CN112375387A

CN112375387A - 一种缓冲应力的硅橡胶泡沫材料及其制备方法

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Publication number: CN112375387A
Application number: CN202011372771.5A
Authority: CN
Inventors: 唐昶宇; 向亮; 朱晓伟; 温金鹏; 白龙腾; 谭鸿; 陈勇前; 邵虹
Original assignee: General Engineering Research Institute China Academy of Engineering Physics; Chengdu Science and Technology Development Center of CAEP
Current assignee: General Engineering Research Institute China Academy of Engineering Physics; Chengdu Science and Technology Development Center of CAEP
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2040-11-30
Also published as: CN112375387B

Abstract

本发明涉及高分子多孔材料领域，具体为一种缓冲应力的硅橡胶泡沫材料及其制备方法。该泡沫材料包括至少两个基础结构单元，每一个所述基础结构单元包含相互叠放第一单元壁层和第二单元壁层；所述第一单元壁层包括若干个等距离平行排列的第一硅橡胶条组；所述第二单元壁层包括若干个等距离平行排列的第二硅橡胶条组；所述第一硅橡胶条组和所述第二硅橡胶条组的夹角为90度；所述第一硅橡胶条组包括至少一条硅橡胶条，所述第二硅橡胶条组包括至少一条硅橡胶条；所述第一硅橡胶条组和所述第二硅橡胶条组的重叠比例为0.15‑0.5。该材料具有良好的弹性屈曲平台长度和良好的应力波动幅度，可用于高端装备、精密电子关键部件的应力缓冲保护。

Description

一种缓冲应力的硅橡胶泡沫材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子多孔材料领域，尤其是硅橡胶多孔微结构设计与制备领域，具体为一种缓冲应力的硅橡胶泡沫材料及其制备方法。

背景技术

装备在储存、运输、发射等全寿命使用剖面中，常面临温度变化、振动等复杂环境。这些因素可能引起其内部各功能部件发生移位松动或过载破坏，给装备的可靠性、安全性带来严重威胁。硅橡胶泡沫材料，是一种以硅橡胶为基胶的多孔高分子弹性体材料，集硅橡胶和泡沫材料特性于一体，具有相对密度低、可压缩形变量大、耐辐照、耐热氧老化及工作温度范围宽(-60℃至200℃)等特点，可用作阻尼、减振、应力缓冲，可有效缓冲应力变化，在国防装备和高端电子领域有重要应用。

传统的硅橡胶多孔材料制造方法主要通过化学发泡(CN 106589959A；CN104774473A；CN 106589958A)或者物理溶析(CN 106433139A；CN 103130454B；CN101199867B)制得多孔泡沫，由于发泡过程与硅胶固化过程耦合，导致泡孔结构大小分布不均匀，泡孔的无序分布导致其结构和性能的均匀性和可控性较差，并使硅橡胶泡沫的压缩曲线几乎没有应力平台，缓冲吸能性能不理想。

近些年，采用3D打印方法制备具有高度有序微孔结构的硅橡胶多孔材料(CN105599311A；CN105818378A；CN106751906A；Adv.Funct.Mater.2014,24,4905-4913)，可以实现结构程序化可控，有望克服上述问题。目前已出现简单四方体(Simple Tetragonal,缩写为ST)型微孔结构，具有该型微孔结构的多孔硅泡沫材料采用abab型排列方式进行增材制备(a方向与b方向垂直)，虽然在单轴压缩状态下表现出应力分布均匀，但应力平台区域宽度较短，仍然不能很好适应相应的力学使用环境要求。

在诸多文献中被广泛使用的abab结构，至少需要8层且对多孔材料的孔隙率有一定的要求才能使不太明显的泡沫结构应力平台效应能够被观测到，而在另一种由之前由发明人开发的延伸结构aabb结构中，一个包含4层硅橡胶线条组的基础结构便足以产生明显的平台效应，当然这同时也会导致一些问题，例如应力平台的高度会大幅度下降，应力波动极其严重，呈现锯齿状极不稳定的应力曲线；所以这种结构至少需要两个基础结构也就是8层硅橡胶线条组，才有应用的可能性，这导致打印的制品厚度很难应用在一些超薄的应用的场景。

