CN109722027A - 一种高回弹有机硅泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高回弹有机硅泡沫材料及其制备方法。该高回弹有机硅泡沫材料由A组分和B组分按照质量比为1：1混合制备而成，A组分包括：高粘度羟基硅油、低粘度羟基硅油、乙烯基硅油、硅树脂、纳米填料、铂金催化剂、抑制剂；B组分包括：高粘度羟基硅油、含氢硅油、纳米填料。该制备方法包括以下步骤：按照原料配比分别配制A、B组分；将A、B组分通过注射枪混合，快速将混合料注入预热好的模具中模压成型，模压成型过程中混合料自动发泡，然后将发泡后的混合料进行二段硫化，得到高回弹有机硅泡沫材料。由该方法制得的高回弹有机硅泡沫材料，泡孔均匀，具有密度小、抗撕裂性能良好、压缩永久变形优异的特点。

Description

一种高回弹有机硅泡沫材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子泡沫材料技术领域，尤其涉及一种高回弹有机硅泡沫材料及其制备方法。

背景技术

有机硅材料是以Si-O-Si键交替组成的长链为主链，以有机基团为侧链的半无机高分子聚合物，有机硅材料具有良好的耐高低温性、耐候性、耐化学品性、阻燃性和优良的电绝缘性。而有机硅泡沫复合材料集有机硅材料和泡沫材料的优良特性于一体，既具有机硅材料的高耐热性，又保持了泡沫材料的低密度、高柔软性、高弹性和良好的减震减噪性能。目前，有机硅泡沫复合材料通常用作阻尼、保温、隔声、减震、电绝缘封装等材料，尤其是随着高速铁路的快速发展，铁路运行速度的再一次提升，在减重、吸音、减震、阻燃的要求下，有机硅泡沫复合材料已在高铁上逐步扩大应用，因此，制备力学性能良好、高压缩回弹性、密度小的有机硅泡沫材料已成为研究的热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高回弹有机硅泡沫材料，该有机硅泡沫材料密度小、压缩永久变形小且具有良好的力学性能，同时还提供该有机硅泡沫材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高回弹有机硅泡沫复合材料，所述高回弹有机硅泡沫材料由A组分和B组分按照质量比为1：1混合制备而成，所述A组分中包括以下重量份的原料：

所述B组分中包括以下重量份的原料：

高粘度羟基硅油 60份～90份、

含氢硅油 5份～30份、

纳米填料 5份～10份。

上述的高回弹有机硅泡沫材料，优选的，所述高粘度羟基硅油的粘度为10Pa.s～100Pa.s，所述低粘度羟基硅油的粘度为1Pa.s～5Pa.s。本发明的高回弹有机硅泡沫材料，原料中添加的高粘度羟基硅油可以提高基体树脂的分子量，从而在一定程度上提高材料强度，添加的低粘度羟基硅油则可以起到辅助发泡的作用。

上述的高回弹有机硅泡沫材料，优选的，所述含氢硅油中氢的质量含量为0.1％～1.5％。

上述的高回弹有机硅泡沫材料，优选的，所述抑制剂为1-炔基环己醇、甲基乙烯基环四硅氧烷、富马来酸酯中的一种或几种。本发明的高回弹有机硅泡沫材料，所选取的抑制剂与铂金催化剂相匹配，可以将反应速度控制在合适的范围内。

上述的高回弹有机硅泡沫材料，优选的，所述硅树脂为苯基硅树脂、甲基硅树脂、乙烯基MQ硅树脂中的一种或几种。本发明的高回弹有机硅泡沫材料，所选取的硅树脂在反应过程中可以增加交联点，提高交联密度，从而既可以提高泡沫材料的强度，又可以提高泡沫材料的回弹性能。

上述的高回弹有机硅泡沫材料，优选的，所述纳米填料为纳米蒙脱土、纳米SiO₂、纳米CaCO₃、气相法白炭黑、沉淀法白炭黑中的一种或几种。本发明的高回弹有机硅泡沫材料，所选取的纳米填料对硅橡胶的补强效果明显。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的高回弹有机硅泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照A、B组分的原料配比分别配制A、B组分；

(2)将A、B组分通过注射枪混合，获得混合料，快速将混合料注入预热好的模具中模压成型，模压成型过程中混合料自动发泡，然后将发泡后的混合料进行二段硫化，得到高回弹有机硅泡沫材料。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，发泡温度为100℃～120℃，发泡时间为10min～30min，二段硫化温度为160℃～180℃，二段硫化时间为4h～6h。本发明的制备方法，为了使发泡速度与交联速度相匹配，将发泡控制在高温下进行，这样既可以降低催化剂的添加量，从而降低成本，又能在保证发泡质量的同时提升发泡速率；所设定的发泡温度如果低于本发明的范围，将导致泡孔并孔，如果超出本发明的范围，将造成发不起泡。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中预先将模具预热至温度为100℃～120℃，预热时间为0.5～1h。本发明的制备方法，由于模具升温较慢，需预先将模具的温度升温至本发明的范围内，以保证添加的原料能够按照设定工艺进行反应。

