CN114940786B - 一种高性能复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能复合材料，涉及新材料及其制备技术领域，复合材料包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂，本发明通过选用多种罕有使用的添加剂，成功实现了对复合材料减震效果、耐磨性和强度的综合调控，平衡了材料的各项性能。
Description
技术领域
本发明涉及新材料及其制备技术领域，具体涉及一种高性能复合材料。
背景技术
复合材料又称高性能组合材料，从名称上就可以看出他的特点是将不同性质的材料组合而成新材料，获得更高的性能。复合材料是一种混合物。在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维增强复合材料。②夹层复合材料。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。③细粒复合材料。④混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。复合材料还可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。结构复合材料是作为承力结构使用的材料，基本上由能承受载荷的增强体组元与能连接增强体成为整体材料同时又起传递力作用的基体组元构成。由不同的增强体和不同基体即可组成名目繁多的结构复合材料，并以所用的基体来命名，如高聚物(树脂)基复合材料等。结构复合材料的特点是可根据材料在使用中受力的要求进行组元选材设计，更重要是还可进行复合结构设计，即增强体排布设计，能合理地满足需要并节约用材。功能复合材料一般由功能体组元和基体组元组成，基体不仅起到构成整体的作用，而且能产生协同或加强功能的作用。功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。
近年来，我们开始致力于多功能复合材料的研发，包括耐磨复合材料、隔热复合材料、减震复合材料等。通常我们所说的减震复合材料，是指能将振动能吸收并转变成其他形式的能量(如热能)而耗散，从而减小机械振动和降低噪声的一类复合材料。
目前常规的鞋子中底材料普遍采用EVA/发泡TPU/PU/PE等。当中都具有缓震的效果，但缓震极限不理想。即使目前市面上存在一些相似功能特性的复合材料，其性能也不理想，往往出现随着减震效果提升，强度下降、耐磨性能、阻燃性、使用寿命下降等等问题，此类复合材料在性能均衡提升方面仍存在很大的研发空间。
发明内容
为解决上述问题，我们进行了许多方向的研发，包括在材料密度、气泡结构及密度、特殊结构(中空、锯齿、多层)压模等方式均不理想，最终得到一种最简单的通过配方(特定添加剂)和制备工艺均衡减震复合材料减震性能和耐磨性以及强度的方法，获得了一种高性能的复合材料，具体方案如下：
一种高性能复合材料，包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
优选地，所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂66-82份、聚氯乙烯树脂5-10份、环己基胺基磺酸钠2-4份、丁晴橡胶13-27份、硫化剂0.02-0.15份、助剂1-5份。
优选地，所述复合材料还包括对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯混合物。
优选地，所述对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯与EVA树脂的质量比为(1-7):(1-3):(66-82)。
优选地，所述复合材料还包括二氧化钼、碳化硅混合物。
优选地，所述二氧化钼、碳化硅、EVA树脂的质量比为(1-2):(1-2):(66-82)。
优选地，所述复合材料还包括硬脂酸。
优选地，所述硬脂酸与EVA树脂的质量比为(0.05-0.1):(66-82)。
优选地，所述复合材料还包括碳纤维、氧化铝混合物。
优选地，所述碳纤维、氧化铝与EVA树脂的质量比为(2-7):(0.9-3):(66-82)。
优选地，所述复合材料还包括二氧化钛。
优选地，所述二氧化钛与氧化铝的质量比为(0.3-0.7):(0.9-3)。
优选地，所述硫化剂包括硫磺、过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化物中的一种或二种以上。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂中的至少一种。
优选地，所述阻燃剂包括硼酸锌、氢氧化铝中的一种或二种。
优选地，所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)、2-巯基苯并咪唑(MB)、二丁基二硫代氨基甲酸镍(NBC)中的一种或二种以上。
优选地，所述碳纤维长度为1-100μm，直径为1-10μm。
有益效果
本发明的有益效果在于：
本发明改变了过往常规配方，在EVA材质中添加橡胶，改善材料弹性。并且通过我们的多方探索，发现环己基胺基磺酸钠虽然在传统应用中，通常用作食品中的甜味剂，但他在我们的配方中对产品的耐磨性和弹性起到了很大的正面作用，这是我们从前没有想到过的。另外，添加对羟基苯甲酸酯和二丁基羟基甲苯的混合物，可以同时提高产品的耐磨性和强度，这两种试剂也是在产业中未见报道使用的，经试验我们发现，虽然单独添加二丁基羟基甲苯可以小幅度地提高产品的强度，对耐磨性基本无影响，但单独添加对羟基苯甲酸酯时，对产品的耐磨性和强度影响均不显著，只有添加两者的混合物时，能够同时提升这两种性能，具体原理方面我们没有深究，并且两种试剂的使用对产品寿命等其他性能没有造成负面影响，因此我们判断这样的添加剂是有前景的。另外，二氧化钼、碳化硅混合物在一定程度上进一步提高产品的耐磨性，二硬脂酸在一定程度上进一步提高产品的减震效果。本发明提供的方法，能够综合提高产品的耐磨性、强度和减震效果。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。
实施例1一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂66份、聚氯乙烯树脂5份、环己基胺基磺酸钠2份、丁晴橡胶13份、硫化剂0.02份、助剂1份。
