纳米粒子、聚乙二醇单烯丙基醚低聚物按重量比70:30加入容器中，之后加入二氧化硅纳米粒子和聚乙二醇单烯丙基醚低聚物总重量3倍的乙醇，进行超声分散，直至二氧化硅纳米粒子完全分散，之后通过旋转或加热蒸发的方法去除乙醇，从而得到剪切增稠液。

将含乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑填料以及所制备的剪切增稠液按相应比例加入混合容器，在机械搅拌的作用下进行混合，然后在120℃的温度下固化1小时，即可得到本发明的硅橡胶抗冲击吸能材料。其中含有乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑的总质量与剪切增稠液的总质量之比为：60:40；硅橡胶各组分混合后的粘度在25℃下为3000mPa·s；乙烯基与Si-H摩尔比为1：1.1；以硅橡胶各组分的质量为100％计，疏水性白炭黑的含量为40％，铂催化剂所提供铂的含量为5ppm。

实施例3

将二氧化硅纳米粒子、聚乙二醇单烯丙基醚低聚物按重量比40:60加入容器中，之后加入二氧化硅纳米粒子和聚乙二醇单烯丙基醚低聚物总重量3倍的乙醇，进行超声分散，直至二氧化硅纳米粒子完全分散，之后通过旋转或加热蒸发的方法去除乙醇，从而得到剪切增稠液。

将含乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑填料以及所制备的剪切增稠液按相应比例加入混合容器，在机械搅拌的作用下进行混合，然后在120℃的温度下固化1小时，即可得到本发明的硅橡胶抗冲击吸能材料。其中含有乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑的总质量与剪切增稠液的总质量之比为：95:5；硅橡胶各组分混合后的粘度在25℃下为3000mPa·s；乙烯基与Si-H摩尔比为1：1.1；以硅橡胶各组分的质量为100％计，疏水性白炭黑的含量为40％，铂催化剂所提供铂的含量为5ppm。

实施例4

将二氧化硅纳米粒子、聚乙二醇单烯丙基醚低聚物按重量比70:30加入容器中，之后加入二氧化硅纳米粒子和聚乙二醇单烯丙基醚低聚物总重量3倍的乙醇，进行超声分散，直至二氧化硅纳米粒子完全分散，之后通过旋转或加热蒸发的方法去除乙醇，从而得到剪切增稠液。

将含乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑填料以及所制备的剪切增稠液按相应比例加入混合容器，在机械搅拌的作用下进行混合，然后在120℃的温度下固化1小时，即可得到本发明的硅橡胶抗冲击吸能材料。其中含有乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑的总质量与剪切增稠液的总质量之比为：95:5；硅橡胶各组分混合后的粘度在25℃下为3000mPa·s；乙烯基与Si-H摩尔比为1：1.1；以硅橡胶各组分的质量为100％计，疏水性白炭黑的含量为40％，铂催化剂所提供铂的含量为5ppm。

实施例5

将二氧化硅纳米粒子、聚乙二醇单烯丙基醚低聚物按重量比40:60加入容器中，之后加入二氧化硅纳米粒子和聚乙二醇单烯丙基醚低聚物总重量3倍的乙醇，进行超声分散，直至二氧化硅纳米粒子完全分散，之后通过旋转或加热蒸发的方法去除乙醇，从而得到剪切增稠液。

将含乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑填料以及所制备的剪切增稠液按相应比例加入混合容器，在机械搅拌的作用下进行混合，然后在120℃的温度下固化1小时，即可得到本发明的硅橡胶抗冲击吸能材料。其中含有乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑的总质量与剪切增稠液的总质量之比为：60:40；硅橡胶各组分混合后的粘度在25℃下为3000mPa·s；乙烯基与Si-H摩尔比为1：1.6；以硅橡胶各组分的质量为100％计，疏水性白炭黑的含量为40％，铂催化剂所提供铂的含量为5ppm。

实施例6

将二氧化硅纳米粒子、聚乙二醇单烯丙基醚低聚物按重量比40:60加入容器中，之后加入二氧化硅纳米粒子和聚乙二醇单烯丙基醚低聚物总重量3倍的乙醇，进行超声分散，直至二氧化硅纳米粒子完全分散，之后通过旋转或加热蒸发的方法去除乙醇，从而得到剪切增稠液。

将含乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑填料以及所制备的剪切增稠液按相应比例加入混合容器，在机械搅拌的作用下进行混合，然后在120℃的温度下固化1小时，即可得到本发明的硅橡胶抗冲击吸能材料。其中含有乙烯基的硅油或硅树脂、含氢硅油或硅树脂、铂催化剂、疏水性白炭黑的总质量与剪切增稠液的总质量之比为：60:40；硅橡胶各组分混合后的粘度在25℃下为15000mPa·s；乙烯基与Si-H摩尔比为1：1.6；以硅橡胶各组分的质量为100％计，疏水性白炭黑的含量为40％，铂催化剂所提供铂的含量为5ppm。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，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。

Claims (7)

1.硅橡胶抗冲击吸能材料的制备方法，其特征在于：

包括：

1)利用微纳米粒子与聚乙二醇单烯丙基醚低聚物制备成剪切增稠液；

2)利用剪切增稠液与液体硅橡胶组合物成分的不相溶性，将剪切增稠液与液体硅橡胶组合物进行机械混合后，固化得到。

2.根据权利要求1所述硅橡胶抗冲击吸能材料的制备方法，其特征在于：

所述剪切增稠液的质量分数为5～40％，液体硅橡胶组合物的质量为60～95％，两种成分的质量之和为100％。

3.根据权利要求1或2所述硅橡胶抗冲击吸能材料的制备方法，其特征在于：

所述剪切增稠液是以微纳米粒子为分散相，聚乙二醇单烯丙基醚低聚物为分散介质制备而成。其中，微纳米粒子为粒径范围在20～1000nm的二氧化硅、碳酸钙、聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯颗粒中的至少一种；聚乙二醇单丙烯基醚的分子量为100～400；以剪切增稠液的质量为100％计，微纳米粒子的质量分数为40～70％。

4.根据权利要求1或2所述硅橡胶抗冲击吸能材料的制备方法，其特征在于：

所述液体硅橡胶组合物为硅氢加成型，包括以下成分：乙烯基硅油或乙烯基硅树脂、含氢硅油或含氢硅树脂、疏水性白炭黑填料、铂催化剂。其中，液体硅橡胶组合物的粘度在25℃下为3000～15000mPa·s；乙烯基与Si-H摩尔比为1：1.1～1：1.6；以液体硅橡胶组合物的质量为100％计，疏水性白炭黑的含量为0～40％，铂催化剂所提供铂的含量为5-50ppm。

5.根据权利要求1或2所述硅橡胶抗冲击吸能材料的制备方法，其特征在于：

所述固化为在温度20～120℃下固化1～2小时。

6.一种硅橡胶抗冲击吸能材料，其特征在于：由权利要求1至5任一权利要求所述硅橡胶抗冲击吸能材料的制备方法制备得到的。

7.根据权利要求6所述硅橡胶抗冲击吸能材料，其特征在于：

所述硅橡胶抗冲击吸能材料，同时具有闭孔泡沫结构和剪切增稠液以液滴形式分散于硅橡胶基体的结构。