专利名称：高性能泡沫橡胶及其制造方法
技术领域：
本发明与泡沫橡胶材料、制品及其制造方法有关。
精密器械及各种组合装置中用作定位、减振、隔离、防转的弹性泡沫橡胶垫，要求其在一定压缩剩余厚度范围内，有适宜的承受载荷能力、较低的压缩应力构驰性能，高弹性和低压缩永久变形，以起到阻尼减振、补偿和调节组合件的加工公差、组装及热膨胀系数差异等因素引起的间隙尺寸变化，使组合件之间始终保持一定的应力作用，从而保证组合装置一直处于既“抱紧”又不至于载荷较大的良好使用状态，这就对泡沫橡胶材料的压缩性能及尺寸均匀性等有较高要求。《高弹性泡沫材料)》(CN1199063,98、11、18)介绍了一种用水作发泡剂的物理发泡法制备高性能泡沫材料的方法；《热硫化硅橡胶海绵发泡技术的研究》(《(橡胶工业》，1998,45(12):738-741)介绍了一种用偶氮化合物作发泡剂的化学发泡法制备高性能海棉橡胶的方法。上述两类方法的不足之处在于制品的密度均匀性差，越靠近表层其密度越高，且有较厚的实心表皮，不能一次成型制备几毫米甚至小于1mm的薄型泡沫橡胶制品，更无法制备密度及压缩性能均匀的曲面异形泡沫橡胶制品，而且该类泡沫材料需存放1-2年才能使力学性能趋于稳定。若要用这些方法制备泡沫橡胶薄片，则要用昂贵、精密切片机对泡沫体进行切片后再精心挑选出可用片材，从而成本高，更主要的是薄片厚度均匀性差。由于这两类方法都需考虑凝胶速率与成孔速率的匹配问题，即不能将硫化交联与成孔分步进行，从而限制了许多改性方法的应用，不利于实现材料及制品的高性能化。《(橡胶海绵衬垫的制造方法》(CN1023945,88,12,21)是一种应用常规化学发泡法的基础上，用金属网在平板硫化机上制得带有凸凹花纹的海棉橡胶衬垫的方法，该法制得的弹性海绵垫的主要承力部位为凸突部位，在应用中易因局部失稳而使压应力不均匀，同时也不适于制造薄型及曲面异形的泡沫橡胶制品。
本发明的目的是提供一种泡孔结构可设计，密度、压缩性能可按梯度分布，可在模具内一次成形各种外形结构和尺寸的制品的开孔泡沫橡胶及其制造方法。
本发明是这样实现的本发明开孔泡沫橡胶的孔隙形状、大小、孔隙率由成孔剂及其在橡胶中的分布确定，其成形方法为用特定形状、粒径且热稳定性好、易溶于溶剂或可升华的中性无机试剂作成孔剂，均匀分散到混炼橡胶中制成模塑胶泥，利用模具热硫化定型，经溶析或升华成孔，制造出泡孔结构--形状、大小、孔隙率和外形结构--形状、尺寸具有可设计性的平面或网板或曲面或异形的开孔泡沫橡胶构件、垫片、薄膜制品或制造出块状橡胶。
本发明至少由两层泡沫层在水平或垂直方向上复合构成，每层的泡孔结构不相同。
本发明由泡沫层和实心胶板层在水平或垂直方向上复合构成。
本发明可将橡胶的硫化与成孔分步进行，并可用溶胶/凝胶方法形成的纳米粒子对橡胶进行二次补强或抗静电等功能化处理。
本发明于中性无机试剂为尿素或氯化钾或氯化纳的球形颗粒。
本发明其表皮为厚度均匀且小于10μm的微细孔膜。
本发明的制造方法是用特定形状、粒径且热稳定性好、易洛于溶剂或可升华的中性无机试剂作成孔剂，均匀分散到混炼橡胶中制成模塑胶泥，利用模具热硫化定型，经溶析或升华成孔，制造出泡孔结构--形状、大小、孔隙率和外形结构--结构状、尺寸具有可设计性的平面或网板或曲面或异形的开孔泡沫橡胶结构件、垫片或薄膜制品或制造出块状橡胶。
本发明的制造方法是由不同密度或不同泡孔结构的泡沫橡胶层的单层或多层复合，或以开孔泡沫橡胶与实心胶板进行单层或多层复合，从而制造出密度、泡孔大小及压缩性能按设计梯度分布的泡沫橡胶制品。
本发明的制造力法包括如下步骤(1)在橡胶中加入助剂炼胶，(2)将中性无机试剂制成所需形状和大小的成孔剂，(3)根据所需孔隙率将成孔剂加入混炼胶中制成胶泥，(4)将胶泥填充模具，预硫化，脱模制成模塑件，
(5)将模塑件用溶解或升华的方法除成孔剂后干燥后硫化。
本发明的制造方法将胶泥用简易模具制成产品的模拟件，测定硫化收缩率，由此设计模具。
