CN114316607A - 一种纤维增强有机硅泡沫材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强有机硅泡沫材料及其制备方法和应用；所述纤维增强有机硅泡沫材料包含A组分、B组分和C组分，A组分由第一乙烯基硅油、第二乙烯基硅油、助发泡剂、白炭黑、催化剂和抑制剂制得，B组分由第三乙烯基硅油、含氢硅油和白炭黑制得，C组分为玻璃纤维布或碳纤维布；所述制备方法是将A、B组分混合均匀，涂敷在C组分纤维布的两面，经程序升温发泡制成；本发明制备的有机硅泡沫材料密度低，强度高，具有良好的保温性能；所述的纤维增强有机硅泡沫材料应用于风道柔性连接器。

Description

一种纤维增强有机硅泡沫材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及有机硅泡沫材料技术领域，具体的涉及一种纤维增强有机硅泡沫材料及其制备方法和应用。

背景技术

有机硅材料是一种半有机半无机结构的材料，本身具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，有机硅泡沫是由有机硅原料发泡固化成型的开孔或闭孔的均匀多孔材料，具备低密度，高回弹，高耐久，阻燃隔热等特点，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、医疗等行业。

专利CN109403063B公开了一种耐高温防火挡烟布及其制备方法，包括布料层及形成于布料层上的有机硅树脂、含氟硅聚氨酯等固化成的防火层组成，具有较好阻燃防火性能。

专利CN205238717U公开了一种软保温用硅胶玻纤布，由第一硅胶层、第一保温层、第一网状加强层、基布、第二网状加强层、第二保温层、第二硅胶层按顺序压制而成。使用时通过加强层增强硅胶玻纤布的强度，通过保温层起到保温作用。

专利CN210595902U公开了一种阻燃硅胶泡棉胶带，由硅胶泡棉层、粘接剂层、耐高温基材层、胶水层、离型膜层压合组成，阻燃性强，粘接方便、且牢固，适用于绝热、隔振、隔音等应用。

相比于其他橡胶材料，有机硅硅胶强度不高，制成泡沫材料后强度更低，通常是通过添加白炭黑等补强填料进行补强，提升有限。另一方面，专利CN109403063B及CN205238717U提到的传统硅胶涂敷玻纤布材料，能够提高有机硅硅胶强度，相较于多孔结构的有机硅泡沫，存在整体密度大，结构复杂，保温效率低的问题。专利CN210595902U提到的硅胶泡棉胶带，结构复杂，且没有对性能做具体描述。

发明内容

本发明提供一种纤维增强有机硅泡沫材料及其制备方法和应用，解决常规有机硅泡沫强度低，常规硅胶纤维布密度大、隔热效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种纤维增强有机硅泡沫材料，包含A组分、B组分和C组分；所述A组分包含以下重量百分比的原料：

所述B组分包含以下重量百分比的原料：

第三乙烯基硅油 60～80％

含氢硅油 10～30％

白炭黑 10～20％

所述C组分为玻璃纤维布或碳纤维布。

进一步的，所述A组分、B组分的重量配比为1:1。

进一步的，所述第一乙烯基硅油、第二乙烯基硅油和第三乙烯基硅油是粘度不同的乙烯基硅油，在25℃下的粘度为10～1,000,000mPa*s。

进一步的，所述第一乙烯基硅油、第三乙烯基硅油的粘度范围为100000～600000mPa*s；第二乙烯基硅油的粘度范围为10～10000mPa*s。

进一步的，所述第二乙烯基硅油的粘度优选范围为1000～4000mPa*s。

进一步的，所述第一乙烯基硅油、第二乙烯基硅油和第三乙烯基硅油其结构由以下通式表示：

其中R为甲基、乙基、乙烯基、乙氧基、苯基中的一种或两种；m+n为10～10000的正数。

进一步的，本申请的实施例的乙烯基硅油优选为双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷。

进一步的，所述第三乙烯基硅油的重量百分比为60～70％，所述含氢硅油的重量百分比为20～30％。

进一步的，所述含氢硅油的氢含量为0.5％～1.0％。一般的含氢硅油的氢含量为0.1％～1.5％，本申请相对于一般的含氢硅油，可以提高综合性能，小于0.5％交联强度不够，大于1％反应过快，密度较大。