上述的制备方法，优选的，所述注射枪的枪头内含有旋转式混合头，混合头的转速为3500r/min，在所述注射枪的A、B组分的输送管上分别安装有流量压力调节器。本发明的制备方法，通过将混合头的转速控制在本发明的范围内，有利于将A、B组分快速混合；在A、B组分的输送管上分别安装流量压力调节器，便于根据不同工艺调节A、B组分的添加量，利用搅拌混合原理，使两种组分充分混合均匀，有效地保障了浇注效果。

本发明的技术方案，采用的原料中既具有用于交联的组分，又具有用于缩合脱氢发泡的组分，通过搭配合理的工艺路线、合适的工艺参数，能够确保反应过程中发泡体系的发泡速率与树脂的交联速率相匹配，从而得到泡孔均匀、密度小、抗撕裂性良好、回弹性能优异的有机硅泡沫复合材料。

反应过程中，羟基硅油与含氢硅油反应所涉及的化学反应方程式如式(1)所示，该过程主要为发泡反应，通过产生氢气提供发泡所需的气体；乙烯基硅油与含氢硅油反应所涉及的化学反应方程式如式(2)所示，该过程主要为交联反应，确保所得的有机硅泡沫材料具有一定的强度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的高回弹有机硅泡沫材料，具有密度小、抗撕裂性能良好、压缩永久变形优异的特点，其密度为200kg/m³～400kg/m³，拉伸强度＞250kPa，断裂伸长率＞50％；在温度为70℃、时间为22h、压缩率为50％的条件下，压缩永久变形＜3％；在温度为100℃、时间为22h、压缩率为50％的条件下，压缩永久变形＜5％。

(2)本发明的高回弹有机硅泡沫材料，泡孔均匀，泡孔平均直径在0.9～2mm左右。

(3)本发明的制备方法，使用注射枪混合A、B组分，能快速混合A、B组分，同时原料中添加了抑制剂，可以有效抑制A、B组分在混合过程中提前发泡。

(4)本发明的制备方法，工艺简单，可操作性强，工艺成本低，生产效率高，适于大规模化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中旋转式混合头的照片；

图2是本发明实施例1中高回弹有机硅泡沫材料的扫描电镜图(放大20倍)；

图3是本发明实施例2中高回弹有机硅泡沫材料的扫描电镜图(放大20倍)；

图4是本发明实施例3中高回弹有机硅泡沫材料的扫描电镜图(放大20倍)。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的高回弹有机硅泡沫材料，该高回弹有机硅泡沫材料由A组分和B组分按照质量比为1：1混合制备而成，其中，A组分中包括以下重量份的原料：

B组分中包括以下重量份的原料：

高粘度羟基硅油(粘度为50pa.s) 60份、

含氢硅油(氢的质量含量为0.5％) 30份、

气相法白炭黑 10份。

本实施例的高回弹有机硅泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将上述的粘度为100pa.s的高粘度羟基硅油、粘度为1pa.s的低粘度羟基硅油、乙烯基硅油、乙烯基MQ树脂、气相法白炭黑、铂金催化剂、1-炔基坏己醇混合均匀，制得A组分；将上述的粘度为50pa.s的高粘度羟基硅油、含氢硅油、气相法白炭黑混合均匀，制得B组分；

(2)将平板模具置于100℃硫化机上预热1h，将A、B组分按照质量比为1:1通过注射枪混合30s，获得混合料，快速将混合料注入预热好的模具中模压成型，在100℃下发泡15min，然后在180℃下二段硫化4h，得到高回弹有机硅泡沫材料。所使用的注射枪的枪头内含有旋转式混合头(如图1所示)，混合头的转速为3500r/min，并且为了便于调节A、B组分的输入量，在注射枪的A、B组分的输送管上分别安装流量压力调节器。

本实施例中制得的高回弹有机硅泡沫材料为白色，其放大20倍的扫描电镜图如图1所示，可以看出其泡孔均匀，泡孔孔径在0.9mm～1.2mm。经测试，本实施例的高回弹有机硅泡沫材料的密度为390kg/m³，拉伸强度为280kPa，断裂伸长率为60％；在温度为70℃、时间为22h、压缩率为50％的条件下，压缩永久变形为1.2％；在温度为100℃、时间为22h、压缩率为50％的条件下，压缩永久变形为3.4％。

实施例2：

一种本发明的高回弹有机硅泡沫材料，该高回弹有机硅泡沫材料由A组分和B组分按照质量比为1：1混合制备而成，其中，A组分中包括以下重量份的原料：

B组分中包括以下重量份的原料：

高粘度羟基硅油(粘度为50pa.s) 70份、

含氢硅油(氢的质量含量为0.5％) 20份、

纳米二氧化硅 10份。

本实施例的高回弹有机硅泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照A组分的原料配比将上述的粘度为50pa.s的高粘度羟基硅油、粘度为5pa.s的低粘度羟基硅油、乙烯基硅油、乙烯基MQ树脂、气相法白炭黑、铂金催化剂、1-炔基坏己醇混合均匀，制得A组分；按照B组分的原料配比将上述的粘度为50pa.s的高粘度羟基硅油、含氢硅油、气相法白炭黑混合均匀，制得B组分；

