專利名稱：高性能泡沫橡膠及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與泡沫橡膠材料、制品及其制造方法有關(guān)。
精密器械及各種組合裝置中用作定位、減振、隔離、防轉(zhuǎn)的彈性泡沫橡膠墊，要求其在一定壓縮剩余厚度范圍內(nèi)，有適宜的承受載荷能力、較低的壓縮應(yīng)力構(gòu)馳性能，高彈性和低壓縮永久變形，以起到阻尼減振、補償和調(diào)節(jié)組合件的加工公差、組裝及熱膨脹系數(shù)差異等因素引起的間隙尺寸變化，使組合件之間始終保持一定的應(yīng)力作用，從而保證組合裝置一直處于既“抱緊”又不至于載荷較大的良好使用狀態(tài)，這就對泡沫橡膠材料的壓縮性能及尺寸均勻性等有較高要求?！陡邚椥耘菽牧?》(CN1199063,98、11、18)介紹了一種用水作發(fā)泡劑的物理發(fā)泡法制備高性能泡沫材料的方法；《熱硫化硅橡膠海綿發(fā)泡技術(shù)的研究》(《(橡膠工業(yè)》，1998,45(12):738-741)介紹了一種用偶氮化合物作發(fā)泡劑的化學(xué)發(fā)泡法制備高性能海棉橡膠的方法。上述兩類方法的不足之處在于制品的密度均勻性差，越靠近表層其密度越高，且有較厚的實心表皮，不能一次成型制備幾毫米甚至小于1mm的薄型泡沫橡膠制品，更無法制備密度及壓縮性能均勻的曲面異形泡沫橡膠制品，而且該類泡沫材料需存放1-2年才能使力學(xué)性能趨于穩(wěn)定。若要用這些方法制備泡沫橡膠薄片，則要用昂貴、精密切片機對泡沫體進行切片后再精心挑選出可用片材，從而成本高，更主要的是薄片厚度均勻性差。由于這兩類方法都需考慮凝膠速率與成孔速率的匹配問題，即不能將硫化交聯(lián)與成孔分步進行，從而限制了許多改性方法的應(yīng)用，不利于實現(xiàn)材料及制品的高性能化?！?橡膠海綿襯墊的制造方法》(CN1023945,88,12,21)是一種應(yīng)用常規(guī)化學(xué)發(fā)泡法的基礎(chǔ)上，用金屬網(wǎng)在平板硫化機上制得帶有凸凹花紋的海棉橡膠襯墊的方法，該法制得的彈性海綿墊的主要承力部位為凸突部位，在應(yīng)用中易因局部失穩(wěn)而使壓應(yīng)力不均勻，同時也不適于制造薄型及曲面異形的泡沫橡膠制品。
本發(fā)明的目的是提供一種泡孔結(jié)構(gòu)可設(shè)計，密度、壓縮性能可按梯度分布，可在模具內(nèi)一次成形各種外形結(jié)構(gòu)和尺寸的制品的開孔泡沫橡膠及其制造方法。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明開孔泡沫橡膠的孔隙形狀、大小、孔隙率由成孔劑及其在橡膠中的分布確定，其成形方法為用特定形狀、粒徑且熱穩(wěn)定性好、易溶于溶劑或可升華的中性無機試劑作成孔劑，均勻分散到混煉橡膠中制成模塑膠泥，利用模具熱硫化定型，經(jīng)溶析或升華成孔，制造出泡孔結(jié)構(gòu)--形狀、大小、孔隙率和外形結(jié)構(gòu)--形狀、尺寸具有可設(shè)計性的平面或網(wǎng)板或曲面或異形的開孔泡沫橡膠構(gòu)件、墊片、薄膜制品或制造出塊狀橡膠。
本發(fā)明至少由兩層泡沫層在水平或垂直方向上復(fù)合構(gòu)成，每層的泡孔結(jié)構(gòu)不相同。
本發(fā)明由泡沫層和實心膠板層在水平或垂直方向上復(fù)合構(gòu)成。
本發(fā)明可將橡膠的硫化與成孔分步進行，并可用溶膠/凝膠方法形成的納米粒子對橡膠進行二次補強或抗靜電等功能化處理。
本發(fā)明于中性無機試劑為尿素或氯化鉀或氯化納的球形顆粒。
本發(fā)明其表皮為厚度均勻且小于10μm的微細孔膜。
