加成型液体硅橡胶泡沫陶瓷化过程探究.pdf

研究开发 ():加成型液体硅橡胶泡沫陶瓷化过程探究徐 哲 赵炳祺 付中禹(长春工业大学化学工程学院 长春)摘要:以乙烯基硅油、羟基硅油、含氢硅油为主要原料 添加铂催化剂、气相法二氧化硅、氢氧化铝、玻璃粉制得双组分液体硅橡胶泡沫 研究了烧蚀温度对硅橡胶泡沫性能和结构的影响 并探讨了其物相转变过程 结果表明 随着烧蚀温度从 升至 硅橡胶泡沫的质量损失率从 升至 体积收缩率从 升至 三点弯曲强度从 升高到 表面形貌从粗糙转变为平整 泡孔骨架由松散孔洞转变为致密结构 同时生成了高强度的共晶结构()关键词:泡沫 陶瓷化 液体硅橡胶 形貌 物相结构中图分类号:文献标识码:/.收稿日期:作者简介:徐哲()男 硕士生 主要从事液体硅橡胶泡沫材料的研究联系人:():.().:硅橡胶泡沫是由有机硅弹性体经发泡硫化制得的一种泡沫材料 硅橡胶泡沫不仅具备硅橡胶的耐高低温性、高弹性 还兼具泡沫材料的质轻、隔音、防振等优良性能 被广泛应用于建筑、交通运输、航空航天等领域 在绿色环保意识深入人心的背景下 液体硅橡胶泡沫因其生产使用过程无毒无害 逐渐受到了人们的青睐 然而 硅橡胶泡沫具备的孔洞结构使其在燃烧过程中更容易被空气渗透 导致其阻燃性能不佳 且硅橡胶泡沫经高温烧蚀后 极易发生裂解形成松散的二氧化硅粉末 这极大地限制了硅橡胶泡沫在高温领域的应用 等人在 将云母以液相形式填充到二氧化硅缝隙中 提升了残留体强度 同时提出了陶瓷化复 合 高 分 子 材 料 的 概 念 等人研究了聚硅氧烷的分解机理 为陶第 期徐哲等.加成型液体硅橡胶泡沫陶瓷化过程探究 瓷化硅橡胶提供了理论基础 等人发现硅橡胶在较低升温速率下得到的陶瓷体结构致密 力学性能更佳 目前 业内关于陶瓷化硅橡胶泡沫的相关研究工作较为欠缺 硅橡胶泡沫陶瓷化过程尚不明确本实验以乙烯基硅油、羟基硅油、含氢硅油为主要原料 气相法二氧化硅为补强填料 氢氧化铝为阻燃剂 玻璃粉为助熔剂 添加铂催化剂制得双组分液体硅橡胶泡沫 研究了烧蚀温度对硅橡胶泡沫性能和结构的影响 并探讨了其物相转变过程 以期为应用于新能源电池箱、防火隔热等领域的陶瓷化硅橡胶泡沫研发提供技术参考 实验 主要原料及仪器设备乙烯基硅油:乙烯基质量分数 黏度()江西蓝星星火有机硅有限公司 气相法二氧化硅:湖北汇富纳米材料股份有限公司 羟基硅油(羟基质量分数 )、含氢硅油(活性氢质量分数 ):湖北隆胜四海新材料股份有限公司 铂催化剂:铂质量分数 上海硅友新材料有限公司 氢氧化铝()、玻璃粉(平均粒径 软化点 ):洛阳中超新材料有限公司非介入式均质机:深证市中毅科技有限公司 隧道炉:苏州东福来机电科技有限公司 管式炉:南京博蕴通仪器科技有限公司 极限氧指数测定仪()、水平垂直燃烧测定仪():南京江宁分析仪器有限公司 万能试验机:日本岛津制作所扫描电子显微镜():日本电子株式会社 傅里叶变换红外光谱()仪:美国 公司 热重分析()仪:美国 公司 射线衍射()仪:.荷兰帕纳科公司 加成型液体硅橡胶泡沫的制备本实验中的加成型液体硅橡胶泡沫为双组分 其基本配方见表 按配方将 组分和 组分分别投入非介入式均质机 在转速 /的条件下混合 再将、组分按质量比 混合均匀将混合后的胶料倒入隧道炉内 经双辊压延成片状 于 发泡硫化 即得加成型液体硅橡胶泡沫表 液体硅橡胶泡沫配方 物质名用量/份 组分 组分乙烯基硅油羟基硅油含氢硅油铂催化剂 气相法二氧化硅氢氧化铝玻璃粉 将硅橡胶泡沫切割成 的样条 置于管式炉内 在空气氛围下以 /的升温速率从 升至 并分别于、时停留 后取样测试 性能测试及表征三点弯曲强度:按/测试 分析:将样品喷金处理后 采用 在加速电压 