8-37 混合孔结构硅海绵材料的研制

赵 祺 贺传兰 张长生 徐 澜

　　硅橡胶海绵有密度低、隔热、隔音、耐热、耐老化好等优点，可以用来制作密封、衬垫、隔热、减震等高性能材料，在国防、航空、电子、建筑等领域有广泛的用途。根据硅橡胶海绵的泡孔结构，可以将其分为开孔、闭孔、混合孔海绵三种类型。一般而言，开孔结构的海绵的力学强度较低，但有较好的压缩应力松弛性能，而闭孔结构的海绵的力学强度较好，但它的压缩应力松弛性能较差。混合孔结构的海绵材料的性能则介于二者之间。通常情况下，采用化学发泡方法制作的是闭孔结构的硅橡胶海绵。为了得到综合性能优异的硅海绵材料，采用纯化学发泡，模压硫化成型工艺制作混合孔结构的硅海绵材料。

　　采用纯化学发泡，模压硫化成型工艺制作混合孔结构的硅海绵材料，其中主要包含硫化、发泡两个化学过程。硫化过程是橡胶大分子链发生化学交联反应的过程，它使橡胶由线型长链分子交联成为立体网状大分子。发泡剂和发泡助剂使橡胶发孔。其基本原理是在高分子材料中分散并产生气体，使材料产生泡孔结构。通过设计与硅橡胶相容性好的硫化剂、发泡剂配合，使二者在高温下能硫化、分解，协同发挥作用，促进硅橡胶交联，同时，发泡剂分解放出大量气体，使胶料产生泡孔，经充分模压硫化后，最后生成硅橡胶海绵材料。

　　选用硅橡胶为主要原材料，以过氧化物和偶氮化合物配合，用化学发泡的成型工艺制作了复合孔硅海绵。通过配方和工艺实验，调整海绵材料的结构，使其成为具有一定开孔结构、泡孔小而均匀的海绵材料。硅橡胶海绵材料的开孔率可用吸水率表示，实验结果见表1所示。

表 1 吸水率数据

　　从表1可看出，采用纯化学发泡，模压硫化成型工艺制作混合孔结构的硅海绵材料，密度可以在0.6~0.9g/cm³的范围内调节，海绵材料含开孔结构为30%~40%。

　　为进一步了解硅海绵泡孔结构，采用电镜对硅海绵泡孔进行显微结构分析。硅海绵的泡孔结构见图1所示。从图1中可看出，硅海绵的泡孔直径达到微米级，既含有部分开孔结构，又含有部分闭孔结构，而且泡孔结构分布较均匀。硅橡胶海绵的拉伸性能测试结果：当样品编号为1，2，3时，扯断伸长率和拉伸强度分别为181%，199%，257%和0.71，0.92，1.21MPa。从数据可以看出，硅海绵材料的拉伸强度可达1.2MPa，扯断伸长率变化范围较大，可以达到250%。将硅海绵材料压缩45%，48h后卸压，测得硅海绵材料的压缩永久变形小于5%。