1、第35卷第5期2007年5月化工新型材料N EW CH EMICAL MA TERIAL SVol135No1557純化學發泡技術在低壓縮應力松弛硅橡膠泡沫材料研制中的應用研究丁國芳張長生賀傳蘭石耀剛羅世凱王建華(中國工程物理研究院化工材料研究所,綿陽621900摘要運用純化學發泡技術,采用兩次硫化發泡工藝,成功制備了硅橡膠泡沫材料。研究了發泡劑用量以及發泡劑與硫化劑之間的匹配等對硅橡膠泡沫材料壓縮應力松弛的影響。同時,研究了一次發泡溫度和二次硫化時間對泡沫材料壓縮應力松弛的影響。結果表明:在所選擇的一次和二次硫化發泡工藝條件和合適的發泡劑和硫化劑等用量下,成功制得具有較低壓縮應力松弛性能的硅

2、橡膠泡沫材料。關鍵詞純化學發泡,硅橡膠泡沫,壓縮應力松弛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硅橡膠泡沫材料具有壓縮變形大、耐老化、使用溫度范圍寬等優點而受到各領域的重視,而壓縮應力松弛小、壓縮永久變形低的硅橡膠泡沫材料更是科研工作者研究關注的焦點。開展低壓縮應力松弛性能硅橡膠泡沫材料的研究,有助于其在相應部位使用中的結構合理設計,而且在作為相應條件下的物理指標的基礎研究,對整個硅橡膠泡沫材料的發展和實際應用等都有重要的價值15。本研究采用純化學發泡,運用兩段式發泡硫化工藝過程,研究了發泡劑用量以及發泡劑與硫化劑之間的匹配性等對硅橡膠泡沫材料壓縮應力松弛的影響,并通過控制混煉膠的

6、配方、發泡劑的用量以及其與硫化劑的匹配性、一段和二段發泡硫化工藝條件,成功制得泡孔結構優異的硅橡膠泡沫材料,其壓縮應力松弛較佳。1實驗部分1.1主要原材料聚二甲基乙烯基硅氧烷(VMQ,黏均分子量M=62萬, GE公司;過氧化二苯甲酰(BPO,分析純;過氧化二異丙苯(DCP,發泡劑,化學純;白炭黑(SiO2,T3625,沉淀法,吉林雙龍化工公司;發泡劑(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,其它助劑適量。113儀器與設備開放式煉膠機(SK2250,無錫市第一橡塑機械設備廠;模壓成型機(YX250

7、,上海偉力機械廠;電磁平板硫化機(XLB2 DC2600×60022A,株洲時代機電設備有限責任公司;電子萬能試驗機(CM T27105,珠海三思計量儀器有限公司;發泡硫化儀(U R22030,優肯科技股份有限公司。1.4泡沫材料的制備在捏合機中,將硅橡膠生膠和白炭黑在一定溫度下混合均勻,制成混煉膠。后在開放式煉膠機中依次加入助劑、硫化劑、發泡劑,在輥距12mm下薄通1015遍,按照模具尺寸出片,經過一次和二次硫化發泡成型,然后切片,進行壓縮應力松弛測試。1.5測試與表征壓縮應力松弛測試:將發泡硫化成型后的泡沫坯切成2mm后的片材,用標準裁刀制成65mm×12mm×

8、;2mm標準測試樣品,測試條件為橫梁速度115mm/min ,溫度為室溫,環境濕度為70%。2結果與討論2.1發泡劑用量對泡沫材料壓縮應力松弛的影響泡孔結構大小及分布情況對泡沫材料的壓縮應力松弛有著直接的影響。研究了發泡劑用量對泡沫材料壓縮應力松弛的影響,如圖1所示。 圖1發泡劑用量對泡沫材料的壓縮應力松弛的影響從圖1可知,發泡劑用量在6份時,所設計泡沫材料的壓縮應力松弛最佳,其產生的放氣量不足以形成連續穿孔的泡體結構;而當其用量較大時,使發泡材料的密度降低太多,就使泡體的結構強度下降,在這兩種情況下,硅橡膠泡沫材料的壓縮應力松弛都較差。2.2發泡劑與硫化劑之間的匹配性研究在純化學發泡制備泡沫

