基于增材制造技術(shù)制備硅橡膠多孔材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于增材制造(3D打印)技術(shù)制備硅橡膠多孔材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅橡膠多孔材料將硅橡膠與泡沫材料的特性集于一體，不但具有硅橡膠優(yōu)良的耐高低溫性能、耐輻射性能、化學(xué)穩(wěn)定性以及電氣絕緣性等，還具有泡沫材料的輕質(zhì)高強(qiáng)、隔音、隔熱以及阻尼等性能，因而作為阻尼減振材料、隔音隔熱材料、精密器件包裝材料等在航空航天、先進(jìn)武器以及電子工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的重要應(yīng)用。
[0003]目前，硅橡膠多孔材料的制備方法最常用的有溶析成孔法和化學(xué)發(fā)泡法，其中溶析成孔法是將成孔劑預(yù)埋于混煉膠中，待硫化后用水等溶劑將成孔劑溶解析出，制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，硫化過(guò)程中成孔劑也很難保持穩(wěn)定的形態(tài)和尺寸，同時(shí)成孔劑有可能殘留在基體中，影響材料性能;化學(xué)發(fā)泡法主要有兩種，一種是利用羥基封端的聚二甲基硅氧烷生膠與含S1-H鍵的交聯(lián)劑在交聯(lián)反應(yīng)中釋放的氫氣形成泡孔，另一種則是將在高溫下可分解產(chǎn)生氣體的化學(xué)發(fā)泡劑均勻分散在混煉膠中，在高溫硫化的過(guò)程中，化學(xué)發(fā)泡劑分解產(chǎn)生氣體從而形成泡孔，通過(guò)化學(xué)發(fā)泡法制備硅橡膠多孔材料時(shí)，交聯(lián)反應(yīng)與發(fā)泡反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，泡孔結(jié)構(gòu)、尺寸以及分布都很難控制，同時(shí)，化學(xué)發(fā)泡劑的殘留會(huì)影響材料性能，而部分化學(xué)發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體對(duì)環(huán)境也有不利的影響。無(wú)論通過(guò)溶析成孔法還是化學(xué)發(fā)泡法，得到的硅橡膠泡沫材料的泡孔結(jié)構(gòu)存在很大的隨機(jī)性，因此難以通過(guò)上述方法實(shí)現(xiàn)對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)的精確控制，從而使其性能調(diào)控很難通過(guò)泡孔結(jié)構(gòu)的精確控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，越來(lái)越難以滿足高新技術(shù)發(fā)展的需求。而近年來(lái)發(fā)展迅速的增材制造(又稱3D打印)技術(shù)，則使采用傳統(tǒng)加工方法難以實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和功能成為可能，增材制造的基本原理在于“分層制造，逐層疊加”，通過(guò)滿足增材技術(shù)要求的設(shè)備，將一層層的材料堆疊成目標(biāo)實(shí)體。目前，在熱塑性材料領(lǐng)域，已有商業(yè)化的3D打印設(shè)備和適用于3D打印成型的材料，而對(duì)于硅橡膠等熱固性彈性體材料的3D打印，目前尚無(wú)成熟的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種基于增材制造技術(shù)制備硅橡膠多孔材料的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，滿足相關(guān)領(lǐng)域?qū)柘鹉z多孔材料的需要。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種基于增材制造技術(shù)制備硅橡膠多孔材料的方法，所述的方法包括以下步驟:
[0007]步驟一、混合制備基礎(chǔ)膠料
[0008]將按重量份數(shù)計(jì)算的100份硅橡膠生膠，O?80份填料，0.5?15份交聯(lián)劑，0.1?3.0份催化劑，O?1.5份抑制劑混合攪拌均勻得到基礎(chǔ)膠料；
[0009]步驟二、基礎(chǔ)膠料脫泡處理
[0010]將步驟一得到的基礎(chǔ)膠料裝于膠料直寫(xiě)設(shè)備的料筒中，用封蓋密封料筒的出料口，然后將料筒置于脫泡機(jī)中進(jìn)行脫泡；
[0011 ]步驟三、硅橡膠多孔材料的預(yù)成形
[0012]將料筒與膠料直寫(xiě)設(shè)備的壓力驅(qū)動(dòng)閥連接，并將料筒固定在多軸移動(dòng)平臺(tái)上，將料筒上的封蓋用一定直徑的擠出針頭替換;設(shè)置膠料直寫(xiě)設(shè)備的壓力、輸入移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)參數(shù)，運(yùn)行程序，料筒中的膠料在壓力作用下將按照預(yù)設(shè)軌跡通過(guò)膠料通過(guò)擠出針頭逐層擠出，得到硅橡膠多孔材料的預(yù)成形樣品；
[0013]步驟四、硫化
[0014]將硅橡膠多孔材料的預(yù)成形樣品于80°C?180°C的溫度下硫化I?8小時(shí)，得到硅橡膠多孔材料樣品。
[0015]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是硅橡膠生膠為粘度在500mPa.s?100，OOOmPa.s的液體硅橡膠。
[0016]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是硅橡膠生膠為端羥基聚二甲基硅氧烷、端羥基聚甲基苯基娃氧燒、端乙稀基聚一■甲基娃氧燒、端乙稀基聚甲基苯基娃氧燒中的一種O
[0017]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是填料為沉淀法白炭黑、氣相法白炭黑、娃藻土、娃樹(shù)脂、炭黑、碳納米管、石墨烯、有機(jī)蒙脫土、納米碳酸鈣、滑石粉等中的一種或幾種復(fù)配而成。
