CN109456600B - 阻燃硅胶泡棉及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃硅胶泡棉及其生成方法，其特征在于，由包括重量份组分：100份有机硅氧烷、15～55份白炭黑、0.6～1.6份交联剂、23～73份阻燃剂和0.01～1.0份催化剂组成的硅胶混合料，置于上下离型膜之间，经高温下发泡固化而成的硅胶泡棉材料，本产品具有稳定均匀的椭圆闭孔结构、密度均匀、回弹力优良可控、表面光洁平整等优点，可用于新能源汽车的减重、减震、降噪、阻尼、阻燃，汽车电池安装保护及电线保护等部位。

Description

阻燃硅胶泡棉及其生产方法
技术领域
本发明涉及弹性硅胶领域，具体涉及一种阻燃硅胶泡棉及其生产方法。
背景技术
汽车内部一般采用海绵、沥青板来达到减重、减震、降噪的目的，但是海绵具有吸水性会对汽车金属产生锈腐，海绵隔音减震效果都很差且不阻燃；沥青板具有自身重、不耐高温、不阻燃及自身带有污染等缺点。
随着科学技术的发展，新型的阻燃硅胶泡棉成为车用海绵及沥青板的替代品，阻燃硅胶泡棉具有减震抗压、密封降噪、防火阻燃、抗紫外线及臭氧、耐极限高低温等功能，产品密度均匀、结构稳定、具有良好的回弹力等优点，因此发展迅速，其中道康宁公司的硅胶类泡棉产品应用最广泛，占有该领域80％的市场份额。
文献【刘芳，罗世凯，赵祺，等.脱氢型液体硅橡胶的交联与发泡反应特性研究[J].化工新型材料.2015年05期】中公开了硅橡胶发泡产品结构与特性，该研究方法制备出的泡棉产品有发泡倍率高、回弹力良好、工艺简单的优点，但是目前世面上的硅胶泡棉产品在泡孔结构的控制、回弹力稳定性及膜面光洁度上都还存在无法克服的问题，导致生产出的产品具有泡孔大小不均，回弹力差，表面不光洁容易撕裂等缺陷，使得该材料在各领域的应用也受到了局限。
随着我国的新能源汽车行业的高速发展，中硬度高弹性硅胶泡棉的市场需求迅速扩大，但是我国的阻燃硅胶泡棉生产技术还处于起步阶段，该产品完全依赖进口，对新能源汽车电池的包覆安全性及汽车自身的减重、降噪、阻燃等性能上都迫切需要泡孔结构均匀、回弹力稳定、膜面光滑平整的阻燃硅胶泡棉新产品，以适应我国新能源汽车行业的健康发展。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种中硬度高弹性的硅胶泡棉及其生产方法，所生产的硅胶泡棉材料泡孔结构均匀、回弹力优良可控、表面光洁平整，可用于新能源汽车的减重、减震、降噪、阻尼、阻燃，汽车电池安装保护及电线保护等部位。
本发明的第一个目的是提供一种阻燃硅胶泡棉，其特征在于，由包括重量份组分：100份有机硅氧烷、15～55份白炭黑、0.6～1.6份交联剂、23～73份阻燃剂和0.01～1.0份催化剂组成的硅胶混合料，置于上下层离型膜之间，经高温下发泡固化而成的硅胶泡棉材料。
所述的有机硅氧烷是以羟基二甲基甲硅氧基为端基的聚二甲基硅氧烷，粘度为12000～80000CS，例如：宁波道若有机硅有限公司107硅橡胶、美国道康宁公司生产的PXM-200硅氧烷；所述的白炭黑为气相法二氧化硅，粒径为5～50nm；所述的交联剂为甲基含氢硅油，粘度为10～500CS，例如：美国道康宁公司的MHX1107氢基硅油；所述的阻燃剂为适用于硅橡胶的磷系阻燃粉、有机硅阻燃粉中的一种或多种，细度为500～800目，例如：东莞市道尔化工有限公司生产的磷系阻燃粉，广东铨盛化工有限公司的SI9501有机硅阻燃粉；所述的催化剂为主要成分为铂(0)-二乙烯基四甲基二硅氧烷复合物的铂金催化剂，其中Pt含量为1000～6000ppm，例如：德国卡斯特生产的ACS-Pt-10铂金催化剂。
进一步地，本发明的一种阻燃硅胶泡棉，硅胶混合料中还包括0.5～10份着色剂。所述的着色剂为东莞新合科技公司生产的色浆，根据产品对颜色的要求调配。
本发明的的第二个目的是提供一种阻燃硅胶泡棉的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
