纯化学发泡技术在低压缩应力松弛硅橡胶泡沫材料研制中的应用研究

1、第35卷第5期2007年5月化工新型材料N EW CH EMICAL MA TERIAL SVol135No1557纯化学发泡技术在低压缩应力松弛硅橡胶泡沫材料研制中的应用研究丁国芳张长生贺传兰石耀刚罗世凯王建华(中国工程物理研究院化工材料研究所,绵阳621900摘要运用纯化学发泡技术,采用两次硫化发泡工艺,成功制备了硅橡胶泡沫材料。研究了发泡剂用量以及发泡剂与硫化剂之间的匹配等对硅橡胶泡沫材料压缩应力松弛的影响。同时,研究了一次发泡温度和二次硫化时间对泡沫材料压缩应力松弛的影响。结果表明:在所选择的一次和二次硫化发泡工艺条件和合适的发泡剂和硫化剂等用量下,成功制得具有较低压缩应力松弛性能的硅

2、橡胶泡沫材料。关键词纯化学发泡,硅橡胶泡沫,压缩应力松弛Study on the low2compression2stress2relaxation silicone rubberfoam using the pure chemical foaming technology Ding GuofangZhang ChangshengHe ChuanlanShi YaogangL uo ShikaiWang Jianhua(Instit ute of Chemical Materials of CA EP,Mianyang621900Abstractthe silicone rubber foam

3、 was prepared by pure chemical foaming method under the first and the second foaming conditions.Effects of foaming agent、vulcanizer and the match of the two on the compress stress relaxation of the silicone rubber foam were studied.At the same time,effects of the first temperture and the second time

4、 conditions on the compress stress relaxation were also studied.The results showed that under the choice conditions of the two foaming con2 ditions、foaming agent and vulcanizer,the low compress stress relaxation characteristic silicone foam was seccessf ully man2 ufactured.K ey w ordspure chemical f

5、oaming,silicone rubber foam,compress stress relaxation硅橡胶泡沫材料具有压缩变形大、耐老化、使用温度范围宽等优点而受到各领域的重视,而压缩应力松弛小、压缩永久变形低的硅橡胶泡沫材料更是科研工作者研究关注的焦点。开展低压缩应力松弛性能硅橡胶泡沫材料的研究,有助于其在相应部位使用中的结构合理设计,而且在作为相应条件下的物理指标的基础研究,对整个硅橡胶泡沫材料的发展和实际应用等都有重要的价值15。本研究采用纯化学发泡,运用两段式发泡硫化工艺过程,研究了发泡剂用量以及发泡剂与硫化剂之间的匹配性等对硅橡胶泡沫材料压缩应力松弛的影响,并通过控制混炼胶的

6、配方、发泡剂的用量以及其与硫化剂的匹配性、一段和二段发泡硫化工艺条件,成功制得泡孔结构优异的硅橡胶泡沫材料,其压缩应力松弛较佳。1实验部分1.1主要原材料聚二甲基乙烯基硅氧烷(VMQ,黏均分子量M=62万, GE公司;过氧化二苯甲酰(BPO,分析纯;过氧化二异丙苯(DCP,发泡剂,化学纯;白炭黑(SiO2,T3625,沉淀法,吉林双龙化工公司;发泡剂(A K:南河塑料化工公司。1.2基本配方VMQ100份,SiO21545份,BPO0105015份,DCP 015215份,A K212份,其它助剂适量。113仪器与设备开放式炼胶机(SK2250,无锡市第一橡塑机械设备厂;模压成型机(YX250

7、,上海伟力机械厂;电磁平板硫化机(XLB2 DC2600×60022A,株洲时代机电设备有限责任公司;电子万能试验机(CM T27105,珠海三思计量仪器有限公司;发泡硫化仪(U R22030,优肯科技股份有限公司。1.4泡沫材料的制备在捏合机中,将硅橡胶生胶和白炭黑在一定温度下混合均匀,制成混炼胶。后在开放式炼胶机中依次加入助剂、硫化剂、发泡剂,在辊距12mm下薄通1015遍,按照模具尺寸出片,经过一次和二次硫化发泡成型,然后切片,进行压缩应力松弛测试。1.5测试与表征压缩应力松弛测试:将发泡硫化成型后的泡沫坯切成2mm后的片材,用标准裁刀制成65mm×12mm×

8、;2mm标准测试样品,测试条件为横梁速度115mm/min ,温度为室温,环境湿度为70%。2结果与讨论2.1发泡剂用量对泡沫材料压缩应力松弛的影响泡孔结构大小及分布情况对泡沫材料的压缩应力松弛有着直接的影响。研究了发泡剂用量对泡沫材料压缩应力松弛的影响,如图1所示。 图1发泡剂用量对泡沫材料的压缩应力松弛的影响从图1可知,发泡剂用量在6份时,所设计泡沫材料的压缩应力松弛最佳,其产生的放气量不足以形成连续穿孔的泡体结构;而当其用量较大时,使发泡材料的密度降低太多,就使泡体的结构强度下降,在这两种情况下,硅橡胶泡沫材料的压缩应力松弛都较差。2.2发泡剂与硫化剂之间的匹配性研究在纯化学发泡制备泡沫