现有的3D打印制备的abab结构或者aabb结构的硅橡胶泡沫材料应力波动幅度大，且打印得到的制品厚度高。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的现有的硅橡胶泡沫材料发生屈曲时存在的应力波动幅度大的问题，提供一种缓冲应力的硅橡胶泡沫材料，通过在相邻的两个硅胶条组之间设置重叠部，并将重叠比例控制在0.15-0.5的范围内，具有良好的弹性屈曲平台长度和良好的应力波动幅度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种缓冲应力的硅橡胶泡沫材料，包括至少两个基础结构单元，每一个所述基础结构单元包含相互叠放第一单元壁层和第二单元壁层；

所述第一单元壁层包括若干个等距离平行排列的第一硅橡胶条组；

所述第二单元壁层包括若干个等距离平行排列的第二硅橡胶条组；

所述第一硅橡胶条组和所述第二硅橡胶条组的夹角为90度；

所述第一硅橡胶条组包括至少一条硅橡胶条，所述第二硅橡胶条组包括至少一条硅橡胶条；

所述第一硅橡胶条组和所述第二硅橡胶条组的重叠比例为0.15-0.5；

所述重叠比例用以下公式计算；

提针高度和硅胶条层高的单位相同。

传统3D直写打印采用高触变、高粘度墨水，没有控制第一硅橡胶条组和第二硅橡胶条组之间的重叠，两者形成弱连接，会导致泡沫受力压缩时第一硅橡胶条组和第二硅橡胶条组之间分层或力学失稳，所以第一硅橡胶条组和第二硅橡胶条组之间的良好结合连接非常重要。硅橡胶泡沫材料在单轴压缩状态下的应力平台区间长度大于25％。其中应力-应变斜率<1的曲线段被定义为应力平台。应力平台区域中的应力波动幅度，由平台区域中最大的应力波动峰峰顶与峰底的应力差来量化表示。

当所述第一硅橡胶条组和所述第二硅橡胶条组的重叠比例为0.15-0.5时，在保证泡沫材料压缩应力平台区间长度大于25％的情况下，应力波动幅度大幅度降低至20kPa以下。通过设置重叠部，不仅降低了应力波动幅度，也因为重叠设置，降低了泡沫材料的整体厚度。优选的重叠比例为0.2-0.4。进一步优选重叠比例为0.25。

作为本发明的优选方案，每个所述第一硅橡胶条组包括两根沿竖直方向叠放的硅橡胶条；每个所述第二硅橡胶条组包括两根沿竖直方向叠放的硅橡胶条。

定义最底层的线条组及线条组方向与其平行的层为a层，线条组方向与其垂直的为b层，上述方案即为aabb型方案。

发明人对该结构研究发现，aabb式结构在增宽应力平台区间的有效性，其屈曲平台在主要发生于在被施加压力后双层叠加的硅橡胶线条组(aa或者bb)的结构倾斜倒塌，这一过程是可逆性的。同时由于原胞以4层为一个重复单元，柔度较高，所以相对abab式结构，能十分容易的发生弹性屈曲进而产生应力平台。但是也由于其原胞重复单元为4层的原因，在4层结构下，应力平台中的应力波动十分剧烈，不适用于实际应用场景，至少需要8层结构才能相对平稳，这限制了该结构在超薄应用场景的应用可能性，同时由于aabb式结构弹性屈曲发生的十分容易，所以应力平台的应力值也相对降低。

实验表明，对于打印层数为4层的aabb结构的泡沫材料，通过设置重叠部，其应力波动幅度从112kPa降低至25kPa。对于打印层数为8层的aabb结构的泡沫材料，其应力波动幅度从23kPa降低至14kPa。即对于aabb结构的泡沫材料，通过设置重叠部，均能够明显的降低材料的应力波动幅度。