条件下观察表面与泡孔骨架的形貌:采用 仪测试 氮气氛围 样品质量 升温速率 /温度范围 分析:采用在陶瓷坩埚内研磨并通过 目筛网的样品粉末制样后经全反射模式测试 波数范围为 分辨率 扫描次数 次 分析:样品处理方法与 相同 扫描范围 扫描速度为 /样品烧蚀前后体积收缩率()和质量损失率()分别按式 和式 计算()式中 为样品烧蚀前体积 为样品烧蚀后体积 ()式中 为样品烧蚀前质量 为样品烧蚀后质量 第 卷 结果与讨论 加成型液体硅橡胶泡沫的基本性能测试了加成型液体硅橡胶泡沫的基本性能其邵氏 硬度为 表观密度为 /发泡倍率为 拉伸强度为 极限氧指数为 图 为硅橡胶泡沫的泡孔形貌图 硅橡胶泡沫泡孔形貌 由图 可见 加成型液体硅橡胶泡沫的泡孔分布较为均匀 其泡孔平均孔径为 且形状基本为椭圆型的闭孔图 为加成型液体硅橡胶泡沫在不同烧蚀温度下处理 后的外观图 硅橡胶泡沫在不同烧蚀温度下的宏观形貌变化 由图 可知 随着烧蚀温度的增加 液体硅橡胶泡沫的体积收缩更为明显 烧蚀温度对硅橡胶泡沫体积收缩率和质量损失率的影响图 为经 烧蚀后 烧蚀温度对硅橡胶泡沫体积收缩率和质量损失率的影响由图 可见 随着烧蚀温度从 升至 硅橡胶泡沫的质量损失率从 升至 体积收缩率从 升至 这表明在更高的烧蚀温度下 硅橡胶泡沫的陶瓷化产物更加致密 烧蚀温度对硅橡胶泡沫表观形貌和泡孔骨架形貌的影响图 和图 分别为烧蚀温度对硅橡胶泡沫表观形貌和泡孔骨架形貌的影响图 烧蚀温度对硅橡胶泡沫体积收缩率和质量损失率的影响 图 烧蚀温度对陶瓷化硅橡胶泡沫表观形貌的影响 由图 和图 可见 时硅橡胶泡沫表面光滑平整 但泡孔骨架凹凸不齐 吸附着大量的填料颗粒 温度区间内硅橡胶泡沫出现空洞、裂缝、表面“凸起”等现象 且在温度达到 后消失 表面变得“规则”、平整 硅橡胶泡沫的泡孔骨架在温度达到 后出现孔洞 随着温度升高孔洞尺寸减小 并在 时形成了致密化结构出现上述现象的原因是 硅橡胶泡沫主链的聚硅氧烷和氢氧化铝填料在 以上发生分第 期徐哲等.加成型液体硅橡胶泡沫陶瓷化过程探究 解 生成的小分子气体从材料表面逸出 形成了孔洞等“缺陷”而随着烧蚀温度的增加 硅橡胶泡沫体积逐渐缩小 同时玻璃粉达到软化点后开始熔融 形成了流动性更好的液相 并流入硅橡胶泡沫表面空隙与泡孔骨架的孔洞中 表现为先前的各类“缺陷”消失 表面变得“光滑平整”且泡孔骨架形成“致密结构”图 烧蚀温度对硅橡胶泡沫泡孔骨架形貌的影响 烧蚀温度对硅橡胶泡沫力学性能的影响烧蚀温度对硅橡胶泡沫三点弯曲强度的影响如图 所示图 烧蚀温度对硅橡胶泡沫三点弯曲强度的影响 由图 可见 当烧蚀温度为 时 硅橡胶泡沫的三点弯曲强度仅为 结合图及图 可观察到此时硅橡胶泡沫已然发生体积收缩 形成一定的致密化结构 然而 又因为其泡孔骨架处于由无机填料颗粒堆积的松散状态导致其力学强度较差 当烧蚀温度从 升至 时 硅 橡 胶 泡 沫 的 三 点 弯 曲 强 度 由 提升至 增幅达 当烧蚀温度达到 时 硅橡胶泡沫的三点弯曲强度达到最高值 这表明在一定范围内升高烧蚀温度 有利于提高硅橡胶泡沫的三点弯曲强度 陶瓷化硅橡胶泡沫的热稳定性分析图 为不同烧蚀温度下硅橡胶泡沫的红外光谱图图 不同烧蚀温度下硅橡胶泡沫的红外光谱图 图 中 处为碳氢键伸缩振动特征吸收峰 处为硅碳键弯曲振动特征吸收峰 处为硅碳键剪式振动特征吸收峰 处为硅氧键伸缩振动特征吸收峰峰 在烧蚀温度由 升至 的过程中样品的碳氢键伸缩振动峰、硅碳键弯曲振动峰在 后消失 硅碳键剪式振动峰在 后消失 而硅氧键伸缩振动峰一直存在 且没有新的峰出现 这是由于硅橡胶泡沫中侧链结构在 后开始裂解 生成了二氧化硅、碳化硅、硅烷等物质 后聚硅氧烷主链也开始分解 