基于增材制造技術制備硅橡膠多孔材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料加工領域，具體涉及一種基于增材制造(3D打印)技術制備硅橡膠多孔材料的方法。
【背景技術】
[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、化學穩(wěn)定性以及電氣絕緣性等，還具有泡沫材料的輕質高強、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、先進武器以及電子工業(yè)等高技術領域得到了越來越廣泛的重要應用。
[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發(fā)泡法，其中溶析成孔法是將成孔劑預埋于混煉膠中，待硫化后用水等溶劑將成孔劑溶解析出，制備工藝復雜，生產效率低，硫化過程中成孔劑也很難保持穩(wěn)定的形態(tài)和尺寸，同時成孔劑有可能殘留在基體中，影響材料性能;化學發(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)反應中釋放的氫氣形成泡孔，另一種則是將在高溫下可分解產生氣體的化學發(fā)泡劑均勻分散在混煉膠中，在高溫硫化的過程中，化學發(fā)泡劑分解產生氣體從而形成泡孔，通過化學發(fā)泡法制備硅橡膠多孔材料時，交聯(lián)反應與發(fā)泡反應同時進行，泡孔結構、尺寸以及分布都很難控制，同時，化學發(fā)泡劑的殘留會影響材料性能，而部分化學發(fā)泡劑分解產生的氣體對環(huán)境也有不利的影響。無論通過溶析成孔法還是化學發(fā)泡法，得到的硅橡膠泡沫材料的泡孔結構存在很大的隨機性，因此難以通過上述方法實現(xiàn)對泡孔結構的精確控制，從而使其性能調控很難通過泡孔結構的精確控制來實現(xiàn)，越來越難以滿足高新技術發(fā)展的需求。而近年來發(fā)展迅速的增材制造(又稱3D打印)技術，則使采用傳統(tǒng)加工方法難以實現(xiàn)的結構和功能成為可能，增材制造的基本原理在于“分層制造，逐層疊加”，通過滿足增材技術要求的設備，將一層層的材料堆疊成目標實體。目前，在熱塑性材料領域，已有商業(yè)化的3D打印設備和適用于3D打印成型的材料，而對于硅橡膠等熱固性彈性體材料的3D打印，目前尚無成熟的技術。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供了一種基于增材制造技術制備硅橡膠多孔材料的方法，以克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，滿足相關領域對硅橡膠多孔材料的需要。
[0005]本發(fā)明采用以下技術方案:
[0006]—種基于增材制造技術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、混合制備基礎膠料
[0008]將按重量份數(shù)計算的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膠料；
[0009]步驟二、基礎膠料脫泡處理
[0010]將步驟一得到的基礎膠料裝于膠料直寫設備的料筒中，用封蓋密封料筒的出料口，然后將料筒置于脫泡機中進行脫泡；
[0011 ]步驟三、硅橡膠多孔材料的預成形
[0012]將料筒與膠料直寫設備的壓力驅動閥連接，并將料筒固定在多軸移動平臺上，將料筒上的封蓋用一定直徑的擠出針頭替換;設置膠料直寫設備的壓力、輸入移動平臺的移動參數(shù)，運行程序，料筒中的膠料在壓力作用下將按照預設軌跡通過膠料通過擠出針頭逐層擠出，得到硅橡膠多孔材料的預成形樣品；
[0013]步驟四、硫化
[0014]將硅橡膠多孔材料的預成形樣品于80°C?180°C的溫度下硫化I?8小時，得到硅橡膠多孔材料樣品。
[0015]更進一步的技術方案是硅橡膠生膠為粘度在500mPa.s?100，OOOmPa.s的液體硅橡膠。
[0016]更進一步的技術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]更進一步的技術方案是填料為沉淀法白炭黑、氣相法白炭黑、娃藻土、娃樹脂、炭黑、碳納米管、石墨烯、有機蒙脫土、納米碳酸鈣、滑石粉等中的一種或幾種復配而成。
[0018]更進一步的技術方案是交聯(lián)劑為聚甲基氫硅氧烷、含3?4個烷氧基官能團的硅烷中的一種，催化劑為鉑催化劑、有機錫類催化劑中的一種。
[0019]更進一步的技術方案是當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，交聯(lián)劑為聚甲基氣娃氧燒，催化劑為鉬催化劑；
[0020]更進一步的技術方案是當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，交聯(lián)劑為含3?4個烷氧基官能團的硅烷，催化劑為有機錫類催化劑。
[0021]更進一步的技術方案是僅當催化劑為鈾催化劑時，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、馬來酸酯類化合物中的一種。
[0022]更進一步的技術方案是多軸移動平臺為是在x、y、z三個坐標方向移動的三軸或三軸以上的移動平臺。
[0023]更進一步的技術方案是膠料直寫設備是點膠機或具有點膠機功能，可以使膠料在壓力或剪切力作用下通過擠出針頭擠出的設備。
[0024]具體的，本發(fā)明是基于增材制造技術的基本原理，根據硅橡膠的成型加工特性，開發(fā)了一種增材制造(3D打印)技術制備硅橡膠多孔材料的方法，可以實現(xiàn)泡孔結構的定制，獲得具有特定泡孔機構的硅橡膠多孔材料。
[0025]本發(fā)明通過生膠、填料、交聯(lián)機、催化劑的配合控制膠料的流變性能和硫化性能，設計了一種可以通過增材制造方法成型的硅橡膠多孔材料配方，并利用膠料直寫設備和多軸移動平臺，通過逐層直寫和疊加的方式(即增材制造的方法)制備具有不同孔結構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，可以制備通過常用物理發(fā)泡法、化學發(fā)泡法所不能獲得的孔結構的硅橡膠多孔材料，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)技術原理，采用多軸移動平臺和膠料直寫設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發(fā)泡原理的模壓和注射成型方法的不足，獲得通過常用方法無法制備的具有特定泡孔結構的娃橡膠多孔材料，實現(xiàn)娃橡膠多孔材料泡孔結構的定制和精確控制，從而實現(xiàn)對其性能進行調控。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例1得到的硅橡膠多孔材料的光學顯微鏡下結構示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明實施例1得到的硅橡膠多孔材料的壓縮應力應變曲線示意圖。
[0029]圖3為本發(fā)明實施例2得到的硅橡膠多孔材料的光學顯微鏡下結構示意圖。
[0030]圖4為本發(fā)明實施例2得到的硅橡膠多孔材料的壓縮應力應變曲線示意圖。
[0031]圖5為本發(fā)明實施例3得到的硅橡膠多孔材料的光學顯微鏡下結構示意圖。
[0032]圖6為本發(fā)明實施例3得到的硅橡膠多孔材料的壓縮應力應變曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0033]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，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]本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，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，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[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，再通過多軸移動平臺和膠料直寫設備(如點膠機)，將膠料按照預設軌跡進行直寫和逐層疊加，得到預成形的硅橡膠多孔材料樣品，最后再將預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]分析測試方法如下:
[0037]光學顯微鏡分析:采用光學顯微鏡對多孔硅橡膠樣品的泡孔形狀、泡孔大小進行分析。本發(fā)明中所使用的光學顯微鏡為日本浩視(Hirox)公司KH3000光學顯微鏡系統(tǒng)。
[0038]壓縮性能測試:參照GB/T 18942.2-2003執(zhí)行。
[0039]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細描述。
[0040]實施例1