本發(fā)明的制造方法是用特定形狀、粒徑且熱穩(wěn)定性好、易洛于溶劑或可升華的中性無機試劑作成孔劑，均勻分散到混煉橡膠中制成模塑膠泥，利用模具熱硫化定型，經(jīng)溶析或升華成孔，制造出泡孔結(jié)構(gòu)--形狀、大小、孔隙率和外形結(jié)構(gòu)--結(jié)構(gòu)狀、尺寸具有可設(shè)計性的平面或網(wǎng)板或曲面或異形的開孔泡沫橡膠結(jié)構(gòu)件、墊片或薄膜制品或制造出塊狀橡膠。
本發(fā)明的制造方法是由不同密度或不同泡孔結(jié)構(gòu)的泡沫橡膠層的單層或多層復(fù)合，或以開孔泡沫橡膠與實心膠板進行單層或多層復(fù)合，從而制造出密度、泡孔大小及壓縮性能按設(shè)計梯度分布的泡沫橡膠制品。
本發(fā)明的制造力法包括如下步驟(1)在橡膠中加入助劑煉膠，(2)將中性無機試劑制成所需形狀和大小的成孔劑，(3)根據(jù)所需孔隙率將成孔劑加入混煉膠中制成膠泥，(4)將膠泥填充模具，預(yù)硫化，脫模制成模塑件，
(5)將模塑件用溶解或升華的方法除成孔劑后干燥后硫化。
本發(fā)明的制造方法將膠泥用簡易模具制成產(chǎn)品的模擬件，測定硫化收縮率，由此設(shè)計模具。
本發(fā)明的制造方法將去除成孔劑的制品浸入添加有烷氧基硅烷或烷氧基金屬化合物、酸性催化劑的溶液中，用溶膠/凝膠方法形成的納米粒子對橡膠進行二次補強或抗靜電等功能化處理。
本發(fā)明制造工藝簡單、可操作性好、耗能少、成本低。用本發(fā)明制造的彈性泡沫橡膠件，其壓縮性能可通過調(diào)節(jié)泡孔結(jié)構(gòu)(形狀、大小、孔隙率)而實現(xiàn)可設(shè)計性；制品的外形結(jié)構(gòu)、尺寸通過模具或?qū)δ＞咚芗M行機械加工而實現(xiàn)可設(shè)計性。本發(fā)明在制備密度、壓縮性能按梯度分布的材料及制品，橡膠體與泡沫體的單層或多層復(fù)合制件，尤其在制造各種平面、網(wǎng)板及曲面異形的球形開孔泡沫橡膠構(gòu)件、墊片及薄膜更具有優(yōu)勢，適于制造各種高性能的泡沫橡膠減震承力件、封密件及包裝材料。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖如下是
具體實施例方式實施例1球形開孔硅橡膠泡沫件的制備向選用的橡膠中加入補強劑、硫化劑、工藝助劑等經(jīng)混煉制得混煉膠；選用氯化鉀、氯化鈉、尿素等熱穩(wěn)定性好、且易溶于水(或可升華)的中性無機試劑，制成各種粒徑的球形或其它形狀顆粒作成孔劑，加入上述混煉膠中，用雙輥煉膠機均勻分散制成可模塑“膠泥”；將“膠泥”用簡易模具制成接近要求厚度的模擬件，測定硫化收縮率，由此設(shè)計模具；將“膠泥”模塑料在適當(dāng)壓力作用下填充模具，在平板硫化機上經(jīng)一定壓力、溫度下硫化，脫模制得成型模塑件；對成型模塑件進行測量，檢查是否需要回模修補或進行機械加工，合格后用熱水等去除成孔劑，得到泡沫橡膠預(yù)成品；再經(jīng)干燥后硫化處理，即可制得設(shè)計形狀、尺寸及性能要求的泡沫橡膠制品。當(dāng)需要對泡沫橡膠進行二次補強或抗靜電處理時，可將已去除成孔劑后得到的泡沫橡膠預(yù)成品，浸于添加有烷氧基硅烷(如四乙氧基硅烷，TEOS)或烷氧基金屬化合物、酸性催化劑(如HCl、HF)的溶液中經(jīng)洛膠/凝膠處理，即可制得納米SiO2或納米金屬氧化物半導(dǎo)體等對橡膠二次補強或抗靜電處理。