[0018]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是交聯(lián)劑為聚甲基氫硅氧烷、含3?4個(gè)烷氧基官能團(tuán)的硅烷中的一種，催化劑為鉑催化劑、有機(jī)錫類催化劑中的一種。
[0019]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是當(dāng)硅橡膠生膠為端乙烯基聚二甲基硅氧烷、端乙烯基聚甲基苯基娃氧燒中的一種或兩種時(shí)，交聯(lián)劑為聚甲基氣娃氧燒，催化劑為鉬催化劑；
[0020]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是當(dāng)硅橡膠生膠為羥基封端的聚二甲基硅氧烷、端羥基聚甲基苯基硅氧烷中的一種或兩種時(shí)，交聯(lián)劑為含3?4個(gè)烷氧基官能團(tuán)的硅烷，催化劑為有機(jī)錫類催化劑。
[0021]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是僅當(dāng)催化劑為鈾催化劑時(shí)，添加抑制劑;所述抑制劑為甲基乙烯基環(huán)四硅氧烷、多乙烯基聚硅氧烷、炔醇類化合物、酰胺化合物、馬來(lái)酸酯類化合物中的一種。
[0022]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是多軸移動(dòng)平臺(tái)為是在x、y、z三個(gè)坐標(biāo)方向移動(dòng)的三軸或三軸以上的移動(dòng)平臺(tái)。
[0023]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是膠料直寫(xiě)設(shè)備是點(diǎn)膠機(jī)或具有點(diǎn)膠機(jī)功能，可以使膠料在壓力或剪切力作用下通過(guò)擠出針頭擠出的設(shè)備。
[0024]具體的，本發(fā)明是基于增材制造技術(shù)的基本原理，根據(jù)硅橡膠的成型加工特性，開(kāi)發(fā)了一種增材制造(3D打印)技術(shù)制備硅橡膠多孔材料的方法，可以實(shí)現(xiàn)泡孔結(jié)構(gòu)的定制，獲得具有特定泡孔機(jī)構(gòu)的硅橡膠多孔材料。
[0025]本發(fā)明通過(guò)生膠、填料、交聯(lián)機(jī)、催化劑的配合控制膠料的流變性能和硫化性能，設(shè)計(jì)了一種可以通過(guò)增材制造方法成型的硅橡膠多孔材料配方，并利用膠料直寫(xiě)設(shè)備和多軸移動(dòng)平臺(tái)，通過(guò)逐層直寫(xiě)和疊加的方式(即增材制造的方法)制備具有不同孔結(jié)構(gòu)和性能的硅橡膠多孔材料。采用本發(fā)明所述的材料配方和制備方法，可以制備通過(guò)常用物理發(fā)泡法、化學(xué)發(fā)泡法所不能獲得的孔結(jié)構(gòu)的硅橡膠多孔材料，可用于密封、減振、隔熱、包裝、傳感等用途。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明基于“分層制造，逐層疊加”的增材制造(3D打印)技術(shù)原理，采用多軸移動(dòng)平臺(tái)和膠料直寫(xiě)設(shè)備制備硅橡膠多孔材料，可以克服一般基于溶析成孔和化學(xué)發(fā)泡原理的模壓和注射成型方法的不足，獲得通過(guò)常用方法無(wú)法制備的具有特定泡孔結(jié)構(gòu)的娃橡膠多孔材料，實(shí)現(xiàn)娃橡膠多孔材料泡孔結(jié)構(gòu)的定制和精確控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其性能進(jìn)行調(diào)控。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的硅橡膠多孔材料的光學(xué)顯微鏡下結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的硅橡膠多孔材料的壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線示意圖。
[0029]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2得到的硅橡膠多孔材料的光學(xué)顯微鏡下結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2得到的硅橡膠多孔材料的壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線示意圖。
[0031]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3得到的硅橡膠多孔材料的光學(xué)顯微鏡下結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3得到的硅橡膠多孔材料的壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0034]本說(shuō)明書(shū)(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0035]本發(fā)明方法的整體步驟概括為:先將硅橡膠生膠、填料、交聯(lián)劑、催化劑混合均勻后，得到適用于增材制造的硅橡膠膠料，再通過(guò)多軸移動(dòng)平臺(tái)和膠料直寫(xiě)設(shè)備(如點(diǎn)膠機(jī))，將膠料按照預(yù)設(shè)軌跡進(jìn)行直寫(xiě)和逐層疊加，得到預(yù)成形的硅橡膠多孔材料樣品，最后再將預(yù)成形的多孔硅橡膠樣品在加熱條件下硫化成型得到硅橡膠多孔材料。
[0036]分析測(cè)試方法如下:
[0037]光學(xué)顯微鏡分析:采用光學(xué)顯微鏡對(duì)多孔硅橡膠樣品的泡孔形狀、泡孔大小進(jìn)行分析。本發(fā)明中所使用的光學(xué)顯微鏡為日本浩視(Hirox)公司KH3000光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)。
[0038]壓縮性能測(cè)試:參照GB/T 18942.2-2003執(zhí)行。
[0039]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0040]實(shí)施例1