硅橡胶对EVA超临界发泡材料性能的影响_庄虹.pdf

研究开发弹性体，（）：基金项目：山东省自然科学基金项目（）作者简介：庄虹（），女，山东济宁人，硕士研究生，主要研究方向为高分子复合材料。通讯联系人：张振秀（），男，山东寿光人，教授，主要从事聚合物微孔发泡及橡塑共混方面的研究工作。收稿日期：硅橡胶对 超临界发泡材料性能的影响庄虹，朱博江，张振秀（青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 ）摘要：在乙烯醋酸乙烯共聚物（）中添加一定量硅橡胶（）制备混炼胶，采用超临界发泡制备了 共混发泡材料，测定了不同比例 共混发泡材料的泡孔结构和机械性能，研究了不同 含量（）对 共混发泡材料的影响。结果表明，可以提升 共混发泡材料的交联程度，降低材料密度，减小泡孔尺寸和泡孔分布，提高材料回弹性能，降低压缩模量，提高了材料的亲肤性能。其中，（）（）的共混发泡材料综合性能最佳，具有一定的应用前景。关键词：乙烯醋酸乙烯共聚物；硅橡胶；超临界发泡；机械性能中图分类号：文献标识码：文章编号：（）聚合物发泡材料是一种以聚合物材料为基体，将气体分子作为填料充满聚合物内部最终得到的气固两相复合材料，因其具有低密度、阻燃、隔热、吸声、减震等特点而被广泛应用于体育用品、建 筑 材 料、电 池 电 容 以 及 航 空 航 天 等 领域。与常规的化学交联发泡相比，超临界流体交联技术具有发泡效果好、工艺成本低以及工艺绿色环保无污染等优点，响应国家号召，发展绿色化工。乙烯醋酸乙烯共聚物（）具有优异的耐候性、低温、抗环境应力开裂性能，发泡后密度小、易着色、力学性能好，被广泛应用在户外运动、光伏电缆包封等领域。但是 材料硬度高、压缩永久变形差、易变形，在亲肤类产品应用较少。硅橡胶（）具有良好的生理惰性、耐老化性能良好，对人体不易引起异物反应，具有很好的亲肤性，因此被广泛应用于亲肤类材料中。但是硅橡胶价格昂贵，不利于在产品中大量使用。已经有研究表明通过氨基改性硅橡胶表面，改善抗菌硅橡胶的生物相容性，可以提升抗菌橡胶的应用范围。李士娟等 通过向 基热熔胶中添加 发现，加入会改善体系软化点，改善热熔胶的耐热性及黏结性。王秋龙等 通过研究发现 与 相容性良好，在 中添加 会降低材料的热稳定性。本实验旨在通过向 中添加 从而改善 发泡材料的亲肤性，拓宽 材料的应用范围，降低在智能穿戴设备配件（如 眼镜）生产中单纯使用 的生产成本。本文将不同配比的 和 共混，以超临界 为 发泡 剂，采 用 间 歇 式 的 物 理 发 泡 工艺，制备了 复合发泡材料，探究了 共混比例对复合材料的硫化性能、泡孔结构和机械性能的影响，以期找到最佳配比改善 材料性能，拓宽 材料应用领域。实验部分原料：（质量分数为），美国杜邦公司；：道康宁公司；双叔丁基过氧化异丙基苯（）：阿克苏公司。仪器及设备 型密炼机：上海科创橡塑机械设备有限公司；（）型双棍开炼机：上海双翼DOI:10.16665/ki.issn1005-3174.2022.06.008橡塑机械有限公司；型平板硫化机：青岛亚东橡机有限公司；超临 界 流体设 备：自制；型密度计：高铁检验仪器有限公司；型烘箱、型电子拉力试验机：高铁科技股份有限公司；型扫描电子显微镜（）：日本电子株式会社（）；邵尔 硬度计：上海六菱仪器厂。样品制备实验配方如表所示。表实验配方用量份配方编号 根据配方称取、加入到密炼机（密炼温度为 ）中密炼，充分熔融后加入 ，将开炼机辊距调为，将密炼后的胶料在开炼机上下片；用平板模压机（硫化温度为 ，时间为 ）硫化制成 的样片。将 共混样片高压釜中进行发泡，先用 的排尽釜中空气，再以作为发泡剂，发泡温度为、时间为、压力为 。发泡完成后，快速放气卸压，以最快速度使釜中压力降至常压，取出发泡材料冷却定型。性能测试与结构表征硫化性能按照 进行测试，硫化温度为 ，测试时间为 ；邵尔 硬度按照 进行测试，选取试样上位置不同的点进测验试，取算术平均值，密度按照 进行测试；微观形貌通过扫描电镜进行测试，将样品经液氮脆断后，喷金 ，采用扫描电子显微镜在 的电压下观察共混发泡材料的微观形貌；冲击回弹性能按照 进行测试；回弹性按照 进行测试，将落球提升至装置的最高处，将共混发泡材料放在垂直弹性测验机的底端十字中心处，将落球做自由落体，取落球弹起后最高点的值，取次平均值得发泡材料的回弹性能；往复压缩性能使用万能试验机进行测试（载荷为 ，压缩速率为 ，压缩应变范围为 ）对复合发泡材料进行次单轴垂直压缩释放循环试验。绘制出 测试样品在循环压缩次过程中的应力应变曲线，并对压缩应力应变曲线进行分析。结果与讨论 混炼胶的硫化性能不同配比 混炼胶硫化特性数据如表所示。的初始焦烧时间（）在（）（）时最大，之后随着 含量的增加，呈现降低趋势。向 中添加 可以大幅增加最大与最小转矩之差（），即添加 可以增加 混炼胶的交联密度。