CN115895263A

CN115895263A - 弹性复合材料及制备方法

Info

Publication number: CN115895263A
Application number: CN202211353748.0A
Authority: CN
Inventors: 刘少光
Original assignee: Shenzhen Kaiwu New Material Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Kaiwu New Material Technology Co ltd
Priority date: 2022-10-28
Filing date: 2022-10-28
Publication date: 2023-04-04

Abstract

本发明提供了一种弹性复合材料的制备方法，制备聚合物基体：将聚合物单体和第一助剂在反应釜中反应得到流动状态的聚合物基体；制备粉体填料：将金属粉末和无机物粉末混合得到粉体填料；制备第二助剂；将交联剂和催化剂混合得到第二助剂；制备弹性复合材料：将聚合物基体、粉体填料和第二助剂混合后固化得到弹性复合材料。本发明还提供一种采用上述方法制备的弹性复合材料。本发明制备方法成本低廉、工艺操作简单、可控程度高，且得到的弹性复合材料粘性低、回弹效果好、弹性稳定。

Description

弹性复合材料及制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种弹性复合材料及制备方法。

背景技术

聚合物作为一种密封剂、粘结剂、绝缘保护涂料，不可或缺的应用于各个领域的关键部位和核心零部件中。聚合物具有独特的综合性能，与添加的功能性填料性质息息相关。如何控制聚合物与功能填料之间的紧密连接，成为聚合物基复合材料的难点和重点。

发明内容

本发明的主要目的就是为了解决现有技术中存在的缺点，而提供一种金属/聚合物基复合弹性材料及制备方法。

一种弹性复合材料的制备方法，包括如下步骤：

制备聚合物基体：将聚合物单体和第一助剂在反应釜中反应得到流动状态的聚合物基体；

制备粉体填料：将金属粉末和无机物粉末混合得到粉体填料；

制备第二助剂；将交联剂和催化剂混合得到第二助剂；

制备弹性复合材料：将所述聚合物基体、所述粉体填料和所述第二助剂混合后固化得到所述弹性复合材料。

优选的，在制备弹性复合材料步骤中，先将所述聚合物基体和所述粉体填料均匀混合，再将所述第二助剂加入进行混合；或者先将所述聚合物基体和所述第二助剂均匀混合，再将所述粉体填料加入进行混合；或者将所述聚合物基体、所述粉体填料和所述第二助剂同步均匀混合。

优选的，所述聚合物基体的重量为所述聚合基体与所述粉体填料重量之和的5％-90％，所述粉体填料的重量为所述聚合基体与所述粉体填料重量之和的10％-95％，所述第二助剂的重量为所述聚合基体的0.1-5％。

优选的，所述聚合物基体为橡胶或聚氨酯，所述聚合物基体为合成橡胶或有机硅系聚合物。

优选的，所述粉体填料中，所述金属粉末重量占所述粉体填料重量的10％-90％。

优选的，所述无机物粉末的材料为钡盐、二氧化硅、三氧化二铝和碳酸钙其中一种或至少两种的组合。

优选的，所述无机物粉末的材料为硫酸钡。

一种采用上任一所述的弹性复合材料的制备方法得到的弹性复合材料，其特征在于，包括：聚合物基体和粉体填料，所述粉体填料包括金属粉末和无机物粉末，所述粉体填料分散于所述聚合物基体内，且所述弹性复合材料的密度为1-15g/cm^-3，拉伸变形率在150％-900％。

优选的，所述金属粉末为金粉、银粉、铂粉、铁粉、钢粉、铜粉、铝粉、钨粉、钼粉、钴粉、镍粉、钛粉、钽粉、锡粉、铅粉及至少两种元素形成的合金粉中的一种或至少两种的组合。

优选的，所述金属粉末为球形粉体颗粒。

本发明的有益效果是：

本发明提供的弹性复合材料的制备方法是通过混合聚合物基体、粉体填料和第二助剂后固化制备，工艺操作简单。采用本发明制备方法得到的弹性复合材料，聚合物基体与金属粉末之间形成有效的紧密连接，且聚合物对金属粉末的包覆效果极佳，使得本发明的弹性复合材料具有很好的弹性效果，且弹性稳定。

由于本发明的弹性复合材料中，聚合物基体将金属粉末进行有效固定，使松散，坚硬的金属粉末，兼具高比重的同时，大大提升其柔韧性，从而拓宽弹性复合材料的下游应用，使其应用更广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图，其中：