进一步的，所述含氢硅油是端基含氢硅油或/和侧链部分含氢硅油，优选侧链部分含氢硅油。

进一步的，所述助发泡剂为乙醇、乙二醇、丙醇或丁二醇中的一种或任意两种以上的组合物。

进一步的，所述白炭黑为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑中一种或两种的组合物。

进一步的，所述催化剂为氯铂酸，或者，所述抑制剂为1-炔基环己醇。所述抑制剂的作用为调节操作时间，避免混合后反应过快，改善工艺性能。

进一步的，所述的纤维增强有机硅泡沫材料，应用于风道柔性连接器及其他有高强度、轻量化、阻燃隔热需求的蒙皮部件。

本发明提供一种玻纤增强有机硅泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

将A组分、B组分混合均匀，通过压延或辊涂的办法涂敷在增强纤维布的两面，经程序升温发泡制成所述的纤维增强有机硅泡沫材料，所述程序升温为：发泡温度为50℃～60℃，发泡一段时间，热处理温度为150℃～160℃，热处理一段时间，得到所述的纤维增强有机硅泡沫材料。

与现有技术相比，本发明有益效果为：

(1)针对有机硅泡沫本体强度低的问题，加入增强纤维布作为夹心层，可以有效增强有机硅泡沫强度，对比常规硅胶玻纤布，可以在相同厚度下，具备更低的密度，更轻量化，且多孔结构的有机硅泡沫具有更低的导热系数，具有更好的保温性能；

(2)采用高粘度和低粘度的不同粘度乙烯基硅油配合使用可以使乙烯基硅油参与交联反应的速率更匹配，反应更充分，最终使得产品泡孔大小合适，更均匀，无缺陷。粘度高乙烯基硅油分子链长，乙烯基含量低，固化反应慢，反应提供较好的弹性，粘度低乙烯基硅油乙烯基含量高，交联点多，固化反应快，反应后提供较好的强度，单独使用高粘度乙烯基硅油，产品会过软，且固化反应比发泡慢，容易并孔溢泡，单独使用低粘度乙烯基硅油，固化较快，导致发泡程度低；混合使用效果较好。本发明所述第一乙烯基硅油、第三乙烯基硅油的粘度范围为100000～600000mPa*s，所述第二乙烯基硅油的粘度范围为1000～4000mPa*s时，产物的性能最好。

(3)本发明最终获得的高强度、低密度、保温性能好的有机硅泡沫材料，用于与风道柔性连接器等有高强度、轻量化、阻燃隔热需求的蒙皮部件。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书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

一种纤维增强有机硅泡沫材料，包括A组分、B组分和C组分，其中，A组分主要由以下重量份原料制备而成：双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度20000mPa.s、乙烯基质量分数0.5％)62g，双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度500mPa.s、乙烯基质量分数为5％)18g，乙二醇5g，气相法白炭黑15g，氯铂酸0.2g，1-炔基环己醇0.02g；B组分主要由以下重量份原料制备而成：双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度20000mPa.s、乙烯基质量分数0.5％)62g，含氢量为0.75％的含氢硅油23g，气相法白炭黑15g。

本实施例的纤维增强有机硅泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度20000mPa.s、乙烯基质量分数0.5％)62g，双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度500mPa.s、乙烯基质量分数为5％)18g，乙二醇5g，气相法白炭黑15g，氯铂酸0.2g，1-炔基环己醇0.02g，通过搅拌充分混匀得到A组分；

(2)取双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度20000mPa.s、乙烯基质量分数0.5％)62g，含氢量为0.75％的含氢硅油23g，气相法白炭黑15g，通过机械搅拌充分混匀得到B组分；

(3)以1:1的比例将A、B组分机械搅拌均匀，涂敷至C组分玻璃纤维两面，于50℃下发泡固化15min再在150℃下处理1h得到纤维增强有机硅泡沫样品1。

样品1性能测试结果，见下表1。

实施例2

一种本发明的纤维增强有机硅泡沫材料，包括A组分、B组分和C组分，其中，A组分主要由以下重量份原料制备而成：双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度10000mPa.s、乙烯基质量分数0.6％)65g，双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度2000mPa.s、乙烯基质量分数为3％)15g，乙二醇8g，沉淀法白炭黑12g，氯铂酸0.2g，1-炔基环己醇0.02g；B组分主要由以下重量份原料制备而成：双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度10000mPa.s、乙烯基质量分数0.6％)65g，含氢量为0.75％的含氢硅油25g，沉淀法白炭黑10g。

本实施例的纤维增强有机硅泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度10000mPa.s、乙烯基质量分数0.6％)65g，双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度2000mPa.s、乙烯基质量分数为3％)15g，乙二醇8g，沉淀法白炭黑12g，氯铂酸0.2g，1-炔基环己醇0.02g，通过搅拌充分混匀得到A组分；

(2)取双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度10000mPa.s、乙烯基质量分数0.6％)65g，含氢量为0.75％的含氢硅油25g，沉淀法白炭黑10g，通过机械搅拌充分混匀得到B组分；

(3)以1:1的比例将A、B组分机械搅拌均匀，涂敷至C组分玻璃纤维两面，于60℃下发泡固化20min再在160℃下处理1h得到纤维增强有机硅泡沫样品2。

样品2性能测试结果，见下表1。

实施例3

A组分的第一乙烯基硅油、B组分的第三乙烯基硅油换成双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度200000mPa.s、乙烯基质量分数0.3％)62g，其它组分含量和步骤同实施例1，得到纤维增强有机硅泡沫样品3。