作为本发明的优选方案，每个所述第一硅橡胶条组包括两根沿竖直方向叠放的硅橡胶条；每个所述第二硅橡胶条组包括一根硅橡胶条。

上述方案即为aab型方案。aabb型方案在8层的情况下才能满足应力波动幅度的要求，其打印制品的厚度较厚，不能适用于超薄的应用场景。

为了将应力平台提高，同时将硅橡胶泡沫能够做的更薄，发明人对有序结构进行了相应的设计修改，在aabb结构的基础上，通过力学仿真指导，实际实验验证，通过仅在单一方向的硅橡胶线条组上进行双层叠加的结构保留，另一方向设计为单一的硅橡胶线条组层。因此，依据上述技术原理分析，发明人提出上述的缓冲应力硅橡胶泡沫材料，该泡沫材料由两个或以上的基础结构重复叠加而成，而每个基础结构是由3层硅橡胶线条组由aab或者abb的方式相互叠加排列形成。在保持硅橡胶条出丝直径d不变的前提下，所述的新型硅橡胶有序多孔材料结构中的aa或者bb两层高度h接近于直径(d)的2倍，两者的比值(h/d)大于孔壁的临界屈曲柔度值1.5，而仅需两个aab重复单元(总共6层)便可在单轴压缩状态下能够产生较为显著且波动性较低的屈曲平台效应，并随着重复单元个数增加，平台屈曲效应更加明显，平台愈发平稳。在该方案中，最少打印6层，对应的厚度最低于1mm，该结构促使泡沫在极薄的厚度下产生宽应力平台(缓冲能力)，而abab结构通常需要打印12层以上，才表现出相类似的力学性能。优选的最下方的硅胶条的面为平面，这个是因为在打印过程中，最下方的硅胶条在自身重力以及上层硅胶条压力下，与打印基座的接触面变为平面。

作为本发明的优选方案，每个所述第一硅橡胶条组包括一根硅橡胶条；每个所述第二硅橡胶条组包括两根沿竖直方向叠放的硅橡胶条；所述第一硅胶条组远离所述第二硅胶条组的一侧为平面。

上述方案即为abb型方案。即a层在下方，在a层上方打印两个b层。此种情况下，a层因为重力原因导致底面为平面，这会增大在压缩过程中的约束。所述的aab型材料结构，在保持其余参数相同的情况下，abb排列顺序比aab排列顺序表现出的在单轴压缩状态下的弹性屈曲应力平台区间应力值更加稳定，波动性更低。

作为本发明的优选方案，所述缓冲应力的硅橡胶泡沫材料包括两个基础单元，总厚度小于或等于1mm，且厚度大于0mm。

将缓冲应力的硅橡胶泡沫材料的基础单元压缩到了2个，即总体仅需6层，在保持材料力学性能的同时将其厚度压缩到1mm及以下。适用于超薄应用场景。

作为本发明的优选方案，相邻的所述第一硅橡胶条组之间的排列间距为0.01-1.0mm；相邻的所述第二硅橡胶条组之间的排列间距为0.01-1.0mm。

每个所述单元壁层的层间高度为0.01-1mm，更优选为0.1-0.3mm；每一个所述单元壁层中平行排列的硅橡胶体条组的排列间距为0.01-3.0mm，进一步优选为0.1-2mm。

一种缓冲应力的硅橡胶泡沫材料的制作方法，

S1，将准备打印墨水，按照上述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料的结构进行3D打印路径规划，在按照规划的3D打印路径打印出相应的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料；

S2，在完成第一单元壁层打印后，以第一单元壁层上表面为基准面，按照规划的重叠比例设置提针高度；

打印第二单元壁层，在打印第二单元壁层中与第一单元壁层相重叠的硅胶前，对已打印的硅胶条中与第二单元壁层重叠的部分进行加热；加热温度40-70度；

S3，打印完成后，将打印完成的材料加热固化，得到的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料。

每层的硅橡胶线条组的高度都以0.01mm的精度精确控制，进而对每相邻的两层硅橡胶线条组直接的接触面积(即两层硅橡胶线条组之间重叠部的高度)进行调控，尤其是可以针对性的增大相邻的ab层硅橡胶线条组之间的接触面积，以期增加互相垂直的两组硅橡胶线条组之间的重叠程度，通过这种方式可以有效的达到调整应力平台区域中的应力曲线波动性的目的。以达到进一步降低整体厚度和应力平台区域应力波动性的目的。

这种重叠程度是在3D打印过程中，通过调整相邻两层间的提针高度来实现精确控制，在即将打印的层与方才打印完成的层不同(不是同为a层或者同为b层)时，控制提针高度下压至预期的值。当重叠部的高度h小于0.6h0时，重叠部分过多，会导致平台区间长度缩短。

同时在这个过程中以光照施加局部热源，降低打印时重叠区域硅橡胶线条的粘度，局部红外加热降低第一单元壁层粘度，让第二层垂直通过，从而保证了高重叠程度的多孔材料打印过程中不发生结构破坏。