这是因为增大 的含量，与 之间形成交联网络结构的可能性增加，转矩增大，混料胶交联程度增大。表 硫化特性性能编号 （）（）（）正硫化时间 共混发泡材料密度 共混发泡材料的密度随 含量变化曲线见图。（）（）图 共混发泡材料的密度及后的密度随着 含量的增加，复合材料的发泡密度有所下降。自身具有优异的透气性及气体吸附性，在 中添加 会增加复合材料的气体吸附量，在发泡的气体成核过程中能够形成更多的气核，有利于增加泡孔密度，提高发泡倍率，从而降低 共混发泡材料的密度。但是加入 会导致 共混发泡材料的内应力增加，材料收缩程度有所增加。第期庄虹，等 硅橡胶对 超临界发泡材料性能的影响 共混材料的泡孔结构图是 共混发泡材料的泡孔结构扫描电镜图。（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）图不同比例 复合泡沫材料的扫描电镜图从图可以看出，纯 发泡材料的泡孔尺寸较大且分布较为均匀，当 用量增加至 份时，共混发泡材料的泡孔尺寸比纯 泡沫小，泡孔均匀性增加。这是因为加入 增大了 共混材料的交联度，界面层强度提高，在发泡过程中界面力作用增强，泡孔尺寸减小，而且气体更难溶解于交联程度大的材料，交联程度越大，形成的气核越多，泡孔数量越多。当 用量过大（不小于 份）时，交联程度继续增大，泡孔壁强度难以支撑交联键之间的应力，泡孔收缩逐渐严重。在此次实验中，当 添加至 份时 共混发泡材料泡孔结构最佳。从图可以看出，随着 含量的增加，泡孔壁尺寸逐渐增加。这是因为在发泡温度下，热塑性弹性材料 的黏度下降速率比 快，发泡时黏度小，可以形成较薄的泡孔壁，当 含量增加时，交联程度增大，气体溶于聚合物材料的难度增大，从而导致泡孔壁尺寸随 含量的增加而增加。气泡壁尺寸（）（）（）弹性体第 卷气泡壁尺寸（）（）（）气泡壁尺寸（）（）（）气泡壁尺寸（）（）（）气泡壁尺寸（）（）（）图不同比例 复合泡沫的粒径分布 共混发泡材料的机械性能硬度从图可以看出，因为 本身硬度较大，而 分子链柔顺性好，随着 含量的增加，复合发泡材料的硬度呈减小趋势。当 用量增加至 份时，共混发泡材料的硬度减小趋势减缓，这是因为 的加入导致 共混材料的内应力增加，收缩程度增大，硬度降低趋势减缓。综合来看，加入 会降低 复合发泡材料的硬度，在一定程度上增加了 材料的亲肤性。（）（）图 共混发泡材料的硬度回弹性能从图可以看出，向 中添加 会在一定程度上改善其回弹性能。（）（）图 共混发泡材料的冲击回弹性与纯 发泡材料相比，因为 分子链柔顺性好，加入 在一定程度上改善了共混发泡体系的交联程度，提高了共混发泡体系的弹性，所以随着 含量的增加 共混发泡材料的回弹性能获得一定程度提升。第期庄虹，等 硅橡胶对 超临界发泡材料性能的影响压缩性能 共混发泡材料的压缩应力应变滞回曲线如图所示。曲线为 含量依次增加，含量减少，从图中可以看出，随着复合材料中 含量的增加，滞回曲线（即曲线与横坐标轴之间的面积，按的顺序）呈现下降趋势，共混发泡材料的压缩模量降低。应变图 共混发泡材料的压缩性能图为 共混发泡材料的连续压缩性能，图（）图（）为复合发泡材料次往复压缩应力应变曲线，图（）为滞后因子变化及变化率曲线。从图（）图（）可以看出，含量增加时，复合材料滞回曲线的滞后环面积减小，表现为复合材料滞后因子下降、模量降低、滞后损失率增加。由于 含量增多会增大复合材料交联程度，导致三维网状结构增多，材料回复能力得到改善，在受到压缩作用时，复合材料的支撑性能会因此而增强，材料的滞后因子下降，回复性得到改善。从实验结果来看，添加 可提高复合发泡材料的回复性，改善材料使用体验。应变（）（）（）应变（）（）（）应变（）（）（）应变（）（）（）应变（）（）（）弹性体第 卷应变（）共混发泡材料滞后损失及其变化率曲线图 共混发泡材料连续次压缩曲线结论（）随着 含量的增加，共混发泡材料的交联程度增加，发泡材料密度下降，泡孔收缩程度增加，回弹性能增强，压缩模量减小。（）当（）（）时，共混发泡材料的泡孔尺寸较小、数量较多、泡孔分布窄，整体性能优于其他配比。（）向 中添加 既拓宽了 的应用范围，又降低了亲肤类产品使用纯 的成本，在实际生产中具有一定的参考意义。参考文献：，：，（）：，（）：，：，：，：，（）：，：，（）：，：，（）：，（），：，：，（）：吴迪，廖佩姿硅橡胶在医疗材料领域的应用专利技术综述河南科技，（）：刘平生，沈健，彭婉一种抗菌硅橡胶材料及其制备方法和应用橡胶参考资料，（）：李士娟，王瑜，郭卫红，等硅橡胶改性 热熔胶的制备及其性能研究中国胶粘剂，（）：，王秋龙，王锐，韩云龙，等 硅橡胶共混材料的阻尼性能研究有机硅材料，（）：王丹，陆荣荣，张昕，等 橡胶型氯化聚乙烯聚乙烯辛烯弹性体共混发泡材料的性能研究橡胶工业，（）：，（，）：，（）（），（），：（）；（）；第期庄虹，等 硅橡胶对 超临界发泡材料性能的影响