在设置有同步运行的上离型膜和下离型膜的放料台上，将硅胶混合料放到下离型膜的上表面，并在硅胶混合料上覆盖上离型膜，再送入设定高度的刮刀间隙，通过刮刀的剪切力将位于上下离型膜之间的硅胶混合料刮平，形成胶料膜层，然后送入可分段控温的烘箱中，在115～190℃下发泡并固化定型，冷却后分离上下离型膜，收卷中间层的产品，即可得到本发明的阻燃硅胶泡棉。
所述的硅胶混合料由包括重量份组分：100份有机硅氧烷、15～55份白炭黑、0.6～1.6份交联剂、23～73份阻燃剂和0.01～1.0份催化剂组成。
进一步地，所述的硅胶混合料中还包括0.5～10份的着色剂。
所述的有机硅氧烷是以羟基二甲基甲硅氧基为端基的聚二甲基硅氧烷，粘度为12000～80000CS，例如：宁波道若有机硅有限公司107硅橡胶、美国道康宁公司生产的PXM-200硅氧烷；所述的白炭黑为气相法二氧化硅，粒径为5～50nm；所述的交联剂为甲基含氢硅油，粘度为10～500CS，例如：美国道康宁公司的MHX1107氢基硅油；所述的阻燃剂为适用于硅橡胶的磷系阻燃粉、有机硅阻燃粉中的一种或多种，细度为500～800目，例如：东莞市道尔化工有限公司生产的磷系阻燃粉，广东铨盛化工有限公司的SI9501有机硅阻燃粉；所述的催化剂为主要成分为铂(0)-二乙烯基四甲基二硅氧烷复合物的铂金催化剂，其中Pt含量为1000～6000ppm，例如：德国卡斯特生产的ACS-Pt-10铂金催化剂。
进一步地，所述的上离型膜和下离型膜为特氟龙离型膜，厚度为30～50um，抗拉伸力5～10kg的特氟龙膜，细腻纹理。
进一步地，所述的上离型膜和下离型膜为特氟龙离型膜的放卷张力为0.2～0.5MPa。
进一步地，所述的刮刀为可升降调节的立式刮刀，通过调节刮刀间隙来控制对硅胶混合体施加剪切力，达到控制硅胶混合体的发泡厚度的目的。
进一步地，所述的烘箱为皮带轮转式平行9段烘箱，前4段温度设定为120～150℃，第5～8段设定为160～180℃，最后1段在常温下通风冷却。
进一步地，所述的烘箱运行的车速为3～7m/min。
进一步地，本发明的一种硅胶泡棉的生产方法，还包括硅胶混合料的制备过程，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将100份有机硅氧烷、15～55份白碳黑和23～73份阻燃剂置于捏合机料斗内，在60～85℃下在搅拌速度为40～70转/min下搅拌50～80min使之混合均匀，然后再边抽真空边搅拌10～30min，去除胶体中夹杂的气泡，制得乳白色粘稠状的硅胶基料。
(2)将料斗温度降至5～10℃，然后将0.5～1份着色剂和0.01～1.0份铂金催化剂添加到料斗内，在搅拌速度为30～60转/min下搅拌5～20min使色浆和铂金催化剂均匀地分散于基料中；再加入0.6～1.6份氢基硅油，搅拌均匀即可得到所述的硅胶混合料。
进一步地，步骤(1)中所述的捏合机料斗的温度为70～80℃在搅拌速度为50～60转/min下搅拌50～60min；步骤(2)中所述的料斗在搅拌速度为40～50转/min下搅拌10～15min。
本发明的方法通过可调节的立式刮刀提高剪切力的大小来调节泡棉的厚度，由于将硅胶混合料置于上下离型膜之间后再用刮刀刮平，因此需要刮刀的剪切强度更大，可以对泡棉的厚度及回弹力进行有效控制；通过上下离型膜的膜压法保证硅胶泡棉稳定发泡固化、顺利脱膜、表面平整光滑；再通过高温发泡和固化定型，生产出具有稳定均匀的椭圆闭孔结构、密度均匀、回弹力优良可控、表面光洁的阻燃硅胶泡棉材料。
本发明制得的阻燃硅胶泡棉具有以下独特性：泡孔结构为纵向均匀椭圆形闭孔，在球状物的回弹力上物理性能最佳，解决了同类产品的圆孔形、泡孔不均，孔壁破裂等问题；发泡倍率准确可控，保证泡棉厚度的稳定，解决了现有产品存在厚薄不均的问题；表面光洁平整，可背胶或直接用于产品的隔断及包覆。针对现有同类泡棉产品表面容易产生小孔，在抗压和撕裂时容易断裂的问题，得到了有效的控制；优异的阻燃性、耐酸碱性、耐高低温(-55～200℃)，适合用于各行业特殊环境下对产品的防护及阻隔。
具体实施方式