在重叠比例为0.15-0.5情况下，能够保证平台区间长度大于25％，且具有良好的应力波动幅度小于20KPa。

作为本发明的优选方案，所述打印墨水的粘度为100-650Pa.s；墨水在40-80度温度范围内，凝胶时间大于10min。

作为本发明的优选方案，3D打印时，使用打印针头内径为0.06-1mm的3D打印机，将打印速率控制在1-20mm/s。

将硅橡胶粘度过大则会导致硅橡胶条挤出困难，粘度过小又不易成型，打印机针头的内径间接影响硅橡胶有序多孔结构的打印速度和出丝线宽以及浆料的粘度，内径过大容易导硅橡胶出丝直径过宽，并使每个所述硅橡胶条组中叠层堆放的硅橡胶条变形过大，进而导致硅橡胶条在垂直方向上的坍塌变形，减小整个硅橡胶微孔结构的层间高度h,从而影响整个硅橡胶有序多孔材料的力学性能；过细的针头内径使硅橡胶出丝过慢，并且会因原料用量不够导致整个硅橡胶材料的成型和受力强度，因此，粘度合适的硅橡胶以及合适的针头内径更有利于保障硅橡胶有序多孔材料的品质。同理，将打印速率控制在上述范围内，有利于保障打印样品的线条连续性，均匀性。

作为本发明的优选方案，所述加热固化的温度为100-150℃，固化时间为20-120min。合适的加热温度以及充足的加热时间，可以使得硅橡胶多孔材料打印样品的交联固化反应更加彻底，固化效率更高。

作为本发明的优选方案，所述打印墨水中包含如下重量份的材料：

端乙烯基硅油100份；

无机纳米填料15-20份；所述无机纳米填料为比表面积大于200m²/g的气相法二氧化硅；

吸光转热材料3-8份；所述吸光转热材料为炭黑或碳纳米管；

催化剂0.1-0.3份；所述催化剂为卡斯特铂催化剂；

抑制剂1-5份；所述抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇、2-甲基-3-丁炔-2-醇、炔丙醇、3-丁炔-1-醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、3,7,11-三甲基十二炔-3-醇中的一种或多种。

触变助剂1-2份；所述触变助剂为树脂类触变剂。

含氢硅油1-3份。

通过加入上述重量份的吸光转热材料，加以控制红外线能量；使得打印中的硅胶条能够充分吸收红外线并转换为热量，温度升高使得粘度降低，从而在进行控制重叠比例的时候不会因粘度过高而导致线条弯曲，又不会因为红外线的功率过高，产生高温导致提前固化，这种方案利于在打印过程中控制线条重叠比例。材料温度经红外照射后瞬时温度在40-70℃之间。

抑制剂的用量高于常规打印墨水中抑制剂的用量。

作为本发明的优选方案，所述打印墨水的制备方法如下：

⑴将配方量的端乙烯基硅油、无机纳米填料、吸光转热材料、催化剂、抑制剂在室温下采用高速分散机以1000-1200r/min的速度混合10-15min得到第一混合料；

⑵向所述第一混合料加入含氢硅油、触变助剂在室温下采用高速分散机以1000-1200r/min的速度混合10-15min得到第二混合料；

⑶将所述的第二混合料在室温下放入离心机中以7000-8000r/min的速度离心脱泡8-10min得到所述打印墨水。

上述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料中的所述单元壁层的层间高度、硅橡胶条组的排列间距和硅橡胶条组的直径均可根据使用要求进行精确调整，通过参数调整，将对硅橡胶有序多孔材料的变形特性产生显著影响，从而可得到一系列具有不同应力平台区域宽度的硅橡胶有序多孔结构，以满足各个领域的使用要求。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料，通过控制当所述第一硅橡胶条组和所述第二硅橡胶条组的重叠比例为0.15-0.5时，在保证泡沫材料压缩应力平台区间长度大于25％的情况下，应力波动幅度大幅度降低至20Kpa以下。通过设置重叠部，不仅降低了应力波动幅度，也因为重叠设置，降低了泡沫材料的整体厚度。在aabb,abb,aab等构型的泡沫材料中，均能够起到降低应力波动幅度的作用。

2、本发明的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料，通过设置重叠结构，并控制重叠比例，使得aab或者abb的顺序叠加的三层硅橡胶线条组为一个基础结构层，两个或两个以上的基础结构层重复叠加。相比现有abab型硅橡胶微孔结构而言，具有较宽的硅泡沫材料屈曲平台段，能够有效控制其应力波动幅度；相比我们之前设计的aabb型硅橡胶微孔结构而言，重复结构原胞层数由4层降到了3层，能够在更低的层数和更薄的厚度下实现应力平台效应，同时应力平台的强度相比同层数下的aabb结构也更高，能够应用于更薄更极限的缓冲减震应用场景。在更佳的方案中，所述缓冲应力的硅橡胶泡沫材料包括两个基础单元，即总共6层硅胶条，总厚度不超过1mm。

