CN113549330A - 一种高强度易脱模的模具硅胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及模具硅胶领域，具体公开了一种高强度易脱模的模具硅胶及其制备方法。一种高强度易脱模的模具硅胶，由A组分和B组分制成，A组分包含以下重量份的原料：乙烯基硅油100份；铂催化剂0.005~0.015份；补强助剂50~68份；抑制剂0.01~0.025份；补强助剂包含聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷，聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷氧烷的重量比为(25~33):(3~10):1；B组分包含以下重量份的原料：乙烯基硅油100份；含氢硅油20~30份；其中A组分与B组分的重量比为(1~10):1。本申请具有模具硅胶强度高的优点。

Description

一种高强度易脱模的模具硅胶及其制备方法
技术领域
本申请涉及模具硅胶领域，更具体地说，它涉及一种高强度易脱模的模具硅胶及其制备方法。
背景技术
模具硅胶一般是指有机硅室温双组份模具胶，成型后可以作为模具使用，与金属模具相比，模具硅胶的制造周期更短，加工成型方便，耐热，因此对于未能最终确定的试样模具，模具硅胶制得的模具较金属模具有更高的适应性。
模具硅胶包括缩合型模具硅胶和加成型模具硅胶，其中加成型模具硅胶一般以硅油、填料、交联剂、催化剂和抑制剂等为原料，加成型模具硅胶由于不会产生乙醇等低分子物质而得到广泛的应用。
加成型模具硅胶的填料为白炭黑，白炭黑对模具硅胶起到补强作用，但是对于成型质量和耐用性要求高的模具，单纯用白炭黑并不能很好的增加模具硅胶的强度，有待改进。
发明内容
为了获得强度较高的模具硅胶，本申请提供一种高强度易脱模的模具硅胶及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种高强度易脱模的模具硅胶，采用如下的技术方案：
一种高强度易脱模的模具硅胶，由A组分和B组分制成，所述A组分包含以下重量份的原料：
乙烯基硅油 100份；
铂催化剂 0.005~0.015份；
补强助剂 50~68份；
抑制剂 0.01~0.025份；
所述补强助剂包含聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷，所述聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷氧烷的重量比为(25~33):(3~10):1；
所述B组分包含以下重量份的原料：
乙烯基硅油 100份；
含氢硅油 3~10份；
其中所述A组分与所述B组分的重量比为(1~10):1。
通过采用上述技术方案，由于采用碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷作为补强助剂，提高了模具硅胶的强度，而且其中的碳纤维是经过聚丙烯酰胺接枝改性后才与氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷有良好的配合作用，因为碳纤维经过接枝改性后与基料的相容性大大提高，且由于苯基三甲氧基硅烷的加入，可能使得接枝后的碳纤维能配合氧化锌晶须形成稳定的立体结构，从而提高模具硅胶的结构强度，另外还产生了使模具硅胶表面更加润滑的效果，提高脱模性。
优选的，所述氧化锌晶须的针状体长度为10~20μm。
通过采用上述技术方案，上述针状体长度有助于形成稳定的补强立体结构。
优选的，所述聚丙烯酰胺接枝碳纤维的制备方法为：将碳纤维浸泡于硝酸溶液中，使碳纤维表面发生刻蚀，得到预处理碳纤维；将预处理碳纤维、丙烯酰胺、聚乙二醇和水混合搅拌，在55~70℃下滴加过硫酸铵水溶液，继续搅拌2~3h，得到聚丙烯酰胺接枝碳纤维，所述预处理碳纤维、丙烯酰胺、聚乙二醇、过硫酸铵水溶液和水的重量比为10:(1.8~3):(0.5~1.5):(1~2):(30~40)，所述过硫酸铵水溶液的质量浓度为15~20g/L。