所述硫化剂包括硫磺。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括硼酸锌。
所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)。
实施例2一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂82份、聚氯乙烯树脂10份、环己基胺基磺酸钠4份、丁晴橡胶27份、硫化剂0.15份、助剂5份。
所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括氢氧化铝。
所述防老剂包括2-巯基苯并咪唑(MB)。
实施例3一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂75份、聚氯乙烯树脂7份、环己基胺基磺酸钠3份、丁晴橡胶20份、硫化剂0.09份、助剂3份。
所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括硼酸锌。
所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)。
对比例1与实施例1的区别在于：去除配方中的环己基胺基磺酸钠，其他相同。
对比例2与实施例2的区别在于：去除配方中的环己基胺基磺酸钠，其他相同。
对比例3与实施例4的区别在于：去除配方中的环己基胺基磺酸钠，其他相同。
实施例4一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂75份、聚氯乙烯树脂7份、环己基胺基磺酸钠3份、丁晴橡胶20份、硫化剂0.09份、助剂3份。
所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括硼酸锌。
所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)。
所述复合材料还包括对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯混合物。
所述对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯与EVA树脂的质量比为1:3:66。
实施例5一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂75份、聚氯乙烯树脂7份、环己基胺基磺酸钠3份、丁晴橡胶20份、硫化剂0.09份、助剂3份。
所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括硼酸锌。
所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)。
所述复合材料还包括对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯混合物。
所述对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯与EVA树脂的质量比为7:3:82。
实施例6一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂75份、聚氯乙烯树脂7份、环己基胺基磺酸钠3份、丁晴橡胶20份、硫化剂0.09份、助剂3份。
所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括硼酸锌。
所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)。
所述复合材料还包括对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯混合物。
所述对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯与EVA树脂的质量比为4:2:75。
对比例4与实施例6的区别在于：去除配方中的二丁基羟基甲苯。
对比例5与实施例6的区别在于：去除配方中的对羟基苯甲酸酯。
实施例7一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂75份、聚氯乙烯树脂7份、环己基胺基磺酸钠3份、丁晴橡胶20份、硫化剂0.09份、助剂3份。
所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括硼酸锌。
所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)。
所述复合材料还包括对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯混合物。
所述对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯与EVA树脂的质量比为4:2:75。
所述复合材料还包括二氧化钼、碳化硅混合物。
所述二氧化钼、碳化硅、EVA树脂的质量比为1:1:66。
实施例8一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂75份、聚氯乙烯树脂7份、环己基胺基磺酸钠3份、丁晴橡胶20份、硫化剂0.09份、助剂3份。
所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括硼酸锌。
所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)。
所述复合材料还包括对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯混合物。
所述对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯与EVA树脂的质量比为4:2:75。
所述复合材料还包括二氧化钼、碳化硅混合物。
所述二氧化钼、碳化硅、EVA树脂的质量比为2:2:82。
实施例9一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂75份、聚氯乙烯树脂7份、环己基胺基磺酸钠3份、丁晴橡胶20份、硫化剂0.09份、助剂3份。
所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括硼酸锌。
