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泡沫硅橡胶具有硅橡胶优异的热稳定性,耐高温、耐低温、耐辐射、耐臭氧、耐化学性能,以及优良的电学性能,与此同时,它又具有泡沫材料质量轻,密度小,弹性好,隔热,隔音,能量吸收,减震的特性,在建筑门窗、加热设备、电子及电器设备、国防、航空航天、石油、化工等领域中有广泛的应用,是作为结构用材料中一种很有发展前景的功能材料。目前报道的文献中,大部分硅橡胶泡沫材料都是采用白炭黑作为填料填充,其结果是使得材料的发泡过程受到抑制,泡沫材料力学性能在得到提高的同时也失去了柔软和质轻的特点。
本文研究的目的就是为了制备一种新型的泡沫硅橡胶材料,使它具有质量轻和柔韧性好的同时,又具有较低的导热系数和较为优异的压缩性能。在现有条件基础上,实验采用了双辊开炼机进行混炼,并使用模压发泡方法进行成型加工,从而得到了微观结构上具有均匀泡孔,且性能优异的软质低导热泡沫硅橡胶。
本文主要研究了硅橡胶泡沫材料的配方、工艺流程,并使用空心玻璃微珠对泡沫材料进行了改性。具体内容包括,发泡剂H和助发泡剂尿素复合发泡体系对泡沫硅橡胶硫化特性及其他物理性能的影响,空心玻璃微珠改性泡沫硅橡胶的密度、微观性能、导热性能、硬度、压缩应力-应变性能,压缩永久变形,动态力学性能、热稳定性、拉伸性能,并与白炭黑填充的泡沫硅橡胶进行了比较。
通过以上研究可知,在硫化剂含量足够的情况下,硫化剂含量的改变对泡沫硅橡胶材料的硫化过程影响不大。发泡剂含量的改变对硫化过程有很大影响,随着发泡剂含量的增加,硫化过程明显变慢。当加入的发泡剂H和尿素的比例为1:1时,发泡剂的分解峰温度由原来的210℃降低到160℃。尿素比例增加后,可降低发泡材料的密度,但是其他性能也会下降。随着发泡剂含量的增加,泡沫材料的密度变小,微观孔尺寸变大,力学性能也会下降。
使用空心玻璃微珠填充后,材料的密度、硬度虽然变大,但远远小于传统白炭黑填充的泡沫硅橡胶材料,保持了泡沫材料质量轻、柔软的特点。在微观结构上,空心玻璃微珠填充的泡沫材料比传统白炭黑填充的材料具有更大的泡孔。隔热保温性能方面,空心玻璃微珠填充的泡沫材料的导热系数远远低于白炭黑填充的材料。从压缩应力-应变曲线可以看出,白炭黑填充的泡沫材料已基本接近实心材料,而空心玻璃微珠填充的泡沫材料仍具有明显的泡沫材料特点。另外拉伸性能的测试结果可知,白炭黑填充的泡沫材料具有较高的拉伸强度。而两种材料填充的泡沫材料在热稳定性方面性能基本一样。
另外,文章中还研究了空心玻璃微珠填充份数和不同粒径对泡沫硅橡胶材料的影响。研究中发现,随着空心玻璃微珠粒份数的增多,泡沫材料的密度变大,微观平均孔尺寸变小,导热系数、硬度、储能模量、损耗模量、拉伸强度均变大,损耗因子变小,压缩永久变形变小,压缩应力-应变行为中弹性区域的线性斜率增大,在更小的应变下进入压实区。随着空心玻璃微珠粒径的变大,泡沫材料的密度变大,微观平均孔尺寸变大,导热系数、硬度、储能模量、拉伸强度均变大,压缩永久变形变小,压缩应力-应变行为中弹性区域的线性斜率增大,在更小的应变下进入压实区。