9、材料時,泡孔在形成過程中包括發泡和固化兩個過程,當泡孔形成一定的形狀后,需要在硫化劑的作用下進行交聯固化。如果固化太早則不容易形成較好的相互穿孔的泡孔結構;反之則使發泡劑分解釋放的氣體不易保留而放掉,起不到形成泡孔的發泡作用。研究了所設計配方體系中發泡劑用量在6份時,不同硫化劑用量對泡沫材料壓縮應力松弛的影響,如圖2所示。 圖2泡沫材料的壓縮應力松弛性能隨硫化劑用量的變化曲線從圖可以看出,當發泡劑和硫化劑的配比在6115情況下,所設計的配方的泡沫材料的壓縮應力松弛最好。同時,用硫化發泡儀對發泡劑和硫化劑之間的匹配性進行了研究,在所設定的溫度和發泡劑用量下,研究了不同硫化劑量(DCP110、11

10、5、211份下的混煉膠發泡硫化曲線(圖略。結果表明,硫化劑115份時的發泡和硫化曲線走勢基本同步,說明兩者的匹配性最好,這也為配方設計提供有力的佐證6。2.3一次硫化發泡溫度對泡沫材料壓縮應力松弛的影響在制備純化學發泡材料時,一般需要經過1次和2次發泡硫化,有些還需要經過3次或4次硫化發泡。本研究采用兩段式工藝過程,其中1次發泡硫化目的是形成預發泡硫化坯體,產生一定要求的預發泡和預交聯結構。此過程對泡沫材料的結構和分布起著十分重要的作用。在這個過程中,發泡溫度是工藝的關鍵,泡體結構的形成狀態對溫度最敏感。研究了不同一次發泡溫度下泡沫材料的壓縮應力松弛,如圖3所示。圖3泡沫材料壓縮應力松弛隨發泡

11、溫度的變化曲線從圖3可以看出,在130下所研制的硅橡膠泡沫材料的壓縮應力松弛最好。2.4二次硫化發泡時間對泡沫材料壓縮應力松弛的影響在一次硫化發泡工藝中形成預發泡硫化坯體后,還需要進行二次發泡和硫化交聯固化。在此過程中,影響工藝過程的主要因素為作用時間和作用壓力,其中硫化發泡時間對泡沫材料的性能起著主要決定作用。不同硫化發泡作用時間對泡沫材料的影響如圖4所示。圖4泡沫材料壓縮應力松弛性能隨硫化時間的變化曲線由圖4可知,當硫化作用時間在20min 時所制得的泡沫材料的壓縮應力松弛最好。(下轉第64頁 圖5偏光顯微鏡圖1-F401;2-DP 21;3-DP 222.3動態力學熱性能在圖6中,給出的

12、是力學損耗角正切(Tan的溫度掃描曲線,曲線峰值所對應的溫度表示材料的玻璃化轉變溫度(Tg 。從中可以得知:等規PP 和嵌段共聚PP 的Tan 溫度掃描曲線和Tg 值差別不大,而DP 的Tan值與曲線峰面積都要明顯高于等規PP 和嵌段共聚PP ,Tg 則比它們顯得更低。并且隨著乙烯含量的增加,DP 的Tan值和曲線峰面積進一步升高,Tg 進一步降低。其中,曲線峰面積的增加預示著DP 的無定形成分較多,結晶區較少;而較高的Tan值和較低的Tg 則說明DP 分子鏈段更加柔順,鏈段能在較低溫度下運動,并克服分子鏈間的摩擦阻力而吸收更多的能量。 圖6Tan隨溫度變化曲線3結論后茂金屬丙烯基塑性體結構中

13、具有一定的缺陷,與Zie 2gler 2Natta 催化劑合成的等規PP 或嵌段共聚PP 相比,具有較低的熔點、結晶溫度、熔融焓和結晶度。晶體的不完善程度差別也較大,不能形成完善的球晶。但是,它的分子鏈段變得更加柔順,Tg 降低。從而導致材料屈服強度降低,斷裂伸長率顯著提高,有望在薄膜、纖維和密封劑等領域得到廣泛應用。參考文獻1姜杰,伍青.無規聚丙烯的研究進展J .化工新型材料,1999,27(9:15217.2Anon.Olefinic versatility J .Plast Eng ,2004,60(5:7.3呂慧鸞.嵌段共聚聚丙烯EPS30R 的試產試用與品質改進J .精細石油化工,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頁3結論在所研究配方體系中,發泡劑和硫化劑用量在6115比例下,兩者的硫化發泡曲線的匹配性最好。發泡劑用量在6份時,在一次發泡溫度130和二次硫化時間20min 下,硅橡膠泡沫材料的壓縮應力松弛性能最佳。參考文獻能的影響J .橡膠工業.1998,45(11:6472651.2胡義