下面通过实例进一步说明本发明，但不因此将本发明限制在实例之内。本实施例中所用的原材料均为市售，其中：
硅氧烷：采用宁波道若有机硅有限公司107硅橡胶、美国道康宁公司生产的PXM-200硅氧烷；白炭黑：采用韩国东洋K200；交联剂：采用美国道康宁公司的MHX1107氢基硅油(粘度50CS)；阻燃剂：东莞市道尔化工有限公司生产的磷系阻燃粉，广东铨盛化工有限公司的SI9501有机硅阻燃粉；催化剂：采用德国卡斯特生产的ACS-Pt-10铂金催化剂。
实施例1
(1)取100份107硅橡胶(粘度32000CS)、35份韩国东洋K200白碳黑、48份道尔公司的磷系阻燃剂置于捏合机内；设定料斗温度为80℃，在40转/min的转速下搅拌80min；用真空泵边抽真空边搅拌10min脱泡，制得乳白色粘稠状硅胶基料。
(2)开启冷却循环，将料斗降温到10℃，然后取2份色浆和0.5份ACS-Pt-10铂金催化剂加到料斗内，设转速为50转/min搅拌10min，将色浆和铂金催化剂均匀地分散于硅胶基料中；再加入1.6份MHX1107氢基硅油，在转速为50转/min下搅拌5min，得到硅胶混合料。
(3)将硅胶混合料置于送料斗内，双放料三收料装置，悬挂于放料位上；收放卷处加装上下两组同步收放卷装置，上下放卷安装好特氟龙离型膜卷。
启动机器，打开放料阀门，控制好硅胶混合料的流速，将硅胶混合料放到下离型膜的上表面，并在硅胶混合料上覆盖上离型膜，将硅胶混合料在上下离型膜中带入可升降调节的立式刮刀，设定2mm的刮刀间隙，设定上下离型膜的放卷张力为0.2MPa，通过刮刀的剪切力将夹在上下离型膜之间的硅胶混合料刮平并压好，形成胶料膜层，然后送入皮带轮转式平行9段烘箱中发泡并固化定型，经过最后一节烘箱吹风冷却，收卷即得到本发明的阻燃硅胶泡棉。
所述烘箱的前4段温度设定为115、128、135、145℃，第5～8段设定160、167、175、185℃，最后1段不设温度只吹冷风，运行车速为5m/min。
通过以上生产实验得到了一款阻燃硅胶泡棉产品，该产品外观平整有细小可见微孔、切面泡孔平均在直径为0.3～0.5mm，厚度为7.6～8mm、发泡倍率为实际设定的3.1～4倍，密度为346kg/m3，测得的压缩变形率为7.3％，抗张强度为32MPa，伸长率为68％。
实施例2
1)取100份PXM-200硅氧烷(粘度12500CS)、35份韩国东洋K200白碳黑、48份SI9501有机硅阻燃粉置于捏合机内；设定料斗温度为70℃，在50转/min的转速下搅拌70min；用真空泵抽真空脱泡30min，制得乳白色粘稠状硅胶基料。
(2)开启冷却循环，将料斗温度降至5℃，然后取6份色浆和1.0份ACS-Pt-10铂金催化剂加到料斗内，设转速为60转/min搅拌10min，将色浆和铂金水均匀地分散于硅胶基料中；再加入硅港化工的1.2份氢基硅油，在转速为30转/min下搅拌20min，得到硅胶混合料。
(3)将硅胶混合料置于送料斗内，悬挂于放料位上；收放卷处加装上下两组同步收放卷装置，上下放卷安装好特氟龙离型膜卷。
启动机器，打开放料阀门，控制好硅胶混合料的流速，将硅胶混合料放到下离型膜的上表面，并在硅胶混合料上覆盖上离型膜，将硅胶混合料在上下离型膜中带入可升降调节的立式刮刀，设定2mm的刮刀间隙，设定上下离型膜的放卷张力为0.4MPa，通过刮刀的剪切力将夹在上下离型膜之间的将硅胶混合料刮平并压好，形成胶料膜层，然后送入皮带轮转式平行9段烘箱中发泡并固化定型，经过最后一节烘箱吹风冷却，收卷即得到本发明的阻燃硅胶泡棉。
所述烘箱的前4段温度设定为120、130、140、150℃，第5～8段设定为160、160、170、180℃，最后1段不设温度只吹冷风，运行车速为5m/min。
通过以上生产实验我们得到了一款阻燃硅胶泡棉产品，该外观平整光滑、切面泡孔平均在直径为0.4～0.6mm，厚度为6.6～6.9mm、发泡倍率为实际设定的3.3～3.4倍，密度为358kg/m3，我们测得的压缩变形率为6.2％，抗张强度为36MPa，伸长率为78％。
实施例3