本发明的制造方法将去除成孔剂的制品浸入添加有烷氧基硅烷或烷氧基金属化合物、酸性催化剂的溶液中，用溶胶/凝胶方法形成的纳米粒子对橡胶进行二次补强或抗静电等功能化处理。
本发明制造工艺简单、可操作性好、耗能少、成本低。用本发明制造的弹性泡沫橡胶件，其压缩性能可通过调节泡孔结构(形状、大小、孔隙率)而实现可设计性；制品的外形结构、尺寸通过模具或对模具塑件进行机械加工而实现可设计性。本发明在制备密度、压缩性能按梯度分布的材料及制品，橡胶体与泡沫体的单层或多层复合制件，尤其在制造各种平面、网板及曲面异形的球形开孔泡沫橡胶构件、垫片及薄膜更具有优势，适于制造各种高性能的泡沫橡胶减震承力件、封密件及包装材料。
图1为本发明的工艺流程图如下是
具体实施例方式实施例1球形开孔硅橡胶泡沫件的制备向选用的橡胶中加入补强剂、硫化剂、工艺助剂等经混炼制得混炼胶；选用氯化钾、氯化钠、尿素等热稳定性好、且易溶于水(或可升华)的中性无机试剂，制成各种粒径的球形或其它形状颗粒作成孔剂，加入上述混炼胶中，用双辊炼胶机均匀分散制成可模塑“胶泥”；将“胶泥”用简易模具制成接近要求厚度的模拟件，测定硫化收缩率，由此设计模具；将“胶泥”模塑料在适当压力作用下填充模具，在平板硫化机上经一定压力、温度下硫化，脱模制得成型模塑件；对成型模塑件进行测量，检查是否需要回模修补或进行机械加工，合格后用热水等去除成孔剂，得到泡沫橡胶预成品；再经干燥后硫化处理，即可制得设计形状、尺寸及性能要求的泡沫橡胶制品。当需要对泡沫橡胶进行二次补强或抗静电处理时，可将已去除成孔剂后得到的泡沫橡胶预成品，浸于添加有烷氧基硅烷(如四乙氧基硅烷，TEOS)或烷氧基金属化合物、酸性催化剂(如HCl、HF)的溶液中经洛胶/凝胶处理，即可制得纳米SiO2或纳米金属氧化物半导体等对橡胶二次补强或抗静电处理。
配方(重量份)多嵌段乙烯基硅橡胶 100 气相的炭黑20-50硅烷偶联剂 0.5-2三氧化二铁0.5-2软化剂 2-15 过氧化物硫化剂0.5-2球形尿素(20-200目) 50-200工艺说明1，用真空密炼机或开炼机制备混炼胶，模塑胶泥在开炼机上制备。为保证成孔剂的形状不被压碎，混炼胶不宜太硬，并选用硅氮烷等可反应性试剂作软化剂；成孔剂应缓慢均匀添加，混炼中控制好最小辊距，并多次变换辊距、少薄通；2，制平面试件时，宜先用聚酯薄膜在硫化机上预压出厚度约为模具型腔高度110-120％的预压件，经剪裁后装入模具，然后在平板硫化剂上，经10MPa、120℃下预硫化120min，水洗成孔并干燥后在180℃鼓风烘箱中后硫化18h，制得厚度满足要求的球形开孔泡沫橡胶薄片。当采用150份100目球形尿素作成孔剂时，按上述配方工艺制备的0.9mm的泡沫橡胶薄片，密度为0.54g/cm2，抗张强度2.45MPa，断裂伸长率450％，垫片的压缩应力应变曲线在15％-40％应变范围内出现一缓慢升高的“平台”，在0.5MPa压力下可压缩率60％；在45℃、压缩率45％、相对湿度67％的测试条件下，压缩168h的永久变形小于2％，在初始压应力0.2MPa及上述测试条件下的压缩应力松驰率小于4％。这些性能优于现有发泡方法制得的相同组成、密度的硅泡沫材料。
3，采用阳模或阴模上带有凸突柱、台、锥形的模具，可制备出带有柱、台、锥状的通孔或盲孔的网板泡沫橡胶制品。如用带有内接园直径为0.60mm，中心距为1.0mm的正六棱柱凸突的模具可制得网孔内接园直径约为0.6mm，中心距约为1.0mm的峰窝网状海绵橡胶垫。
实施例2球形开孔泡沫梯度材料制备参照例1的配方及工艺，分别制备含有75份、150份100目球形尿素的模塑“胶泥”，在平板硫化机上分别预压出3mm的预压片，再用混炼胶压出2mm的胶片，将经剪裁的预压片按成孔剂含量大小依次放入模腔高度为7mm的模具中，经同例1的后续工艺处理，则可制得沿厚度方向材料的密度、压缩性能呈梯度分布的泡沫橡胶制品。类似方法可制得密度及压缩性能沿长度方向呈梯度分布的泡沫橡胶制品。曲面异形梯度泡沫材料的制备，可直接向模具中充填已称量的、含有不同粒径及用量成孔剂的混炼模塑“胶泥”，层间用工具压实、压平整经同步预硫化即可。