3、本发明的缓冲应力硅橡胶材料的制备方法，通过打印第二单元壁层，在打印第二单元壁层中与第一单元壁层相重叠的硅胶前，对已打印的硅胶条中与第二单元壁层重叠的部分进行加热；加热温度40-70度；且在使用的打印墨水中添加3-8重量份的吸光转热材料，以及3-8重量份的抑制剂，通过增加吸光转热材料，以及增加抑制剂的用量。在第一单元壁层完成，将第二单元壁层打印至第一单元壁层上侧时，能够局部的对第一单元壁层中待重叠部分进行加热，使得更易于控制第二单元壁层和第一单元壁层之间的重叠比例，并使得结构更为稳定，更符合设计要求。

4、本发明的缓冲应力硅橡胶材料的制备方法，该硅橡胶泡沫材料结构可以在打印的过程中精确的控制每一层的提针高度，进而调控相邻的两层硅橡胶线条组之间的重叠区域重叠程度，进而对材料整体的应力平台区域的应力波动幅度进行调控。在打印制备的过程中，以随针头平行移动的光源照射在下层线条上，以降低下层硅橡胶线条的粘度，以达到在结构不被破坏的前提下完成高重叠高度比例的线条叠加。

5、本发明的缓冲应力硅橡胶材料的制备方法，能够通过3D打印技术，对硅橡胶有序多孔结构进行精准控制，并依据实际应用需求对其结构长度参数进行灵活调配，从而确保制得的硅橡胶有序孔多材料具有更好的缓冲吸能性能同时，还能满足不同力学用环境需求，进一步拓宽了硅橡胶泡沫材料的可适用领域。

附图说明

图1为现有的具有2个基础结构层abab型硅橡胶多孔材料的空间结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为本发明的具有2个基础结构层aabb型硅橡胶有序多孔材料的空间结构示意图；图中附图标记1-基础单元；2-硅胶条层；3-硅胶条组；4-硅胶条。

图4为图3的侧视图。

图5是相邻的第一壁层中的硅胶条和第二壁层中的硅胶条的连接关系示意图；

图中附图标记，100-第一单元壁层中的硅胶条；200-第二单元壁层中的硅胶条；a-提针高度；b-硅胶条层高。重叠比例为1-(a/b)。

图6为本发明的具有1个基础结构层的aab型硅橡胶有序多孔材料(aab叠加)的空间结构示意图。

图7为图6的侧视图。

图8为本发明的具有2个基础结构层的aab型硅橡胶有序多孔材料(aab叠加)的空间结构示意图。

图9为图8的侧视图。

图10为部分发明的具有1个基础结构层的aab型硅橡胶有序多孔材料(abb叠加)的空间结构示意图。

图11为图10的侧视图。

图12为本发明的具有2个基础结构层的abb型硅橡胶有序多孔材料(abb叠加)的空间结构示意图。

图13为图12的侧视图。

图14为实施例1中的aab型(6层)结构材料与实施例2中的abb型(6层)结构硅橡胶多孔材料压缩实验实验应力-应变曲线对比图。

图15为实施例1中的aab型(6层)结构材料与实施例4的aabb型(8层)空间结构硅橡胶多孔材料压缩实验实验应力-应变曲线对比图。

图16为实施例1中的aab型(6层)结构材料与对比例1中的aab型(6层)结构材料的压缩实验应力-应变曲线对比图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例的基础结构单元的构型为aab，打印层数为6层，总体结构为aabaab，重叠比例为0.25，结构如图6-图9所示，

包括两个基础结构单元，每个基础结构单元图6和图7所示，两个基础结构单元的重叠关系如图8和图9所示，每一个所述基础结构单元包含相互叠放第一单元壁层和第二单元壁层；

所述第一硅橡胶条组和所述第二硅橡胶条组的夹角为90度；

所述第一硅橡胶条组由两条硅橡胶条组成，所述第二硅橡胶条组由一条硅橡胶条组成；从下到上为aab结构；

所述第一硅橡胶条组和所述第二硅橡胶条组的重叠比例为0.25；

所述重叠比例用以下公式计算；

提针高度和硅胶条层高的单位相同。如图5所示，重叠比例为1-(a/b)。

另定义应力缓冲能力可以用在压缩过程中从起点到应力平台区域结束时材料所能吸收的功表示，由于材料厚度不同，同等性能越厚的材料自然吸收能量的能力越强。为排除厚度因素对材料的吸收能量的性能进行对比故定义；