实施例3中针对添加的白炭黑和阻燃粉做了调整，白炭黑调整为45份，阻燃粉调整为58份，其他原料和工艺维持实施例2不变，制得的硅胶泡棉具有如下的变化特征：切面泡孔平均在直径为0.3～0.5mm，厚度为6.4～6.8mm、发泡倍率为实际设定的3.2～3.4倍，密度为366kg/m3，测得压缩变形率为4.1％，抗张强度为40MPa，伸长率为82％。
实施例4
实施例4中通过调整添加的白炭黑和阻燃粉的量，白炭黑调整为55份，阻燃粉调整为73份，其他原料和工艺维持实施例2不变，制得的硅胶泡棉具有如下的变化特征：切面泡孔平均在直径为0.3～0.4mm，厚度为6～6.6mm、发泡倍率为实际设定的3～3.3倍,密度为387kg/m3，测得压缩变形率为3.8％，抗张强度为44MPa，伸长率为76％。
实施例5
实施例5中通过调整添加的白炭黑和阻燃粉的量，白炭黑调整为55份，阻燃粉调整为58份，其他原料和工艺维持实施例2不变，通过实验生产我们制得的硅胶泡棉具切面泡孔平均在直径为0.2～0.3mm，厚度为6.4～6.6mm、发泡倍率为实际设定的3.2～3.3倍，密度为380kg/m3，测得压缩变形率为4.2％，抗张强度为48MPa，伸长率为90％。
实施例6
(1)取100份PXM-200硅氧烷(粘度60000CS)、15份韩国东洋K200白碳黑、30份道尔公司的阻燃剂置于捏合机内；设定料斗温度为60℃，在70转/min的转速下搅拌50min；用真空泵抽真空脱泡20min，制得乳白色粘稠状硅胶基料。
(2)开启冷却循环，将料斗温度降至8℃，然后取1.8份色浆和0.05份ACS-Pt-10铂金催化剂加到料斗内，设转速为60转/min搅拌5min，将色浆和铂金催化剂均匀地分散于硅胶基料中；再加入0.6份MHX1107氢基硅油，在转速为40转/min下搅拌15min，得到硅胶混合料。
(3)将硅胶混合料置于送料斗内，悬挂于放料位上；收放卷处加装上下两组同步收放卷装置，上下放卷安装好特氟龙离型膜卷。
启动机器，打开放料阀门，控制好硅胶混合料的流速，将硅胶混合料放到下离型膜的上表面，并在硅胶混合料上覆盖上离型膜，将硅胶混合料在上下离型膜中带入可升降调节的立式刮刀，设定2mm的刮刀间隙，设定上下离型膜的放卷张力为0.5MPa，通过刮刀的剪切力将夹在上下离型膜之间的将硅胶混合料刮平并压好，形成胶料膜层，然后送入皮带轮转式平行9段烘箱中发泡并固化定型，经过最后一节烘箱吹风冷却，收卷即得到本发明的阻燃硅胶泡棉。
所述烘箱的前4段温度设定为120、130、140、150℃，第5～8段设定为165、175、195、180℃，最后1段不设温度只吹冷风，运行车速为7m/min。
通过以上生产实验我们得到了一款阻燃硅胶泡棉产品，该外观平整光滑、切面泡孔平均在直径为0.3～0.5mm，厚度为6.3～6.7mm、发泡倍率为实际设定的3.1～3.3倍，密度为361kg/m3，我们测得的压缩变形率为5.6％，抗张强度为38MPa，伸长率为73％。
将本实施例1～6得到的阻燃硅胶泡棉，按照表1规定的方法测试理化性能，结果见表1，切开本阻燃硅胶泡棉，可见内部为纵向均匀椭圆形闭孔。
表1实施例1～6的产品测试结果
Figure BDA0001833635490000091
Figure BDA0001833635490000101
由表1可见，本发明的阻燃硅胶泡棉对生产配方和生产工艺有严格的要求，对比实施例1和实施例2，只调整了生产工艺中的放料部的张力由2kg变为4kg，即加大了刮刀的剪切力，制得的产品在泡孔明显变小、更加均匀；实施例1和例3、例4比较，针对配方中添加的填充物白炭黑、阻燃粉做了改变，从上表中比较得出密度的由小变大与添加量由少变多的变化规律，并得出合适的密度的添加量，而实施例5中制得的产品性能指标最优。

Claims (13)

1.一种阻燃硅胶泡棉，其特征在于，由包括重量份组分：100份有机硅氧烷、15～55份白炭黑、0.6～1.6份交联剂、23～73份阻燃剂和0.01～1.0份催化剂组成的硅胶混合料，置于同步运行的上离型膜和下离型膜之间，通过刮刀刮平形成胶料膜层，经高温下发泡固化而成的片状硅胶泡棉材料；