图1是本发明实施例1中金属/聚合物基复合弹性材料SEM微观形貌照片。

图2是本发明实施例2中金属/聚合物基复合弹性材料SEM微观形貌照片

图3本发明实施例3中金属/聚合物基复合弹性材料SEM微观形貌照片。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种弹性复合材料的制备方法，包括如下步骤：

制备聚合物基体：将聚合物单体和第一助剂在反应釜中反应得到流动状态的聚合物基体。

制备粉体填料：将金属粉末和无机物粉末混合得到所述粉体填料。

制备第二助剂；将交联剂和催化剂混合得到第二助剂。

在制备聚合物基体的步骤中，本发明采用的聚合物可以为热塑性聚合物或者热固性聚合物，只须保证在制备过程中，得到的聚合物基体为流动状态即可。本发明中的聚合物基体的流动状态，可以是在常温下的流动状态，也可以是在一定温度下的流动状态。若是常温下具有流动状态的聚合物基体，则本发明的弹性复合材料的制备过程可以在常温下进行；若是聚合物基体在一定温度下具有流动状态，则本明的弹性复合材料的制备过程则须在所述一定温度下进行。需要说明的是，所述流动状态是指聚合物基体具备流体特性，不是固态或半固态特性。而且，聚合物基体为流动状态的优势还包括在制备是弹性复合材料步骤，能够更好地将所述粉体填料和所述第二助剂均匀地混合。

在本实施例中，所述弹性复合材料中形成的聚合物优选为橡胶或聚氨酯，进一步地，所述聚合物优选为合成橡胶、有机硅系聚合物或聚氨酯，例如热塑性橡胶材料TPR或1，1，2，2-四苯乙烯、硅胶107、二甲基硅油或、聚氨酯橡胶及弹性体。本发明优选的有机硅系聚合物，在常温下为流动状态，使本发明的弹性复合材料的制备方法工艺操作简单，成本较低。应当理解，所述聚合物单体与所述聚合物的种类相匹配，如果所述聚合物为硅橡胶，则所述聚合物单体为硅油。

所述第一助剂包括光亮剂、分散剂、导电剂、固化剂、催干剂、增韧剂、乳化剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、抗结皮剂、塑化剂中一种或至少两种的混合。

在制备聚合物基体步骤中，所述聚合物单体使用量为按重量比占聚合物基体的50％-99％，所述第一助剂的使用量为按重量比占聚合物基体的1％-50％。

在制备粉体填料的步骤中，所述金属粉末重量占所述粉体填料重量的10％-90％，这样最终得到的弹性复合材料既具有与金属粉有较好结合力且密度可调的有较强的韧性的柔软弹性体。

其中，所述无机物粉末的材料为钡盐、二氧化硅、三氧化二铝和碳酸钙其中一种或至少两种的组合。优选的，所述无机物粉末的材料为硫酸钡。

所述金属粉末为金粉、银粉、铂粉、铁粉、钢粉、铜粉、铝粉、钨粉、钼粉、钴粉、镍粉、钛粉、钽粉、锡粉、铅粉及至少两种元素形成的合金粉中的一种或至少两种的组合。金属粉末材料的选择可以根据最终产品所需的弹性复合材料的弹性、重量或韧性等因素进行选择。

在本实施例中，所述无机物粉末用于将所述金属粉末与所述聚合物基体连接更紧密，从而使最终得到的弹性复合材料的性能更稳定。本发明中，所述无机物粉末的材料为钡盐、二氧化硅、三氧化二铝和碳酸钙其中一种或至少两种的组合。例如，所述无机物为硅藻土、CaSO₄、白炭黑、BaSO₄、CaCO₃、BaCO₃中的一种或至少两种的混合。进一步地，所述无机物粉末优选为硫酸钡。

在制备第二助剂的步骤中，所述交联剂可以为含氢交联剂、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、胺基硅烷类、多元醇类、多异氰酸酯、缩水甘油醚、多元胺类、无机物(氧化锌、氯化铝、硫酸铝、硫黄、硼酸、硼砂、硝酸铬)、有机过氧化物(过氧化二异丙苯，过氧化双2，4一二氯苯甲酰)。金属有机化合物、聚氮丙啶类、多功能聚碳化二亚胺类交联剂如XR-201、环氧类如XR-500中的一种或几种，本发明中所述交联剂优选为氨基官能团硅烷。所述催化剂可以为叔胺类和有机金属类催化剂，如：三乙胺、N,N-二甲基环己胺、三亚乙基二胺、辛酸亚锡、二月桂酸丁基锡、异辛酸铋、乙酸钾中的一种或几种的结合。可以理解的是，在制备第二助剂的步骤中，还可以增加其他助剂，包括但不局限于光亮剂、分散剂、导电剂、固化剂、催干剂、增韧剂、乳化剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、抗结皮剂、交联剂、塑化剂等利于弹性复合材料成型及功能改变的试剂。