(2)将平板模具置于100℃硫化机上预热1h，将A、B组分按照质量比为1:1通过注射枪混合30s，获得混合料，快速将混合料注入预热好的模具中模压成型，在120℃下发泡20min，然后在180℃下二段硫化4h，得到高回弹有机硅泡沫材料。所使用的注射枪的枪头内含有旋转式混合头，混合头的转速为3500r/min，并且为了便于调节A、B组分的输入量，在注射枪的A、B组分的输送管上分别安装流量压力调节器。

本实施例中制得的高回弹有机硅泡沫材料为白色，其放大20倍的扫描电镜图如图2所示，可以看出其泡孔均匀，泡孔较粗，直径约为2mm。经测试，本实施例的高回弹有机硅泡沫材料的密度为280kg/m³，拉伸强度为260kPa，断裂伸长率为55％；在温度为70℃、时间为22h、压缩率为50％的条件下，压缩永久变形为2.1％；在温度为100℃、时间为22h、压缩率为50％的条件下，压缩永久变形为4.2％。

实施例3：

一种本发明的高回弹有机硅泡沫材料，该高回弹有机硅泡沫材料由A组分和B组分按照质量比为1：1混合制备而成，其中，A组分中包括以下重量份的原料：

本实施例的高回弹有机硅泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照A组分的原料配比将上述的粘度为70pa.s的高粘度羟基硅油、粘度为5pa.s的低粘度羟基硅油、乙烯基硅油、乙烯基MQ树脂、气相法白炭黑、铂金催化剂、1-炔基坏己醇混合均匀，制得A组分；按照B组分的原料配比将上述的粘度为70pa.s的高粘度羟基硅油、含氢硅油、气相法白炭黑混合均匀，制得B组分；

(2)将平板模具置于100℃硫化机上预热1h，将A、B组分按照质量比为1:1通过注射枪混合30s，获得混合料，快速将混合料注入预热好的模具中模压成型，在110℃下发泡18min，然后在180℃下二段硫化4h，得到高回弹有机硅泡沫材料。所使用的注射枪的枪头内含有旋转式混合头，混合头的转速为3500r/min，并且为了便于调节A、B组分的输入量，在注射枪的A、B组分的输送管上分别安装流量压力调节器。

本实施例中制得的高回弹有机硅泡沫材料为白色，其放大20倍的扫描电镜图如图3所示，可以看出其泡孔均匀，泡孔直径在0.9mm～1.5mm。经测试，本实施例的高回弹有机硅泡沫材料的密度为350kg/m³，拉伸强度为300kPa，断裂伸长率为65％；在温度为70℃、时间为22h、压缩率为50％的条件下，压缩永久变形为1.7％；在温度为100℃、时间为22h、压缩率为50％的条件下，压缩永久变形为3.8％。

Claims (10)

1.一种高回弹有机硅泡沫材料，其特征在于，所述高回弹有机硅泡沫材料由A组分和B组分按照质量比为1：1混合制备而成，所述A组分中包括以下重量份的原料：

所述B组分中包括以下重量份的原料：

高粘度羟基硅油 60份～90份、

含氢硅油 5份～30份、

纳米填料 5份～10份。

2.根据权利要求1所述的高回弹有机硅泡沫材料，其特征在于，所述高粘度羟基硅油的粘度为10Pa.s～100Pa.s，所述低粘度羟基硅油的粘度为1Pa.s～5Pa.s。

3.根据权利要求1所述的高回弹有机硅泡沫材料，其特征在于，所述含氢硅油中氢的质量含量为0.1％～1.5％。

4.根据权利要求1所述的高回弹有机硅泡沫材料，其特征在于，所述抑制剂为1-炔基环己醇、甲基乙烯基环四硅氧烷、富马来酸酯中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的高回弹有机硅泡沫材料，其特征在于，所述硅树脂为苯基硅树脂、甲基硅树脂、乙烯基MQ硅树脂中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的高回弹有机硅泡沫材料，其特征在于，所述纳米填料为纳米蒙脱土、纳米SiO₂、纳米CaCO₃、气相法白炭黑、沉淀法白炭黑中的一种或几种。

7.一种如权利要求1～6中任一项所述的高回弹有机硅泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照A、B组分的原料配比分别配制A、B组分；

(2)将A、B组分通过注射枪混合，获得混合料，快速将混合料注入预热好的模具中模压成型，模压成型过程中混合料自动发泡，然后将发泡后的混合料进行二段硫化，得到高回弹有机硅泡沫材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，发泡温度为100℃～120℃，发泡时间为10min～30min，二段硫化温度为160℃～180℃，二段硫化时间为4h～6h。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中预先将模具预热至温度为100℃～120℃，预热时间为0.5～1h。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述注射枪的枪头内含有旋转式混合头，混合头的转速为3500r/min，在所述注射枪的A、B组分的输送管上分别安装有流量压力调节器。