通过采用上述技术方案，对碳纤维进行接枝改性，从而获得聚丙稀铣胺接枝碳纤维，提高碳纤维与基料的相容性，且先通过硝酸刻蚀的方法，增加碳纤维表面的活性基团，从而提高聚丙烯酰胺接枝的成功率和稳定性。
优选的，所述碳纤维的目粒度为100~120目。
通过采用上述技术方案，上述目粒度的碳纤维能够与氧化锌晶须较好的适配。
优选的，所述乙烯基硅油的乙烯基质量分数为0.3~0.5%。
通过采用上述技术方案，上述乙烯基质量分数有助于获得强度较高的模具硅胶。
优选的，所述抑制剂为四甲基四乙烯基环四硅氧烷。
通过采用上述技术方案，四甲基四乙烯基环四硅氧烷可以很好的保持硅胶原料的稳定。
优选的，所述氧化锌晶须为经过改性的氧化锌晶须，改性步骤为：将未经过改性的氧化锌晶须、乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇和水在55~65℃下搅拌混合1~2h，得到经过改性的氧化锌晶须，所述未经过改性的氧化锌晶须、乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇和水的重量比为10:(0.7~1.3):(20~30):(2~4)。
通过采用上述技术方案，对氧化锌晶须进行表面改性，使氧化锌晶须与碳纤维形成的立体结构更加稳定，从而进一步提高模具硅胶的强度。
优选的，所述A组分中补强助剂的重量份为62~64份，所述聚丙烯酰胺接枝碳纤维、经过改性的氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷的重量比为(28.5~29.3):(6.2~6.8):1。
通过采用上述技术方案，在上述的聚丙烯酰胺接枝碳纤维、经过改性的氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷配比范围，不仅保持模具硅胶良好的强度，而且可以减小模具硅胶的线性收缩率，提高结构稳定性。
第二方面，本申请提供一种高强度易脱模的模具硅胶的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高强度易脱模的模具硅胶的制备方法，包括以下步骤：
制备A组分：将聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷混合，然后加入乙烯基硅油并在110~130℃下混合0.5~1.5h，然后加入铂催化剂和抑制剂，室温下混合15~30min，得到A组分；
制备B组分：将乙烯基硅油和含氢硅油在室温下混合15~30min，得到B组分；
制备模具硅胶：将A组分和B组分混合，真空脱泡20~40min，得到模具硅胶。
通过采用上述技术方案，先将聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷三者作为补强助剂混合，充分混合均匀后再与乙烯基硅油混合，有助于获得强度良好的模具硅胶。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷作为补强助剂，提高了模具硅胶的强度，而且其中的碳纤维是经过聚丙烯酰胺接枝改性后才与氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷有良好的配合作用，因为碳纤维经过接枝改性后与基料的相容性大大提高，且由于苯基三甲氧基硅烷的加入，可能使得接枝后的碳纤维能配合氧化锌晶须形成稳定的立体结构，从而提高模具硅胶的结构强度，另外还产生了使模具硅胶表面更加润滑的效果，提高脱模性。
2、本申请中优选采用乙烯基三甲氧基硅烷对氧化锌晶须进行改性，且配合聚丙烯酰胺接枝碳纤维、经过改性的氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷三者特定的比例，不仅进一步提高模具硅胶的强度，而且提高了模具硅胶的结构稳定性。
具体实施方式
乙烯基硅油选购自济南汇锦川商贸有限公司，乙烯基质量分数为0.3~0.5%，黏度4500 mPa·s；
铂催化剂选购自上海久岭化工有限公司，铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷；