可以理解的是，本发明的弹性复合材料的制备方法中，还可以根据所需弹性复合材料的特定功能，增加相应的添加材料，例如，可以根据所需弹性复合材料需要的颜色增加指定的色素。从而使本发明的弹性复合材料具有更广泛的应用。

在制备聚合物基体的步骤中，可以先将所述聚合物基体和所述粉体填料均匀混合，再将所述第二助剂加入进行混合，得到所述三者的混合物。或者先将所述聚合物基体和所述第二助剂均匀混合，再将所述粉体填料加入进行混合，得到所述三者的混合物。再或者将所述聚合物基体、所述粉体填料和所述第二助剂同步均匀混合，得到所述三者的混合物。不论采用上述何种混合方式，均能制备得到本发明的弹性复合材料。

所述聚合物基体的重量为所述聚合基体与所述粉体填料重量之和的5％-90％，所述粉体填料的重量为所述聚合基体与所述粉体填料重量之和的10％-95％，所述第二助剂的重量为所述聚合基体的0.1-5％。。

本发明还提供一种采用上述弹性复合材料的制备方法得到的弹性复合材料，所述弹性复合材料包括聚合物基体和粉体填料，所述粉体填料包括金属粉末和无机物粉末，所述粉体填料分散于所述聚合物基体内，且所述弹性复合材料的密度为1-15g/cm^-3，拉伸变形率在150％-900％。

所述金属粉末优选为铁粉或钢粉，使得本发明的弹性复合材料成本较低。且所述金属粉末和所述无机物粉末的颗粒大小可以根据最终得到的弹性复合材料的需求进行选择。优选地，所述金属粉末为球形粉体颗粒；球形粉体颗粒能够增加金属粉末与聚合物基体的接触面积且球形颗粒拥有较高堆积密度从而进一步提高了弹性复合材料的回弹效果和弹性稳定性。

本发明的弹性复合材料的密度为1-15g/cm^-3，拉伸变形率在150％-900％，具有高比重、高热熔、高韧性等特性，且弹性复合材料粘性低、回弹效果好、弹性稳定。

实施例一

本实施例提供一种弹性复合材料的制备方法，包括如下步骤：

制备聚合物基体：将正硅酸乙酯、聚甲基三乙氧基硅烷、三甲基硅醇、乙醇按照100∶150∶200∶40∶10的重量比均匀混合，80℃在反应釜内反4小时应制得增韧剂；将由羟基封端聚二甲基硅氧烷、二甲基硅油和增韧剂按照100∶30∶20的重量比混合而成，最后得到具有流动状态的聚合物基体；

制备粉体填料：将铁粉、硫酸钡、碳酸钙、硅微粉按照100：：50：20：10的重量比均匀混合，最后得到粉体填料；

制备第二助剂：将正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、铋催化剂按照10∶10∶1∶0.2的重量比混合而成；

制备弹性复合材料：将聚合物基体与功能粉体按照重量比100：10投入料池，通过机械分散均匀混合，加入第二助剂，第二助剂与聚合物基体的重量比为3：100加入混合物中继续分散，分散均匀后，倒入模具自然流平，一星期后从模具取出，测得其密度为1g/cm3，断裂伸长率为900％。

如图1所示，为采用本发明实施例一的制备方法得到的弹性复合材料的SEM微观形貌照片，从图1中可以看出，粉体填料均匀分散于聚合物基体内，各成份之间形成有效的紧密连接，聚合物基体对金属粉末的包覆效果极佳。

实施例二

制备粉体填料：将金粉、硫酸钡、碳酸钙、硅微粉按照100：：20：10：5的重量比均匀混合，最后得到粉体填料；

制备弹性复合材料：将聚合物基体与功能粉体按照重量比10：120投入料池，通过机械分散均匀混合，加入第二助剂，第二助剂与聚合物基体的重量比为3：100加入混合物中继续分散，分散均匀后，倒入模具自然流平，一星期后从模具取出，测得其密度为15g/cm³，断裂伸长率为150％。

