[发明专利]基于增材制造技术制备硅橡胶多孔材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料加工领域，具体涉及一种基于增材制造(3D打印)技术制备硅橡胶多孔材料的方法。

背景技术

硅橡胶多孔材料将硅橡胶与泡沫材料的特性集于一体，不但具有硅橡胶优良的耐高低温性能、耐辐射性能、化学稳定性以及电气绝缘性等，还具有泡沫材料的轻质高强、隔音、隔热以及阻尼等性能，因而作为阻尼减振材料、隔音隔热材料、精密器件包装材料等在航空航天、先进武器以及电子工业等高技术领域得到了越来越广泛的重要应用。

目前，硅橡胶多孔材料的制备方法最常用的有溶析成孔法和化学发泡法，其中溶析成孔法是将成孔剂预埋于混炼胶中，待硫化后用水等溶剂将成孔剂溶解析出，制备工艺复杂，生产效率低，硫化过程中成孔剂也很难保持稳定的形态和尺寸，同时成孔剂有可能残留在基体中，影响材料性能；化学发泡法主要有两种，一种是利用羟基封端的聚二甲基硅氧烷生胶与含Si-H键的交联剂在交联反应中释放的氢气形成泡孔，另一种则是将在高温下可分解产生气体的化学发泡剂均匀分散在混炼胶中，在高温硫化的过程中，化学发泡剂分解产生气体从而形成泡孔，通过化学发泡法制备硅橡胶多孔材料时，交联反应与发泡反应同时进行，泡孔结构、尺寸以及分布都很难控制，同时，化学发泡剂的残留会影响材料性能，而部分化学发泡剂分解产生的气体对环境也有不利的影响。无论通过溶析成孔法还是化学发泡法，得到的硅橡胶泡沫材料的泡孔结构存在很大的随机性，因此难以通过上述方法实现对泡孔结构的精确控制，从而使其性能调控很难通过泡孔结构的精确控制来实现，越来越难以满足高新技术发展的需求。而近年来发展迅速的增材制造(又称3D打印)技术，则使采用传统加工方法难以实现的结构和功能成为可能，增材制造的基本原理在于“分层制造，逐层叠加”，通过满足增材技术要求的设备，将一层层的材料堆叠成目标实体。目前，在热塑性材料领域，已有商业化的3D打印设备和适用于3D打印成型的材料，而对于硅橡胶等热固性弹性体材料的3D打印，目前尚无成熟的技术。

发明内容

本发明提供了一种基于增材制造技术制备硅橡胶多孔材料的方法，以克服现有技术存在的缺陷，满足相关领域对硅橡胶多孔材料的需要。

本发明采用以下技术方案：

一种基于增材制造技术制备硅橡胶多孔材料的方法，所述的方法包括以下步骤：

步骤一、混合制备基础胶料

将按重量份数计算的100份硅橡胶生胶，0～80份填料，0.5～15份交联剂，0.1～3.0份催化剂，0～1.5份抑制剂混合搅拌均匀得到基础胶料；

步骤二、基础胶料脱泡处理

将步骤一得到的基础胶料装于胶料直写设备的料筒中，用封盖密封料筒的出料口，然后将料筒置于脱泡机中进行脱泡；

步骤三、硅橡胶多孔材料的预成形

将料筒与胶料直写设备的压力驱动阀连接，并将料筒固定在多轴移动平台上，将料筒上的封盖用一定直径的挤出针头替换；设置胶料直写设备的压力、输入移动平台的移动参数，运行程序，料筒中的胶料在压力作用下将按照预设轨迹通过胶料通过挤出针头逐层挤出，得到硅橡胶多孔材料的预成形样品；

步骤四、硫化

将硅橡胶多孔材料的预成形样品于80℃～180℃的温度下硫化1～8小时，得到硅橡胶多孔材料样品。

更进一步的技术方案是硅橡胶生胶为粘度在500mPa.s～100,000mPa.s的液体硅橡胶。

更进一步的技术方案是硅橡胶生胶为端羟基聚二甲基硅氧烷、端羟基聚甲基苯基硅氧烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、端乙烯基聚甲基苯基硅氧烷中的一种。

更进一步的技术方案是填料为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、硅藻土、硅树脂、炭黑、碳纳米管、石墨烯、有机蒙脱土、纳米碳酸钙、滑石粉等中的一种或几种复配而成。

更进一步的技术方案是交联剂为聚甲基氢硅氧烷、含3～4个烷氧基官能团的硅烷中的一种，催化剂为铂催化剂、有机锡类催化剂中的一种。

更进一步的技术方案是当硅橡胶生胶为端乙烯基聚二甲基硅氧烷、端乙烯基聚甲基苯基硅氧烷中的一种或两种时，交联剂为聚甲基氢硅氧烷，催化剂为铂催化剂；

更进一步的技术方案是当硅橡胶生胶为羟基封端的聚二甲基硅氧烷、端羟基聚甲基苯基硅氧烷中的一种或两种时，交联剂为含3～4个烷氧基官能团的硅烷，催化剂为有机锡类催化剂。

更进一步的技术方案是仅当催化剂为铂催化剂时，添加抑制剂；所述抑制剂为甲基乙烯基环四硅氧烷、多乙烯基聚硅氧烷、炔醇类化合物、酰胺化合物、马来酸酯类化合物中的一种。