配方(重量份)多嵌段乙烯基硅橡膠 100 氣相的炭黑20-50硅烷偶聯(lián)劑 0.5-2三氧化二鐵0.5-2軟化劑 2-15 過氧化物硫化劑0.5-2球形尿素(20-200目) 50-200工藝說明1，用真空密煉機或開煉機制備混煉膠，模塑膠泥在開煉機上制備。為保證成孔劑的形狀不被壓碎，混煉膠不宜太硬，并選用硅氮烷等可反應(yīng)性試劑作軟化劑；成孔劑應(yīng)緩慢均勻添加，混煉中控制好最小輥距，并多次變換輥距、少薄通；2，制平面試件時，宜先用聚酯薄膜在硫化機上預(yù)壓出厚度約為模具型腔高度110-120％的預(yù)壓件，經(jīng)剪裁后裝入模具，然后在平板硫化劑上，經(jīng)10MPa、120℃下預(yù)硫化120min，水洗成孔并干燥后在180℃鼓風(fēng)烘箱中后硫化18h，制得厚度滿足要求的球形開孔泡沫橡膠薄片。當(dāng)采用150份100目球形尿素作成孔劑時，按上述配方工藝制備的0.9mm的泡沫橡膠薄片，密度為0.54g/cm2，抗張強度2.45MPa，斷裂伸長率450％，墊片的壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線在15％-40％應(yīng)變范圍內(nèi)出現(xiàn)一緩慢升高的“平臺”，在0.5MPa壓力下可壓縮率60％；在45℃、壓縮率45％、相對濕度67％的測試條件下，壓縮168h的永久變形小于2％，在初始壓應(yīng)力0.2MPa及上述測試條件下的壓縮應(yīng)力松馳率小于4％。這些性能優(yōu)于現(xiàn)有發(fā)泡方法制得的相同組成、密度的硅泡沫材料。
3，采用陽?；蜿幠Ｉ蠋в型雇恢⑴_、錐形的模具，可制備出帶有柱、臺、錐狀的通孔或盲孔的網(wǎng)板泡沫橡膠制品。如用帶有內(nèi)接園直徑為0.60mm，中心距為1.0mm的正六棱柱凸突的模具可制得網(wǎng)孔內(nèi)接園直徑約為0.6mm，中心距約為1.0mm的峰窩網(wǎng)狀海綿橡膠墊。
實施例2球形開孔泡沫梯度材料制備參照例1的配方及工藝，分別制備含有75份、150份100目球形尿素的模塑“膠泥”，在平板硫化機上分別預(yù)壓出3mm的預(yù)壓片，再用混煉膠壓出2mm的膠片，將經(jīng)剪裁的預(yù)壓片按成孔劑含量大小依次放入模腔高度為7mm的模具中，經(jīng)同例1的后續(xù)工藝處理，則可制得沿厚度方向材料的密度、壓縮性能呈梯度分布的泡沫橡膠制品。類似方法可制得密度及壓縮性能沿長度方向呈梯度分布的泡沫橡膠制品。曲面異形梯度泡沫材料的制備，可直接向模具中充填已稱量的、含有不同粒徑及用量成孔劑的混煉模塑“膠泥”，層間用工具壓實、壓平整經(jīng)同步預(yù)硫化即可。
含有實心夾層的復(fù)合泡沫橡膠，可用作各種法蘭密封套墊，或其它密封墊，可顯著降低密封壓力，有效提高密封效果和延長使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種高性能泡沫橡膠，其特征在于橡膠的孔隙的形狀、大小、孔隙率與成孔劑及其在橡膠中的分布率相同，用特定形狀、粒徑且熱穩(wěn)定性好、易溶于溶劑或可升華的中性無機試劑作成孔劑，均勻分散到混煉橡膠中制成模塑膠泥，利用模具熱硫化定型，經(jīng)溶析或升華成孔，制造出泡孔結(jié)構(gòu)--形狀、大小、孔隙率和外形結(jié)構(gòu)--形狀、尺寸具有可設(shè)計性的平面或網(wǎng)板或曲面或異形的開孔泡沫橡膠構(gòu)件、墊片、薄膜制品或制造出塊狀橡膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能泡沫橡膠，其特征在于至少由兩層泡沫層在水平或垂直方向上復(fù)合構(gòu)成，每層的泡孔結(jié)構(gòu)不相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高性能泡沫橡膠，其特征在于由泡沫層和實心膠板層在水平或垂直方向上復(fù)合構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能泡沫橡膠，其特征在于可將