样品3性能测试结果，见下表1。

实施例4

A组分的第一乙烯基硅油、B组分的第三乙烯基硅油换成双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度200000mPa.s、乙烯基质量分数0.3％)62g，A组分的第二乙烯基硅油换成双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度3000mPa.s、乙烯基质量分数为4％)18g，其它组分含量和步骤同实施例1，得到纤维增强有机硅泡沫样品4。

样品4性能测试结果，见下表1。

对比例1

将实施例2的C组分碳纤维去掉，其它组分含量和步骤同实施例2，得到没有纤维布增强的有机硅泡沫样品5。

样品5性能测试结果，见下表1。

对比例2

将助发泡剂去掉，其它组分含量和步骤同实施例2，得到没有发泡的纤维布增强的有机硅样品6。

样品6性能测试结果，见下表1。

对比例3

将A组分的第一和第二乙烯基硅油换成只有一种粘度的双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度10000mPa.s、乙烯基质量分数0.6％)80g，其它组分含量和步骤同实施例2，得到发泡的纤维布增强的有机硅样品7。

样品7性能测试结果，见下表1。

表1样品性能测试结果表

样品编号	密度(g/cm<sup>3</sup>)	拉伸强度(Mpa)	导热系数(W/m*K)
				样品1	0.30	55	0.022
样品2	0.31	59	0.025
				样品3	0.29	61	0.021
样品4	0.28	61	0.020
				样品5	0.25	0.25	0.024
样品6	1.2	57	0.060
				样品7	0.35	50	0.028

实施例4比实施例3相比，实施例4密度略低一些，泡孔质量好，导热系数低，其原因是采用了更适合的粘度配比；实施例3与实施例1相比，密度略低一些，泡孔质量好，强度提高，导热系数低，其原因是也是采用了更适合的粘度配比；实施例2与对比例1相比，强度明显提高，其原因是，使用纤维布能明显提高有机硅泡沫的强度；实施例2和对比例2相比，发泡的纤维增强有机硅泡沫密度更低，导热系数更低；实施例2和对比例3相比，密度更低，强度更好，导热系数更低，其原因是不同粘度配比使用比单一粘度使用，泡孔质量更好，密度更低，导热系数也会更低。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纤维增强有机硅泡沫材料，其特征是，包含A组分、B组分和C组分；所述A组分包含以下重量百分比的原料：

所述B组分包含以下重量百分比的原料：

第三乙烯基硅油 60～80％

含氢硅油 10～30％

白炭黑 10～20％

所述C组分为玻璃纤维布或碳纤维布。

2.如权利要求1所述的纤维增强有机硅泡沫材料，其特征是，所述第一乙烯基硅油、第二乙烯基硅油和第三乙烯基硅油是粘度不同的乙烯基硅油，在25℃下的粘度为10～1,000,000mPa*s。

3.如权利要求2所述的纤维增强有机硅泡沫材料，其特征是，所述第一乙烯基硅油、第三乙烯基硅油的粘度范围为100000～600000mPa*s，第二乙烯基硅油的粘度范围为10～10000mPa*s。

4.如权利要求3所述的纤维增强有机硅泡沫材料，其特征是，所述第二乙烯基硅油的粘度范围为1000～4000mPa*s。

5.如权利要求1-4任一项所述的纤维增强有机硅泡沫材料，其特征是，所述第三乙烯基硅油的重量百分比为60～70％，所述含氢硅油的重量百分比为20～30％。

6.如权利要求1-4任一项所述的纤维增强有机硅泡沫材料，其特征是，所述含氢硅油的氢含量为0.5％～1.0％。

7.如权利要求1-4任一项所述的纤维增强有机硅泡沫材料，其特征是，所述助发泡剂为乙醇、乙二醇、丙醇或丁二醇中的一种或任意两种以上的组合物；所述白炭黑为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑中的一种或两种的组合物。

8.如权利要求1-4任一项所述的纤维增强有机硅泡沫材料，其特征是，所述催化剂为氯铂酸，或者，所述抑制剂为1-炔基环己醇。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的纤维增强有机硅泡沫材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：将A组分、B组分混合均匀，涂敷在C组分的两面，经程序升温发泡制成的所述有机硅泡沫材料，所述程序升温为：发泡温度为50℃～60℃，发泡一段时间后，升温至150℃～160℃，热处理一段时间。

10.一种如权要求1-8任一项所述的纤维增强有机硅泡沫材料或权利要求9所述制备方法得到的纤维增强有机硅泡沫材料的应用，其特征是，应用于风道柔性连接器。