如图2所示，为采用本发明实施例二的制备方法得到的弹性复合材料的SEM微观形貌照片，从图2中可以看出，粉体填料均匀分散于聚合物基体内，各成份之间形成有效的紧密连接，聚合物基体对金属粉末的包覆效果极佳。

实施例三

制备聚合物基体：将将液态的二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚丙二醇按照100∶60∶20的重量比均匀混合，80℃下得到具有流动状态的聚氨酯类聚合物基体；

制备粉体填料：将不锈钢粉、二氧化硅、碳酸钙、硅微粉按照按照100：30：40：5的重量比均匀混合，最后得到粉体填料；

制备第二助剂：将三羟甲基丙烷、三乙醇胺、二乙烯三胺、三亚乙基二胺按照10∶10∶1∶0.2的重量比混合而成；

制备弹性复合材料：将聚合物基体与功能粉体按照重量比10：60投入料池，通过机械分散均匀混合，加入第二助剂，第二助剂与聚合物基体的重量比为5：100加入混合物中继续分散，分散均匀后，倒入模具自然流平，一星期后从模具取出，测得其密度为3g/cm³，断裂伸长率为450％。

如图3所示，为采用本发明实施例三的制备方法得到的弹性复合材料的SEM微观形貌照片，从图3中可以看出，粉体填料均匀分散于聚合物基体内，各成份之间形成有效的紧密连接，聚合物基体对金属粉末的包覆效果极佳。

实施例四

制备弹性复合材料：将聚合物基体与功能粉体按照重量比10：80投入料池，通过机械分散均匀混合，加入第二助剂，第二助剂与聚合物基体的重量比为4：100加入混合物中继续分散，分散均匀后，倒入模具自然流平，一星期后从模具取出，测得其密度为3.5g/cm³，断裂伸长率为350％。

实施例五

制备弹性复合材料：将聚合物基体与功能粉体按照重量比10：30投入料池，通过机械分散均匀混合，加入第二助剂，第二助剂与聚合物基体的重量比为4：100加入混合物中继续分散，分散均匀后，倒入模具自然流平，一星期后从模具取出，测得其密度为2.5g/cm³，断裂伸长率为550％。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种弹性复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

制备第二助剂；将交联剂和催化剂混合得到第二助剂；

2.如权利要求1所述的弹性复合材料的制备方法，其特征在于，在制备弹性复合材料步骤中，先将所述聚合物基体和所述粉体填料均匀混合，再将所述第二助剂加入进行混合；或者先将所述聚合物基体和所述第二助剂均匀混合，再将所述粉体填料加入进行混合；或者将所述聚合物基体、所述粉体填料和所述第二助剂同步均匀混合。

3.如权利要求1所述的弹性复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物基体的重量为所述聚合基体与所述粉体填料重量之和的5％-90％，所述粉体填料的重量为所述聚合基体与所述粉体填料重量之和的10％-95％，所述第二助剂的重量为所述聚合基体的0.1-5％。

4.如权利要求1所述的弹性复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物基体为橡胶或聚氨酯，所述聚合物基体为合成橡胶或有机硅系聚合物。

5.如权利要求1所述的弹性复合材料的制备方法，其特征在于，所述粉体填料中，所述金属粉末重量占所述粉体填料重量的10％-90％。

6.如权利要求1所述的弹性复合材料的制备方法，其特征在于，所述无机物粉末的材料为钡盐、二氧化硅、三氧化二铝和碳酸钙其中一种或至少两种的组合。

7.如权利要求6所述的弹性复合材料的制备方法，其特征在于，所述无机物粉末的材料为硫酸钡。

8.一种采用权利要求1-7中任一所述的弹性复合材料的制备方法得到的弹性复合材料，其特征在于，包括：聚合物基体和粉体填料，所述粉体填料包括金属粉末和无机物粉末，所述粉体填料分散于所述聚合物基体内，且所述弹性复合材料的密度为1-15g/cm^-3，拉伸变形率在150％-900％。

9.如权利要求8所述的弹性复合材料，其特征在于，所述金属粉末为金粉、银粉、铂粉、铁粉、钢粉、铜粉、铝粉、钨粉、钼粉、钴粉、镍粉、钛粉、钽粉、锡粉、铅粉及至少两种元素形成的合金粉中的一种或至少两种的组合。

10.如权利要求8所述的弹性复合材料，其特征在于，所述金属粉末为球形粉体颗粒。