橡膠的硫化與成孔分步進行，并可用溶膠/凝膠方法在橡膠中形成納米粒子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高性能泡沫橡膠，其特征在于中性無機試劑為尿素或氯化鉀或氯化鈉的球形顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高性能泡沫橡膠，其特征在于其表皮為厚度均勻且小于10μm的微細孔膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能泡沫橡膠，其特征在于所用的橡膠為含乙烯基的多嵌段苯撐硅橡膠。
8.一種制造高性能泡沫橡膠的方法，其特征在于用特定形狀、粒徑且熱穩(wěn)定性好、易溶于洛劑或可升華的中性無機試劑作成孔劑，均勻分散到混煉橡膠中制成模塑膠泥，利用模具熱硫化定型，經(jīng)溶析或升華成孔，制造出泡孔結(jié)構(gòu)--形狀、大小、孔隙率和外形結(jié)構(gòu)--結(jié)構(gòu)狀、尺寸具有可設(shè)計性的平面或網(wǎng)板或曲面或異形的開孔泡沫橡膠結(jié)構(gòu)件、墊片、薄膜制品或制造出塊狀橡膠。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造高性能泡沫橡膠的方法，其特征在于由不同密度或不同泡孔結(jié)構(gòu)的泡沫橡膠層的單層或多層復(fù)合，或以開孔泡沫橡膠與實心膠板進行單層或多層復(fù)合，從而制造出密度、泡孔大小及壓縮性能按設(shè)計梯度分布的泡沫橡膠制品。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造高性能泡沫橡膠的方法，其特征在于包括如下步驟(1)在橡膠中加入補強劑、硫化劑、助劑煉膠，(2)將中性無機試劑制成所需形狀和大小的成孔劑，(3)根據(jù)所需孔隙率將成孔劑加入混煉膠中使其均勻分布制成膠泥，(4)將膠泥填充模具，預(yù)硫化，脫模制成模塑件，(5)將模塑件用溶解或升華的方法除去成孔劑后干燥后硫化。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造高性能泡沫橡膠的方法，其特征在于將膠泥用簡易模具制成產(chǎn)品的模擬件，測定硫化收縮率，由此設(shè)計模具。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造高性能泡沫橡膠的方法，其特征在于將去除成孔劑的制品浸入添加有烷氧基硅烷或烷氧基金屬化合物、酸性催化劑的溶液中，用溶膠/凝膠方法形成的納米粒子對橡膠進行二次補強。
全文摘要
本發(fā)明是一種高性能泡沫橡膠及其制造方法。橡膠孔隙的形狀、大小、孔隙率由成孔劑及其在橡膠中的分布率確定,其成形方法為用特定形狀、粒徑且熱穩(wěn)定性好、易溶于溶劑或可升華的中性無機試劑作成孔劑,均勻分散到混煉橡膠中制成模塑膠泥,利用模具熱硫化定型,經(jīng)溶析或升華成孔,制造出泡孔結(jié)構(gòu)——形狀、大小、孔隙率和外形結(jié)構(gòu)——形狀、尺寸具有可設(shè)計性的平面或網(wǎng)板或曲面或異形的開孔泡沫橡膠構(gòu)件、墊片、薄膜制品或制造出塊狀橡膠。本發(fā)明工藝簡單、可操作性好、成本低。產(chǎn)品壓縮性能和結(jié)構(gòu)形狀具有可設(shè)計性。
文檔編號C08J9/12GK1312311SQ0110713
公開日2001年9月12日 申請日期2001年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月19日
發(fā)明者黃渝鴻, 胡文軍, 周德惠 申請人:中國工程物理研究院結(jié)構(gòu)力學(xué)研究所