一種耐磨微孔發泡材料的製作方法
2023-04-23 10:59:16
本發明屬於高分子材料領域，具體涉及一種耐磨微孔發泡材料。
背景技術：
發泡材料具有密度小、隔熱性好、緩衝性好、比強度高、價格低廉等特點，因此被廣泛應用於醫療、包裝、工業、交通運輸業、航空航天業及日用品等眾多領域。然而，普通化學發泡材料在加工過程中需要添加大量的化學助劑，這些化學助劑會在產品使用過程中逐步釋放，對人體產生不確定性危害，難以防範；其次，由於普通發泡材料泡孔尺寸較大(大於50μm，泡孔密度小於106cells/cm3)、泡孔均勻性較差導致其力學性能、耐磨性等較差，大大限制了其應用；從技術上講，發明一種力學性能優異、耐磨性佳的發泡材料，不僅必要而且迫切。
但是由於聚合物材料中普遍存在缺陷，導致聚合物實際力學性能較差，經發泡後，泡孔尺寸較大，更是難以獲得理想的物理機械性能，使其應用受到嚴重製約；微孔發泡材料由於其小泡孔尺寸(泡孔尺寸小於缺陷尺寸)、高泡孔密度、性能各向同性，使得微孔發泡的天然橡膠及其共混物可以實現理想的泡孔結構，從而獲得優異的物理機械性能。其次，物理流體發泡耐磨材料，是以天然橡膠等為基體、惰性氣體(co2，n2等)為發泡劑，所需化學助劑添加量相對較少或無添加。因此用此法製得的材料，具有無毒環保、加工性能好、力學性能優異、耐磨性、耐候性出色等普通化學發泡材料無法比擬的優異性能。性能上的改善，大大拓展了發泡耐磨材料的應用範圍。
從需求上分析，高分子材料等新材料領域一直是國家重點支持的高技術產業，尤其是在2010年發布的《國務院關於加快培育和發展戰略性新興產業的決定》中，更是將「新材料」行業列入戰略性新興產業，並出臺了多項技術研發、財政等方面的鼓勵政策。另外，近年來我國在高分子發泡材料生產工藝上實現了多項創新，產品性能逐漸提升， 應用領域也日益拓寬，這些都將進一步助推高分子發泡材料行業實現更快的發展。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種耐磨微孔發泡材料，可用於製造鞋底材料、運動器材護套、瑜伽墊、地墊，絕緣材料，食品包裝材料，輕質高強隔音的飛機和汽車部件，建築夾心保溫材料、外牆保溫材料和生物醫學製品等。
一種耐磨微孔發泡材料，其特徵在於，其配方如下：天然橡膠(nr)50-100份，丁苯橡膠(sbr)0-50份，順丁橡膠(br)0-50份，其中，nr、sbr、br含量之和為100份，填料0-100份，增塑劑0-20份，活性劑5-15份，硫黃0.5-5份；硫化促進劑0-5份，防老劑1-5份。
其中，填料為炭黑、白炭黑、碳酸鈣、高嶺土、短纖維中的一種或多種。
其中，增塑劑為芳烴油、石蠟油、環烷油、有機酯中的一種或多種；
其中，活性劑為氧化鋅、氧化鎂、硬脂酸鋅中的一種或多種。
其中，硫化劑為硫磺。
其中，硫化促進劑為nobs、dz、tmtd、dptt中的一種或多種。
一種耐磨微孔發泡材料，其特徵在於，其步驟如下：
1)混煉膠製備
按重量分別稱取所需生膠、填料及增塑劑；密煉機溫度設置為60-100℃，轉速為40-60rpm，將生膠、填料、增塑劑投入密煉機中，混煉均勻，控制排膠溫度低於120℃；混煉膠排膠、壓片、冷卻停放12h；將停放後的膠料在開煉機上加硫化體系。
2)預硫化
(1)擠出成型預硫化
將混煉膠放入100-160℃的烘道進行預硫化，預硫化時間為1-15min，硫化方式為熱空氣硫化、微波輻射交聯或者紅外輻射交聯等。