碳纤维选购自东丽碳纤维(广东)有限责任公司，目粒度100~120目；
氧化锌晶须选购自成都天佑晶创科技有限公司，针状体长度为10~20μm；
含氢硅油选购自济南瑞元化工有限公司，氢含量0.6~0.8％，黏度450 mPa·s；
白炭黑选购自寿光市邦泽化工有限公司，目粒度100~120目；
聚乙二醇为聚乙二醇200。
制备例
制备例1
聚丙烯酰胺接枝碳纤维的制备：
将12kg碳纤维浸泡于硝酸溶液中，硝酸溶液浓度为6mol/L，浸泡时间30min，浸泡的同时超声震动，使碳纤维表面发生刻蚀，然后水洗，在60℃烘箱中1h烘干，得到预处理碳纤维。
将10kg预处理碳纤维、1.8kg丙烯酰胺、0.5kg聚乙二醇和30kg水混合搅拌，在55℃下滴加1kg过硫酸铵水溶液，30min滴加完毕，过硫酸铵水溶液的质量浓度为15g/L，继续搅拌2h，过滤，水洗，在60℃烘箱中1h烘干，得到聚丙烯酰胺接枝碳纤维。
制备例2
聚丙烯酰胺接枝碳纤维的制备：
将12kg碳纤维浸泡于硝酸溶液中，硝酸溶液浓度为6mol/L，浸泡时间30min，浸泡的同时超声震动，使碳纤维表面发生刻蚀，然后水洗，在60℃烘箱中1h烘干，得到预处理碳纤维。
将10kg预处理碳纤维、3kg丙烯酰胺、1.5kg聚乙二醇和40kg水混合搅拌，在70℃下滴加2kg过硫酸铵水溶液，60min滴加完毕，过硫酸铵水溶液的质量浓度为20g/L，继续搅拌3h，过滤，水洗，在60℃烘箱中1h烘干，得到聚丙烯酰胺接枝碳纤维。
制备例3
氧化锌晶须的改性：
将5kg未经过改性的氧化锌晶须、0.35kg乙烯基三甲氧基硅烷、10kg乙醇和1kg水在55℃下搅拌混合1h，反应结束后过滤，乙醇洗涤，在55℃烘箱中1h烘干得到经过改性的氧化锌晶须。
制备例4
氧化锌晶须的改性：
将5kg未经过改性的氧化锌晶须、0.65kg乙烯基三甲氧基硅烷、15kg乙醇和2kg水在55℃下搅拌混合1h，反应结束后过滤，乙醇洗涤，在55℃烘箱中1h烘干得到经过改性的氧化锌晶须。
实施例
实施例1
高强度易脱模的模具硅胶的制备：
S1.制备A组分：将4.31kg制备例1的聚丙烯酰胺接枝碳纤维、0.52kg氧化锌晶须和0.17kg苯基三甲氧基硅烷室温混合10min，然后加入10kg乙烯基硅油，加热至在110℃下混合1.5h，制得底料，然后往底料中加入0.5g铂催化剂和1g四甲基四乙烯基环四硅氧烷，室温下混合15min，得到A组分；
S2.制备B组分：将10kg乙烯基硅油和0.3kg含氢硅油在室温下混合15min，得到B组分；
S3.制备模具硅胶：将10kgA组分和10kgB组分混合，真空脱泡20min，真空度为-0.6Mpa，得到模具硅胶。
实施例2~5
实施例2~5与实施例1的区别仅在于原料配比和反应参数的不同，如表1所示。
表1
实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
A组分乙烯基硅油(kg) 10 10 10 10
铂催化剂(g) 1.5 1 1 1
聚丙烯酰胺接枝碳纤维(kg) 4.31 4.31 3.75 5.1
聚丙烯酰胺接枝碳纤维选用种类 制备例1 制备例1 制备例2 制备例1
氧化锌晶须(kg) 0.52 0.52 1.14 1.54
苯基三甲氧基硅烷(kg) 0.17 0.17 0.11 0.16
B组分乙烯基硅油(kg) 10 10 10 10
含氢硅油(kg) 1 0.7 0.7 0.7
四甲基四乙烯基环四硅氧烷(g) 2.5 2.5 2.5 2.5
S3步骤中A组份用量(kg) 10 10 10 10
S3步骤中B组份用量(kg) 1 1 1 1
S1中制得底料时混合温度(℃) 130 110 110 110
S1中制得底料时混合时间(min) 0.5 1.5 1.5 1.5
S1中制得A组分时混合时间(min) 30 15 15 15
S2中制得B组分时混合时间(min) 30 15 15 15
S3中脱泡时间(min) 40 20 20 20
实施例6
本实施例与实施例5的区别在于，氧化锌晶须被等量替换为制备例3中经过改性的氧化锌晶须。
实施例7
本实施例与实施例5的区别在于，氧化锌晶须被等量替换为制备例4中经过改性的氧化锌晶须。
实施例8