产物只剩下二氧化硅图 为硅橡胶泡沫的热重及微分曲线由图 可见 硅橡胶泡沫在烧蚀过程中的热分解 主要分为两段 第一阶段为 第 卷该区间质量损失的主要原因是氢氧化铝的分解当温度为 时 其热分解速率最高 第二阶段为 质量损失的主要原因是硅橡胶泡沫发生裂解 且当温度为 时 样品分解最快 时残余质量分数为 且与图 中管式炉内空气氛围中硅橡胶泡沫在 时的残余质量分数接近 上述结果同时表明 该硅橡胶泡沫的热稳定性较好图 硅橡胶泡沫的热重曲线 硅橡胶泡沫物相结构演变的探讨图 为硅橡胶泡沫在不同温度下烧蚀后的 谱图图 硅橡胶泡沫在不同温度下烧蚀后的 谱图 图 中 处为 主衍射峰、处为 主衍射峰、处为()主衍射峰、处为主衍射峰 随着烧蚀温度的升高 硅橡胶泡沫的物相结构发生了明显变化 当烧蚀温度达到 后 出现了 的强衍射峰 且该峰在后续的烧蚀过程中一直存在 这来源于硅橡胶泡沫的裂解 衍射峰在烧蚀温度达到 时首次出现 烧蚀温度升至 时该峰强度减弱 且在烧蚀温度达到 时消失()衍射峰在烧蚀温度达到 时出现 后续烧蚀过程中也一直存在 衍射峰只在灼烧温度达到 时出现 这是由于()在受热开始分解后 首先形成 过氧态 该形态下基体孔径大、结构松散 随着烧蚀温度的升高 过氧态与形成共晶结构()这种由两相细密混合物所组成的结构表面光滑平整、机械强度高 到烧蚀温度达到 时 共晶结构依然存在 且部分烧蚀残留物生成了 该物相结构为铝酸盐 机械强度高、气孔率低硅橡胶泡沫的这一物相结构转变 也解释了其三点弯曲强度变化的原因图 为硅橡胶泡沫的瓷化机理示意图 当烧蚀温度增加时 硅橡胶泡沫受热发生体积收缩 同时 泡孔骨架处的无机填料发生熔融 并渗透到由于热分解形成的孔洞中 从而形成致密化结构 另一方面 由于硅橡胶泡沫热分解形成的 与填料发生反应 生成机械强度高的晶相 从而赋予材料高力学性能图 硅橡胶泡沫的瓷化机理示意图 结论以乙烯基硅油、羟基硅油、含氢硅油为主要原料 添加铂催化剂、气相法二氧化硅、氢氧化铝、玻璃粉制得双组分硅橡胶泡沫 随着烧蚀温度从 升至 硅橡胶泡沫的质量损失率从 升至 体积收缩率从 升至 三 点 弯 曲 强 度 从 升 高 到 表面形貌从粗糙转变为平整 泡孔骨架由松散孔洞转变为致密化结构 同时生成了共晶结构()参考文献 王天强 闫宁 周静 等.硅橡胶泡沫材料的研究第 期徐哲等.加成型液体硅橡胶泡沫陶瓷化过程探究 进展.橡胶工业 ():.石耀刚 雷卫华 张长生 等.热硫化硅橡胶泡沫材料的制备技术.有机硅材料 ():.刘朵朵 徐哲 付中禹.氮系无卤阻燃剂对液体硅橡胶阻燃泡沫材料性能的影响.有机硅材料():.():.():.:.():.:.(/):.():.():.():.():.():.():./.():.():.李波 邵玲玲.氧化铝、氢氧化铝的 鉴定.无机盐工业 ():.行业动态埃肯有机硅获个人护理品行业和食品饮料行业荣格技术创新奖近日 年荣格技术创新奖正式揭晓埃肯有机硅的 和 两款产品分别荣获个人护理品行业荣格技术创新奖和食品饮料行业荣格技术创新奖 是埃肯研发的一款绿色环保型有机硅弹性体凝胶 具有符合天然有机化妆品成分和产品技术标准 的高天然指数 其超过 的原料通过甘蔗发酵及氢化反应提取而来 可广泛应用于护肤、防晒、彩妆和护发领域 相较于其它弹性体产品 添加了 的产品具有轻盈、弹润的独特质感 兼顾保湿与清爽功效 基于埃肯成熟的有机硅乳化技术 可广泛应用于食品包装与烘焙领域 目前 其已通过国内和国际食品接触材料相关测试认证 具有防水、防油、防粘、耐高温、低迁移、不含氟等优质特性 能够以水为溶剂稀释涂布量 更加安全、绿色 且可循环 同时 该产品操作工艺简单 可实现纸机在线高速涂布(埃肯)