含有实心夹层的复合泡沫橡胶，可用作各种法兰密封套垫，或其它密封垫，可显著降低密封压力，有效提高密封效果和延长使用寿命。
权利要求
1.一种高性能泡沫橡胶，其特征在于橡胶的孔隙的形状、大小、孔隙率与成孔剂及其在橡胶中的分布率相同，用特定形状、粒径且热稳定性好、易溶于溶剂或可升华的中性无机试剂作成孔剂，均匀分散到混炼橡胶中制成模塑胶泥，利用模具热硫化定型，经溶析或升华成孔，制造出泡孔结构--形状、大小、孔隙率和外形结构--形状、尺寸具有可设计性的平面或网板或曲面或异形的开孔泡沫橡胶构件、垫片、薄膜制品或制造出块状橡胶。
2.根据权利要求1所述的高性能泡沫橡胶，其特征在于至少由两层泡沫层在水平或垂直方向上复合构成，每层的泡孔结构不相同。
3.根据权利要求1或2所述的高性能泡沫橡胶，其特征在于由泡沫层和实心胶板层在水平或垂直方向上复合构成。
4.根据权利要求1所述的高性能泡沫橡胶，其特征在于可将橡胶的硫化与成孔分步进行，并可用溶胶/凝胶方法在橡胶中形成纳米粒子。
5.根据权利要求1或2所述的高性能泡沫橡胶，其特征在于中性无机试剂为尿素或氯化钾或氯化钠的球形颗粒。
6.根据权利要求1或2所述的高性能泡沫橡胶，其特征在于其表皮为厚度均匀且小于10μm的微细孔膜。
7.根据权利要求1所述的高性能泡沫橡胶，其特征在于所用的橡胶为含乙烯基的多嵌段苯撑硅橡胶。
8.一种制造高性能泡沫橡胶的方法，其特征在于用特定形状、粒径且热稳定性好、易溶于洛剂或可升华的中性无机试剂作成孔剂，均匀分散到混炼橡胶中制成模塑胶泥，利用模具热硫化定型，经溶析或升华成孔，制造出泡孔结构--形状、大小、孔隙率和外形结构--结构状、尺寸具有可设计性的平面或网板或曲面或异形的开孔泡沫橡胶结构件、垫片、薄膜制品或制造出块状橡胶。
9.根据权利要求8所述的制造高性能泡沫橡胶的方法，其特征在于由不同密度或不同泡孔结构的泡沫橡胶层的单层或多层复合，或以开孔泡沫橡胶与实心胶板进行单层或多层复合，从而制造出密度、泡孔大小及压缩性能按设计梯度分布的泡沫橡胶制品。
10.根据权利要求8所述的制造高性能泡沫橡胶的方法，其特征在于包括如下步骤(1)在橡胶中加入补强剂、硫化剂、助剂炼胶，(2)将中性无机试剂制成所需形状和大小的成孔剂，(3)根据所需孔隙率将成孔剂加入混炼胶中使其均匀分布制成胶泥，(4)将胶泥填充模具，预硫化，脱模制成模塑件，(5)将模塑件用溶解或升华的方法除去成孔剂后干燥后硫化。
11.根据权利要求9所述的制造高性能泡沫橡胶的方法，其特征在于将胶泥用简易模具制成产品的模拟件，测定硫化收缩率，由此设计模具。
12.根据权利要求9所述的制造高性能泡沫橡胶的方法，其特征在于将去除成孔剂的制品浸入添加有烷氧基硅烷或烷氧基金属化合物、酸性催化剂的溶液中，用溶胶/凝胶方法形成的纳米粒子对橡胶进行二次补强。
全文摘要
本发明是一种高性能泡沫橡胶及其制造方法。橡胶孔隙的形状、大小、孔隙率由成孔剂及其在橡胶中的分布率确定,其成形方法为用特定形状、粒径且热稳定性好、易溶于溶剂或可升华的中性无机试剂作成孔剂,均匀分散到混炼橡胶中制成模塑胶泥,利用模具热硫化定型,经溶析或升华成孔,制造出泡孔结构——形状、大小、孔隙率和外形结构——形状、尺寸具有可设计性的平面或网板或曲面或异形的开孔泡沫橡胶构件、垫片、薄膜制品或制造出块状橡胶。本发明工艺简单、可操作性好、成本低。产品压缩性能和结构形状具有可设计性。
文档编号C08J9/12GK1312311SQ0110713
公开日2001年9月12日 申请日期2001年2月19日 优先权日2001年2月19日
发明者黄渝鸿, 胡文军, 周德惠 申请人:中国工程物理研究院结构力学研究所