本实施例与实施例7的区别在于，聚丙烯酰胺接枝碳纤维的加入量为4.95kg，经过改性的氧化锌晶须的加入量为1.08kg，苯基三甲氧基硅烷的加入量为0.17kg。
实施例9
本实施例与实施例7的区别在于，聚丙烯酰胺接枝碳纤维的加入量为4.9kg，经过改性的氧化锌晶须的加入量为1.14kg，苯基三甲氧基硅烷的加入量为0.16kg。
实施例10
本实施例与实施例7的区别在于，聚丙烯酰胺接枝碳纤维的加入量为5.05kg，经过改性的氧化锌晶须的加入量为1.17kg，苯基三甲氧基硅烷的加入量为0.18kg。
对比例
对比例1
本对比例与实施例5的区别是，用等量的白炭黑替代聚丙烯酰胺接枝碳纤维。
对比例2
本对比例与实施例5的区别是，用等量的碳纤维替代聚丙烯酰胺接枝碳纤维。
对比例3
本对比例与实施例5的区别是，用等量的白炭黑替代氧化锌晶须。
对比例4
本对比例与实施例5的区别是，用等量的白炭黑替代苯基三甲氧基硅烷。
对比例5
本对比例与实施例5的区别是，聚丙烯酰胺接枝碳纤维的加入量为3.5kg，氧化锌晶须的加入量为3.1kg，苯基三甲氧基硅烷的加入量为0.2kg。
对比例6
本对比例与实施例5的区别是，用等量的白炭黑替代聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷。
性能检测试验
根据GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》，对本申请的各个实施例和对比例进行撕裂强度测试，测试结果如表2所示。
根据GB/T 528-2009 《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》，对本申请的各个实施例和对比例进行拉伸强度测试，测试结果如表2所示。
根据GJB 5873-2006《模压硫化橡胶线性收缩率的测定》，对本申请的各个实施例和对比例进行线性收缩率测试，测试结果如表2所示。
将环氧树脂成型于本申请的各个实施例和对比例制成的模具中，并在脱模时记录脱模的难易程度，由难到易分为1、2、3、4四个等级，记录结果如表2所示。
表2
撕裂强度(kN/m) 拉伸强度(MPa) 脱模性 线性收缩率(%)
实施例1 24.1 6.55 3 0.046
实施例2 24.6 6.57 3 0.048
实施例3 25.3 6.98 3 0.046
实施例4 24.9 6.79 3 0.044
实施例5 25.6 7.37 3 0.045
实施例6 27.8 8.55 3 0.043
实施例7 27.9 8.51 3 0.047
实施例8 28.0 8.96 3 0.027
实施例9 28.3 9.00 3 0.030
实施例10 28.1 8.97 3 0.028
对比例1 18.5 4.91 2 0.051
对比例2 19.2 5.36 2 0.049
对比例3 20.0 5.30 2 0.051
对比例4 18.8 4.88 2 0.050
对比例5 20.2 5.71 3 0.047
对比例6 21.2 6.48 2 0.048
如表2所示，将实施例5与对比例1、3、4、6比较可知，即通过原料之间的不同组合比较可知，模具硅胶的撕裂强度和拉伸强度大幅提高，脱模性也有所提高，线性收缩率差别不大，说明聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷三者的加入起到了作用，且聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷三者配合补强作用要好于用白炭黑的补强作用，从而更好的提升模具硅胶的强度。
将实施例5与对比例1、2比较可知，碳纤维需要经过聚丙烯酰胺的接枝改性，才能获得与氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷配合的提高作用。
将实施例5与对比例5比较可知，聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷三者的比例属于(25~33):(3~10):1时，才能更好的发挥协同作用，提高模具硅胶的强度。