9、材料时,泡孔在形成过程中包括发泡和固化两个过程,当泡孔形成一定的形状后,需要在硫化剂的作用下进行交联固化。如果固化太早则不容易形成较好的相互穿孔的泡孔结构;反之则使发泡剂分解释放的气体不易保留而放掉,起不到形成泡孔的发泡作用。研究了所设计配方体系中发泡剂用量在6份时,不同硫化剂用量对泡沫材料压缩应力松弛的影响,如图2所示。 图2泡沫材料的压缩应力松弛性能随硫化剂用量的变化曲线从图可以看出,当发泡剂和硫化剂的配比在6115情况下,所设计的配方的泡沫材料的压缩应力松弛最好。同时,用硫化发泡仪对发泡剂和硫化剂之间的匹配性进行了研究,在所设定的温度和发泡剂用量下,研究了不同硫化剂量(DCP110、11

10、5、211份下的混炼胶发泡硫化曲线(图略。结果表明,硫化剂115份时的发泡和硫化曲线走势基本同步,说明两者的匹配性最好,这也为配方设计提供有力的佐证6。2.3一次硫化发泡温度对泡沫材料压缩应力松弛的影响在制备纯化学发泡材料时,一般需要经过1次和2次发泡硫化,有些还需要经过3次或4次硫化发泡。本研究采用两段式工艺过程,其中1次发泡硫化目的是形成预发泡硫化坯体,产生一定要求的预发泡和预交联结构。此过程对泡沫材料的结构和分布起着十分重要的作用。在这个过程中,发泡温度是工艺的关键,泡体结构的形成状态对温度最敏感。研究了不同一次发泡温度下泡沫材料的压缩应力松弛,如图3所示。图3泡沫材料压缩应力松弛随发泡

11、温度的变化曲线从图3可以看出,在130下所研制的硅橡胶泡沫材料的压缩应力松弛最好。2.4二次硫化发泡时间对泡沫材料压缩应力松弛的影响在一次硫化发泡工艺中形成预发泡硫化坯体后,还需要进行二次发泡和硫化交联固化。在此过程中,影响工艺过程的主要因素为作用时间和作用压力,其中硫化发泡时间对泡沫材料的性能起着主要决定作用。不同硫化发泡作用时间对泡沫材料的影响如图4所示。图4泡沫材料压缩应力松弛性能随硫化时间的变化曲线由图4可知,当硫化作用时间在20min 时所制得的泡沫材料的压缩应力松弛最好。(下转第64页 图5偏光显微镜图1-F401;2-DP 21;3-DP 222.3动态力学热性能在图6中,给出的

12、是力学损耗角正切(Tan的温度扫描曲线,曲线峰值所对应的温度表示材料的玻璃化转变温度(Tg 。从中可以得知:等规PP 和嵌段共聚PP 的Tan 温度扫描曲线和Tg 值差别不大,而DP 的Tan值与曲线峰面积都要明显高于等规PP 和嵌段共聚PP ,Tg 则比它们显得更低。并且随着乙烯含量的增加,DP 的Tan值和曲线峰面积进一步升高,Tg 进一步降低。其中,曲线峰面积的增加预示着DP 的无定形成分较多,结晶区较少;而较高的Tan值和较低的Tg 则说明DP 分子链段更加柔顺,链段能在较低温度下运动,并克服分子链间的摩擦阻力而吸收更多的能量。 图6Tan随温度变化曲线3结论后茂金属丙烯基塑性体结构中

13、具有一定的缺陷,与Zie 2gler 2Natta 催化剂合成的等规PP 或嵌段共聚PP 相比,具有较低的熔点、结晶温度、熔融焓和结晶度。晶体的不完善程度差别也较大,不能形成完善的球晶。但是,它的分子链段变得更加柔顺,Tg 降低。从而导致材料屈服强度降低,断裂伸长率显著提高,有望在薄膜、纤维和密封剂等领域得到广泛应用。参考文献1姜杰,伍青.无规聚丙烯的研究进展J .化工新型材料,1999,27(9:15217.2Anon.Olefinic versatility J .Plast Eng ,2004,60(5:7.3吕慧鸾.嵌段共聚聚丙烯EPS30R 的试产试用与品质改进J .精细石油化工,2

14、001,(6:52254.4Cao Y ,Li H.Influence of ultrasound on t he processing andstructure of polypropylene during extrusion J .Polym Eng Sci ,2002,42(7:153421540.收稿日期:2007201204(上接第58页3结论在所研究配方体系中,发泡剂和硫化剂用量在6115比例下,两者的硫化发泡曲线的匹配性最好。发泡剂用量在6份时,在一次发泡温度130和二次硫化时间20min 下,硅橡胶泡沫材料的压缩应力松弛性能最佳。参考文献1胡文军,陈宏,张凯,陈晓丽.孔隙度对开孔硅橡胶泡沫材料性能的影响J .橡胶工业.1998,45(11:6472651.2胡义,姚国萍.泡沫硅橡胶用白碳黑的改性J .有机硅材料.2000,14(6:32234.3胡义,姚国萍.ZnO