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硅橡胶泡沫是一种结合硅橡胶和泡沫材料特性于一体的多孔高分子弹性材料,但用传统发泡方法制得的硅橡胶泡沫的泡孔不均,泡孔孔径大,且常用的有机发泡剂会对环境造成污染。而超临界二氧化碳作为绿色发泡剂,被广泛地用于聚合物的微孔发泡中,但国内外对超临界二氧化碳发泡热硫化硅橡胶方面的研究却较少。为此,本论文采用超临界二氧化碳作为发泡剂,对热硫化硅橡胶发泡的可行性进行研究。通过“预硫化-发泡-完全硫化”的发泡工艺,研究了发泡条件、预硫化时间、白炭黑种类和含量对硅橡胶泡沫表观密度及泡孔结构的影响。
首先,研究了发泡温度、压力、溶胀时间和卸压时间对硅橡胶泡沫表观密度和泡孔结构的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)对泡孔结构进行表征。结果表明:硅橡胶泡沫的表观密度随发泡温度和压力的升高及卸压时间的增加而增大,随溶胀时间的增加变化不大;温度越高,泡孔越稀疏;压力增大,泡孔孔径减小,但当压力升至20MPa时,发泡样品出现裂纹,基本上未发泡;随溶胀时间和卸压时间的增加,泡孔密度减小,泡孔孔径增大。
其次,研究了预硫化时间对硅橡胶发泡性能的影响。结果表明:硅橡胶泡沫的表观密度随预硫化时间的增加呈现先减小后增大的趋势,且存在一个实验范围内的最佳预硫化时间点,此时硅橡胶泡沫的表观密度最小;在预硫化时间较短时,硅橡胶强度很低,泡孔合并、塌陷现象严重,泡孔稀疏;当达到最佳预硫化时间点时,泡孔结构均匀、泡孔彼此相连、泡孔壁薄;随着预硫化时间的进一步增加,泡孔又变得稀疏。
最后,研究了白炭黑种类及含量对硅橡胶发泡性能的影响。结果表明:添加改性白炭黑的硅橡胶泡沫泡孔孔径较小,泡孔密度较大,泡孔大小较均匀;沉淀法白炭黑与硅橡胶间的相互作用较弱,有利于硅橡胶的异相成核发泡,但是,其泡孔为开孔型结构,泡孔彼此连接形成气体通道,导致气体逸出,使硅橡胶泡沫表观密度较大。随着白炭黑含量的增加,白炭黑在硅橡胶中的团聚严重,气体在大颗粒表面形成多个泡核,气泡发生合并,形成大气泡;白炭黑含量的增加会增大硅橡胶体系的黏度,使气体在硅橡胶中扩散困难,从而产生过饱和气体区,发生二次成核现象,使泡孔大小分布变宽。