将实施例5与实施例6、7比较可知，氧化锌晶须经过表面改性处理后，可以更好的提高模具硅胶的强度，脱模性和线性收缩率差别不大。
将实施例5与实施例8、9、10比较可知，当聚丙烯酰胺接枝碳纤维、经过改性的氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷三者的比例属于(28.5~29.3):(6.2~6.8):1时，可以起到减小线性收缩率的作用，提高模具硅胶的结构稳定性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种高强度易脱模的模具硅胶，其特征在于，由A组分和B组分制成，所述A组分包含以下重量份的原料：
乙烯基硅油 100份；
铂催化剂 0.005~0.015份；
补强助剂 50~68份；
抑制剂 0.01~0.025份；
所述补强助剂包含聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷，所述聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷氧烷的重量比为(25~33):(3~10):1；
所述B组分包含以下重量份的原料：
乙烯基硅油 100份；
含氢硅油 3~10份；
其中所述A组分与所述B组分的重量比为(1~10):1。
2.根据权利要求1所述的一种高强度易脱模的模具硅胶，其特征在于：所述氧化锌晶须的针状体长度为10~20μm。
3.根据权利要求1所述的一种高强度易脱模的模具硅胶，其特征在于：所述聚丙烯酰胺接枝碳纤维的制备方法为：将碳纤维浸泡于硝酸溶液中，使碳纤维表面发生刻蚀，得到预处理碳纤维；将预处理碳纤维、丙烯酰胺、聚乙二醇和水混合搅拌，在55~70℃下滴加过硫酸铵水溶液，继续搅拌2~3h，得到聚丙烯酰胺接枝碳纤维，所述预处理碳纤维、丙烯酰胺、聚乙二醇、过硫酸铵水溶液和水的重量比为10:(1.8~3):(0.5~1.5):(1~2):(30~40)，所述过硫酸铵水溶液的质量浓度为15~20g/L。
4.根据权利要求3所述的一种高强度易脱模的模具硅胶，其特征在于：所述碳纤维的目粒度为100~120目。
5.根据权利要求1所述的一种高强度易脱模的模具硅胶，其特征在于：所述乙烯基硅油的乙烯基质量分数为0.3~0.5%。
6.根据权利要求1所述的一种高强度易脱模的模具硅胶，其特征在于：所述抑制剂为四甲基四乙烯基环四硅氧烷。
7.根据权利要求1所述的一种高强度易脱模的模具硅胶，其特征在于：所述氧化锌晶须为经过改性的氧化锌晶须，改性步骤为：将未经过改性的氧化锌晶须、乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇和水在55~65℃下搅拌混合1~2h，得到经过改性的氧化锌晶须，所述未经过改性的氧化锌晶须、乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇和水的重量比为10:(0.7~1.3):(20~30):(2~4)。
8.根据权利要求7所述的一种高强度易脱模的模具硅胶，其特征在于：所述A组分中补强助剂的重量份为62~64份，所述聚丙烯酰胺接枝碳纤维、经过改性的氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷的重量比为(28.5~29.3):(6.2~6.8):1。
9.一种高强度易脱模的模具硅胶的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1-8任一所述的一种高强度易脱模的模具硅胶，包括以下步骤：
制备A组分：将聚丙烯酰胺接枝碳纤维、氧化锌晶须和苯基三甲氧基硅烷混合，然后加入乙烯基硅油并在110~130℃下混合0.5~1.5h，然后加入铂催化剂和抑制剂，室温下混合15~30min，得到A组分；
制备B组分：将乙烯基硅油和含氢硅油在室温下混合15~30min，得到B组分；
制备模具硅胶：将A组分和B组分混合，真空脱泡20~40min，得到模具硅胶。
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