所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)。
所述复合材料还包括对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯混合物。
所述对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯与EVA树脂的质量比为4:2:75。
所述复合材料还包括二氧化钼、碳化硅混合物。
所述二氧化钼、碳化硅、EVA树脂的质量比为2:2:82。
所述复合材料还包括碳纤维、氧化铝混合物。
所述碳纤维、氧化铝与EVA树脂的质量比为2:0.9:66。
实施例10一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂75份、聚氯乙烯树脂7份、环己基胺基磺酸钠3份、丁晴橡胶20份、硫化剂0.09份、助剂3份。
所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括硼酸锌。
所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)。
所述复合材料还包括对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯混合物。
所述对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯与EVA树脂的质量比为4:2:75。
所述复合材料还包括二氧化钼、碳化硅混合物。
所述二氧化钼、碳化硅、EVA树脂的质量比为2:2:82。
所述复合材料还包括碳纤维、氧化铝混合物。
所述碳纤维、氧化铝与EVA树脂的质量比为7:3:82。
全部实施例所采用所述碳纤维长度为1-100μm，直径为1-10μm。
实施例11一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂75份、聚氯乙烯树脂7份、环己基胺基磺酸钠3份、丁晴橡胶20份、硫化剂0.09份、助剂3份。
所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括硼酸锌。
所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)。
所述复合材料还包括对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯混合物。
所述对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯与EVA树脂的质量比为4:2:75。
所述复合材料还包括二氧化钼、碳化硅混合物。
所述二氧化钼、碳化硅、EVA树脂的质量比为2:2:82。
所述复合材料还包括碳纤维、氧化铝混合物。
所述碳纤维、氧化铝与EVA树脂的质量比为7:3:82。
所述复合材料还包括硬脂酸。
所述硬脂酸与EVA树脂的质量比为0.05:66。
实施例12一种高性能复合材料：
包括EVA树脂、环氧树脂、聚氯乙烯树脂、环己基胺基磺酸钠、丁晴橡胶、硫化剂、助剂。
所述复合材料各组分，按质量份数计(制备过程中的用量)为：EVA树脂75份、聚氯乙烯树脂7份、环己基胺基磺酸钠3份、丁晴橡胶20份、硫化剂0.09份、助剂3份。
所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
所述助剂包括阻燃剂、防老剂。
所述阻燃剂包括硼酸锌。
所述防老剂包括N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)。
所述复合材料还包括对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯混合物。
所述对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯与EVA树脂的质量比为4:2:75。
所述复合材料还包括二氧化钼、碳化硅混合物。
所述二氧化钼、碳化硅、EVA树脂的质量比为2:2:82。
所述复合材料还包括碳纤维、氧化铝混合物。
所述碳纤维、氧化铝与EVA树脂的质量比为7:3:82。
所述复合材料还包括硬脂酸。
所述硬脂酸与EVA树脂的质量比为0.1:82。
以上复合材料的制备方法为：将除硫类硫化剂等硫化类成分以外的全部组分预先混炼，形成母炼胶，添加剩余成分，进一步混炼，成型加工后，进行硫化。
检测所得产品的拉伸强度、断裂伸长率、DIN磨损。拉伸强度和断裂伸长率测试按照HG/T2580-94进行；DIN磨损测试按照GB_T252622010进行。回弹值在25℃。
以上实施例制备得到的复合材料，整体性能优越且平衡，均具有较高的减震效果、耐磨性，部分材料在强度方面表现优越。
以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种高性能复合材料，其特征在于： 所述复合材料各组分，按质量份数计为：EVA树脂66-82份、聚氯乙烯树脂5-10份、环己基胺基磺酸钠2-4份、丁睛橡胶13-27份、硫化剂0.02-0.15份、助剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的高性能复合材料，其特征在于：所述复合材料还包括对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯混合物。
3.根据权利要求2所述的高性能复合材料，其特征在于：所述对羟基苯甲酸酯、二丁基羟基甲苯与EVA树脂的质量比为1-7: 1-3: 66-82。
4.根据权利要求1所述的高性能复合材料，其特征在于：所述复合材料还包括二氧化钼、碳化硅混合物。
5.根据权利要求4所述的高性能复合材料，其特征在于：所述二氧化钼、碳化硅、EVA树脂的质量比为1-2:1-2:66-82。
6.根据权利要求1所述的高性能复合材料，其特征在于：所述复合材料还包括硬脂酸。
7.根据权利要求6所述的高性能复合材料，其特征在于：所述硬脂酸与EVA树脂的质量比为0.05-0.1:66-82。
8.根据权利要求1所述的高性能复合材料，其特征在于：所述复合材料还包括碳纤维、氧化铝混合物。
9.根据权利要求8所述的高性能复合材料，其特征在于：所述碳纤维、氧化铝与EVA树脂的质量比为2-7:0.9-3:66-82。
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