[發明專利]一種兼具高強度和粘附性能的硅橡膠復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010905774.4
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN111961346B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 劉建;姚寅;彭志龍;陳少華;李小紅;張治軍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;河南河大納米材料工程研究中心有限公司
• 主分類號: C08L83/07
• 分類號: C08L83/07;C08L83/04;C08K3/36;C08K9/06;C08K5/14
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 蔡艷

本發明屬于仿生材料力學與納米復合材料制備技術領域，具體涉及一種兼具高強度和粘附性能的硅橡膠復合材料及其制備方法。所述兼具高強度和粘附性能的硅橡膠復合材料的制備方法是：先將硅橡膠與納米二氧化硅混煉均勻，得混煉膠；然后將混煉膠于100~200oC下熱處理1~3h，冷卻至室溫后，再與液體硅橡膠增粘劑、硫化劑混煉均勻；最后經模壓成型即得。本發明所使用的原料組分品類少，制備流程簡單，成本低；所得復合材料既具有高溫硅橡膠強度高的特性，又具有液體硅橡膠粘結性好的特點，兼具高強度和強粘附性，另外可反復進行粘結使用，并可進一步進行規模化制備，在日常生活、醫療、電子以及航空航天等領域均具有巨大的應用前景。

技術領域

本發明屬于仿生材料力學與納米復合材料制備技術領域，具體涉及一種兼具高強度和粘附性能的硅橡膠復合材料及其制備方法。

背景技術

硅橡膠是一類具有良好生理惰性、耐高低溫性的特種橡膠材料，被廣泛應用于建筑、醫療、航空航天等領域。純硅橡膠的力學性能非常差，無法滿足實際應用需求，通常需要添加補強填料進行增強。納米二氧化硅(SiO₂)是硅橡膠最為常用的補強填料，具有與硅橡膠相容性好、增強效果突出、成本低等優勢。另外，納米SiO₂表面存在大量豐富的高活性羥基，容易通過表面改性接枝不同的化學官能團，調控SiO₂與硅橡膠分子之間的相互作用。因此，通過SiO₂的表面改性實現高強度硅橡膠復合材料的制備一直都是橡膠材料相關研究的熱點。

另一方面，在新興的仿生科技領域，以硅橡膠為典型代表的超彈性材料柔軟且易改變形狀，能夠與各種表面形成良好的接觸，被廣泛用于制造仿生壁虎剛毛微結構粘附表面，因此硅橡膠的粘附性也是一項重要的性能參數。在該研究領域，較為常用的方法是對硅橡膠表面進行親水改性或者在其表面制備微納結構的方式改善硅橡膠的粘附性。但此類方法制備過程往往較為復雜，不利于規模化制備，對硅橡膠的耐久性以及強度也有一定影響。因此，如何通過較為簡單方式制備出兼具高強度和強粘附的硅橡膠復合材料顯得尤為重要。高分子量的甲基乙烯基硅橡膠可通過SiO₂的補強獲得較高的強度，但因其表面能較低，對物體的浸潤性較差，導致其表面粘附性很弱。低分子量的液體硅橡膠雖具有杰出的粘附性，但力學強度往往提升有限。將兩者的優勢相結合，以甲基乙烯基硅橡膠為主體，液體硅橡膠為增粘劑，制備兼具高強度、強粘附的硅橡膠復合材料，在科研及生活中均具有突出的應用前景。

發明內容

為了克服現有技術中的問題，本發明提供了一種兼具高強度和粘附性能的硅橡膠復合材料的制備方法。該方法以甲基乙烯基硅橡膠為主體，液體硅橡膠為增粘劑制備得到的硅橡膠復合材料兼具高強度、強粘附性能以及可反復粘附性。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種兼具高強度和粘附性能的硅橡膠復合材料的制備方法，先將硅橡膠與納米二氧化硅混煉均勻，得混煉膠；然后將混煉膠于100～200℃下熱處理1～3h，冷卻至室溫后，再與液體硅橡膠增粘劑、硫化劑混煉均勻；最后經模壓成型即得兼具高強度和粘附性能的硅橡膠復合材料。

優選的，各物料的重量份數如下：硅橡膠100份，納米二氧化硅40～60份，液體硅橡膠增粘劑1～7份，硫化劑0.5～1.5份；所述納米二氧化硅為表面改性SiO₂。

優選的，所述液體硅橡膠增粘劑通過下述方法制得：將聚硅氧烷單體在攪拌條件下升溫至80-100℃，加入催化劑后升溫至100～130℃，反應60～120min，然后加入表面改性SiO₂繼續反應40～80min后，升溫至130～150℃(使未反應催化劑分解)，然后減壓抽真空(去除未反應的單體及低沸點物質)，經冷卻后即得。

進一步優選的，表面改性SiO₂表面修飾的反應性基團為甲基、乙基、環氧基、乙烯基、氨基和氫基中的一種，包括混煉膠和液體硅橡膠增粘劑中使用的表面改性SiO₂。