(2)模壓成型預硫化
將混煉膠放入所需模具中，熱壓機壓力為5-20mpa，溫度100-180℃，預硫化時間為1-12min，之後將膠料從模具中取出，得到預硫化材料。
3)物理髮泡
預硫化好的樣品放入高壓反應釜中，通入物理髮泡劑並升溫、加壓使其處於超臨界狀態，將預硫化膠在超臨界流體中飽和一段時間後，採用快速降壓法或快速升溫法，製得微孔發泡材料。其中物理髮泡劑為co2，n2中的一種或兩種氣體的混合氣體。
升溫法：將預硫化材料裝入高壓容器內，密封后用少量co2吹洗5-300s，高壓容器溫度為室溫至170℃，用注氣系統將氣體注入容器內，使壓力升至5-60mpa，恆壓飽和0.5-4h。然後，按規定洩壓速度迅速卸壓至常壓，將試樣放在100-200℃的熱烘道加熱發泡，一定時間後將發泡樣品放入水或空氣中冷卻，得到發泡材料。
降壓法：將預硫化材料裝入高壓容器內，密封后用少量co2吹洗5-300s，高壓容器溫度為室溫至170℃，用注氣系統將氣體注入容器內，使壓力升至5-60mpa，恆壓飽和0.5-4h。然後，按規定洩壓速度迅速卸壓至常壓，卸壓時間為0-80s，得到發泡材料。
4)二次硫化、定型；
將物理髮泡劑飽和後預硫化材料放入另一烘道中二次硫化、定型，其中烘道溫度為100-180℃，硫化時間為10-60min，硫化方式為熱空氣硫化。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：天然橡膠中加入丁苯橡膠或順丁橡膠或三者並用，來提高膠種的耐磨性；加入補強填料-炭黑以及各種防老劑等，通過預硫化後超臨界發泡，再經過二次硫化後定型，製備得到質輕、高耐磨的微孔發泡材料。此材料與傳統化學發泡橡膠材料相比，具有無毒環保、質輕、疲勞壽命高、介電常數低、熱傳導係數低、熱穩定性高等優異性能，可用於製造鞋底材料、運動器材護套、瑜伽墊、地墊，絕緣材料，食品包裝材料，輕質高強隔音的飛機和汽車部件，建築夾心保溫材料、 外牆保溫材料和生物醫學製品等。
附圖說明
圖1為本發明中實施例1的掃描電鏡圖；
圖2為本發明中實施例2的掃描電鏡圖；
圖3為本發明中實施例3的掃描電鏡圖；
圖4為本發明中實施例4的掃描電鏡圖。
具體實施方式
下面通過具體的實施例對本發明的技術方案進行詳細的說明，但是本發明的範圍不受這些實施例的限制。
一種耐磨微孔發泡材料，其步驟如下：
1)混煉膠製備
按重量分別稱取所需生膠、填料及增塑劑；密煉機溫度設置為70℃，轉速為50rpm，將生膠、填料、增塑劑投入密煉機中，混煉均勻，控制排膠溫度低於120℃；混煉膠排膠、壓片、冷卻停放12h；將停放後的膠料在開煉機上加硫化體系。
2)預硫化
將混煉膠放入所需模具中，熱壓機壓力為10mpa，溫度120℃，預硫化時間為15min，之後將膠料從模具中取出，得到預硫化材料。
3)物理髮泡
預硫化好的樣品放入高壓反應釜中，升溫至130℃，通入n2加壓至16mpa，將預硫化膠反應釜中飽和4h後，洩除壓力，洩壓時間為30s，製得微孔發泡材料。
4)二次硫化、定型；
將超臨界流體飽和後預硫化材料放入另一烘道中二次硫化、定型，其中烘道溫度為150℃，硫化時間為10min。
實施例1至實施例4的配方及性能
以上所述僅為本發明的一實施例，並不限制本發明，凡採用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍內。