所述上离型膜和下离型膜为涂硅特氟龙离型膜；所述的交联剂为甲基含氢硅油，粘度为10～500CS。
2.根据权利要求1所述的阻燃硅胶泡棉，其特征在于，所述的有机硅氧烷是以羟基二甲基甲硅氧基为端基的聚二甲基硅氧烷，粘度为12000～80000CS；所述的白炭黑为气相法二氧化硅，粒径为5～50nm；所述的阻燃剂为适用于硅橡胶的磷系阻燃粉、有机硅阻燃粉中的一种或多种，细度为500～800目；所述的催化剂为主要成分为铂（0）-二乙烯基四甲基二硅氧烷复合物的铂金催化剂，其中Pt含量为1000～6000ppm。
3.根据权利要求1所述的阻燃硅胶泡棉，其特征在于，硅胶混合料中还包括0.5～10份的着色剂。
4.一种阻燃硅胶泡棉的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
在设置有同步运行的上离型膜和下离型膜的放料台上，将硅胶混合料放到下离型膜的上表面，并在硅胶混合料上覆盖上离型膜，再送入设定高度的刮刀间隙，通过刮刀的剪切力将位于上下离型膜之间的硅胶混合料刮平，形成胶料膜层，然后送入可分段控温的烘箱中，在115～190℃下发泡并固化定型，冷却后分离上下离型膜，收卷中间层的产品，即可得到所述的阻燃硅胶泡棉；所述上离型膜和下离型膜为涂硅特氟龙离型膜。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述的硅胶混合料由包括重量份组分：100份有机硅氧烷、15～55份白炭黑、0.6～1.6份交联剂、23～73份阻燃剂和0.01～1.0份催化剂组成。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述的硅胶混合料中还包括0.5～10份的着色剂。
7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述上离型膜和下离型膜的厚度为30～50um，抗拉伸力5～10kg。
8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述的上离型膜和下离型膜为特氟龙离型膜的放卷张力为0.2～0.5MPa。
9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述的刮刀为可升降调节的立式刮刀。
10.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述的烘箱为皮带轮转式平行9段烘箱，前4段温度设定为120～150℃，第5～8段设定为160～180℃，最后1段在常温下通风冷却。
11.根据权利要求10所述的生产方法，其特征在于，所述的烘箱运行的车速3～7m/min。
12.根据权利要求4～11任一项所述的生产方法，其特征在于，还包括所述硅胶混合料的制备过程，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将100份有机硅氧烷、15～55份白碳黑和23～73份阻燃剂置于捏合机料斗内，在60～85℃下在搅拌速度为40～70转/min下搅拌50～80min使之混合均匀，然后再边抽真空边搅拌10～30min，去除胶体中夹杂的气泡，制得乳白色粘稠状的硅胶基料；
（2）将料斗温度降至5～10℃，然后将0.5～1份着色剂和0.01～1.0份铂金催化剂添加到料斗内，在搅拌速度为30～60转/min下搅拌5～20min使所述着色剂和铂金催化剂均匀地分散于所述硅胶基料中；再加入0.6～1.6份氢基硅油，搅拌均匀即可得到所述的硅胶混合料。
13.根据权利要求12所述的生产方法，其特征在于，步骤（1）中所述的捏合机料斗的温度为70～80℃在搅拌速度为50～60转/min下搅拌50～60min；步骤（2）中所述的料斗在搅拌速度为40～50转/min下搅拌10～15min。
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