新型硅橡胶泡沫材料的制备与性能研究

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硅橡胶具有突出的耐高低温性、耐老化性、电气绝缘性等物理化学性能,其泡沫材料则同时还具有轻质、隔音、隔热和密封等优良性能,但硅橡胶分子间作用力小,生胶单独硫化后其力学强度差,只有0.3 MPa左右,严重制约了硅橡胶及其泡沫制品的应用范围。目前,硅橡胶补强常用的方法是采用偶联剂改性白炭黑作为填料;同时,通过与其他橡胶或塑料共混也是提高硅橡胶制品力学性能的重要技术途径。本研究针对目前已有的白炭黑补强硅橡胶(MVQ/SiO2)体系和低密度聚乙烯与硅橡胶共混(LDPE/MVQ/SiO2)体系进行配方和工艺的改进。系统研究了两种补强体系的补强机理,配方和工艺对体系性能的影响,在此基础上制备出物理发泡开孔型硅橡胶泡沫材料,并对硅橡胶泡沫材料性能进行研究,为拓宽硅橡胶泡沫材料在多个领域的应用提供基础。在MVQ/SiO2体系中,为改善传统配方中偶联剂在固定剪切场的混合体系中对SiO2的改性不完全,选用分散剂硬脂酸锌(ZnSt)与偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)并用改性SiO2补强硅橡胶。分别考察了ZnSt、KH560及其并用对体系动态力学性能、力学性能、耐热性、填料-橡胶相互作用和微观结构等的影响。橡胶加工分析仪(RPA)和力学性能测试结果表明,偶联剂KH560和分散剂ZnSt在改善SiO2分散性和体系力学性能方面有叠加效果;结合胶质量分数、扫描电镜(SEM)和热重分析(TGA)测试结果进一步说明,二者并用提高了SiO2的分散性,增强了SiO2与橡胶相互作用,同时耐热性也有一定程度的提高。在LDPE/MVQ/SiO2体系中,LDPE和MVQ属于热力学不相容体系,通过对LDPE、硫化剂和补强填料的选择,混炼温度和工艺的控制达到体系的工艺相容。选用硅烷接枝低密度聚乙烯(s-LDPE)与硅橡胶共混,成功制备了性能优良的s-LDPE/MVQ/SiO2复合材料。利用SEM观察LDPE与MVQ两相的分布情况,综合力学性能和加工性能,最后确定s-LDPE/MVQ/SiO2合金的较佳配方为:MVQ 100 phr,硅烷接枝LDPE(s-LDPE) 30 phr,硫化剂BPO 2 phr,SiO2 30 phr。在上述两种补强体系的基础上,采用溶析发泡工艺,选用尿素为发泡剂,制备开孔型硅橡胶泡沫复合材料。系统地探讨了分散剂ZnSt和偶联剂KH560、LDPE和MVQ共混比及发泡剂用量等对硅橡胶泡沫材料的微观泡孔结构、密度与孔隙度、力学性能、压缩性能以及老化性能的影响。结果表明,分散剂ZnSt和偶联剂KH560并用改性提高了MVQ/SiO2泡沫材料的拉伸强度、撕裂强度、100%定伸应力和拉断伸长率,但其压缩应力松弛性能略有降低;s-LDPE的加入使s-LDPE/MVQ/SiO2泡沫合金材料的泡孔均匀性变差,但其邵氏A型硬度、拉伸强度和撕裂强度有大幅度增加并保持MVQ/SiO2泡沫材料良好的弹性,同时泡沫合金材料压缩模量增加,压缩应力松弛性略有降低,耐老化性下降。通过对照实验发现,s-LDPE/MVQ/SiO2泡沫合金材料的力学性能比MVQ/SiO2泡沫材料高。
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