[发明专利]具有隔离结构的硅橡胶纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有隔离结构的硅橡胶纳米复合材料及其制备方法。硅橡胶纳米复合材料包括硅橡胶微畴和分布在硅橡胶微畴周围的纳米填料，硅橡胶微畴发挥体积排斥作用将纳米填料隔离成三维网状结构。首先，在一定的条件下将硅橡胶部分交联形成硅橡胶微球，然后将表面含有与硅橡胶微球表面强结合基团的纳米填料负载在硅橡胶微球表面，最后通过模压和再次交联制备硅橡胶纳米复合材料，所述硅橡胶微畴为经过交联和模压后的硅橡胶微球，硅橡胶微球的尺寸为50nm～500μm，纳米填料的质量分数为0.01wt％～10wt％。根据纳米填料的功能性，所述硅橡胶纳米复合材料可具有优异的阻燃、导电、导热或电磁屏蔽等性能，可应用于航空航天、交通运输、电子通讯等高端技术领域。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料制备领域，具体涉及一种具有隔离结构的硅橡胶纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

硅橡胶作为一种高可靠性弹性体材料，因其优异的耐高低温性、耐辐射性、耐老化性和耐化学腐蚀性等，被广泛应用在航空航天、军事装备等高新技术领域。然而，伴随着科技的日新月异，硅橡胶的使用环境变得日益复杂化和多样化。为抵抗更恶劣的使用环境和满足更多场合的使用要求，硅橡胶正朝着高性能化(优异的力学、导电、导热、电磁干扰屏蔽性能等)的方向发展。在硅橡胶中添加纳米填料，是赋予硅橡胶高性能化的最常用方法。

目前关于硅橡胶纳米复合材料的研究均是针对“随机结构”硅橡胶纳米复合材料而开展，即纳米填料在硅橡胶基体中随机分布。研究焦点主要集中在：通过纳米填料的表面修饰/官能化、不同纳米填料间的协同效应等来改善纳米填料在硅橡胶中的分散和界面黏合进而提高复合材料的性能【Polymer,2013,54,3605；J.Mater.Chem.C,2013,1,515；RSCAdv.,2016,6,60160；J.Appl.Polym.Sci.,2014,131,39778；Polym.Int.,2014,63,1219.】。然而，对于“随机结构”的复合材料，随着纳米填料含量的增加，复合体系的黏度会迅速升高，使纳米填料在基体中很难均匀分散而形成较多的结构缺陷，逐渐抵消甚至超过了表面修饰或填料协同效应的功效，导致复合材料存在逾渗阈值较高、后期力学性能严重下降和极限功能性较差等一系列问题【Composites Part A,2019,119,101-110.】。另外，高纳米填料含量还会增加复合材料的成本而降低经济可承受性。因此，低纳米填料含量、高性能硅橡胶纳米复合材料的开发具有重要的现实意义。

“隔离结构”聚合物复合材料的构筑思路为低成本、高性能硅橡胶纳米复合材料的制备提供了一种潜在解决方案。早在1971年，Turner及其合作者在从事高密度聚乙烯/镍粒子复合材料的研究时便提出了“隔离结构”聚合物复合材料的概念。在“隔离结构”聚合物复合材料中，聚合物粒子发挥“排除体积”效应使填料集中分布在聚合物粒子周围而不是随机分布在整个聚合物基体中，因此能够有效提高填料的利用效率，降低复合材料的逾渗阈值，实现在低填料含量下复合材料的高功能性【Prog.Polym.Sci.,2014,39(11),1908-1933；ZL201510256234.7；ZL201510489940.6】。

然而，由于聚合物基体的扩散极易破坏填料“隔离网络”，目前“隔离结构”聚合物复合材料的成功构建只局限于部分在成型条件下(低温成型或低压成型)能够保持高黏度或高模量的聚合物基体【Prog.Polym.Sci.,2014,39(11),1908-1933】。例如，超高分子量聚乙烯、聚偏氟乙烯、天然橡胶、丁苯橡胶等。受基体性能的影响，绝大多数“隔离结构”聚合物复合材料只能应用在普通场合而降低了其经济可行性。对于本发明所涉及的“隔离结构”硅橡胶纳米复合材料，虽然鉴于硅橡胶的应用特殊性(特别是极端条件下的应用)，“隔离结构”硅橡胶纳米复合材料将具有良好的经济可行性和应用前景；但是由于未交联硅橡胶的室温低黏度问题，在构筑“隔离结构”硅橡胶纳米复合材料时，未交联硅橡胶粒子无法保型而不能发挥“排除体积”作用，迄今为止，尚无关于“隔离结构”硅橡胶纳米复合材料的研究报道，“隔离结构”硅橡胶纳米复合材料领域的研究仍是空白。

发明内容