其中对于没有应力平台区域的abab型材料，则将从起点到应力平台结束材料实际吸收的功修正为材料密实化之前所实际吸收的功，单位为豪焦耳(mJ)。

具体的制备方法如下：

1.制备打印墨水

⑴将100份端乙烯基硅油、15份气相法二氧化硅、8份吸光转热材料、0.2份催化剂、2.5份抑制剂在室温下采用高速分散机以1000r/min的速度混合10min得到第一混合料；吸光转热材料为炭黑，抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇。

⑵向所述第一混合料加入1份含氢硅油、2份触变助剂在室温下采用高速分散机以1000r/min的速度混合15min得到第二混合料；

即端乙烯基硅油、无机纳米填料、吸光材料、催化剂、抑制剂、触变助剂和含氢硅油以100：15：8：0.2：2.5：1:2。

⑶将所述的第二混合料在室温下放入离心机中以8000r/min的速度离心脱泡8min得到所述打印墨水。

2.将离心脱泡后的硅橡胶作为3D打印原料，并按照上述的aabaab结构进行3D打印路径规划，再按照规划的3D打印路径打印出相应的硅橡胶有序多孔材料结构，；

3.在打印过程中，通过选用不同孔径的针头，调整打印的速度，对原料施加的气压以及螺杆阀挤出的转速，控制打印出的硅橡胶线条的粗细。一般来讲需选用最接近于预期线条粗细的针头再通过上述参数设置来使线条粗细达到预期。另外，可以通过以0.01mm的精度精确控制针头打印每层硅橡胶线条组开始时的提针高度来控制每一层硅橡胶线条组的层高。

4.打印过程中，控制红外照射功率，使得移动的针头正下方硅橡胶瞬时温度为40-70℃之间，采用红外热像仪进行温度监测。随着打印的进行，温度存在波动，但整体在40-70℃之间。

5.打印完成后，将打印得到的硅橡胶有序多孔材料逐级加热固化，120-150度加热固化1h从而得到一种具有宽应力平台区域的硅橡胶有序多孔材料。

即本实施例中，包含两个aab型的基础结构单元，从下到上为6组按规律叠加的硅橡胶线条层，叠加方式为aabaab，a层与b层线条组的夹角为90°；每一平行排列的硅橡胶条组的排列线间距均为0.6mm，每一个所述硅橡胶线条组2的层高为0.2mm；每一根硅橡胶条的横截面直径d为0.23mm。经检测，具有上述aab型硅橡胶有序多孔结构的硅橡胶泡沫材料，在单轴压缩状态下的弹性屈曲应力平台区间长度为40％。

实施例2

本实施例的基础结构单元的构型为abb，打印层数为6层，即abbabb，重叠比例为0.25，结构如图10-图13所示，

选择纳米二氧化硅作为纳米无机填料，选择碳纳米管作为吸光转热材料，选择2-甲基-3-丁炔-2-醇作为抑制剂，将端乙烯基硅油、无机纳米填料、吸光材料、催化剂、抑制剂、触变助剂和含氢硅油以100：18：8：5：1：1:1的比例按照实施例1的方式混合以获得打印原料。

实施例3

本实施例的基础结构单元的构型为aabb，打印层数为4层，重叠比例为0.25。

选择纳米二氧化硅作为纳米无机填料，选择碳纳米管作为吸光转热材料，选择2-甲基-3-丁炔-2-醇作为抑制剂，将端乙烯基硅油、无机纳米填料、吸光材料、催化剂、抑制剂、触变助剂和含氢硅油以100：20：6：0.2：2：1:1的比例按照实施例1的方式混合以获得打印原料。

利用与实施例1中相同材质和形状的硅橡胶条形成aabb型硅橡胶有序多孔材料，4个硅橡胶线条组，包含一个aabb式基础结构，叠加方式为aabb。其中，每根硅橡胶条横截面直径为d，以及硅橡胶条的排列线间距均与实施例1相同。其与实施例1的区别在于：两者结构不同，层数不同。经检测，该硅橡胶有序多孔材料在单轴压缩状态下的弹性屈曲应力平台区间宽度为38％。

实施例4

本实施例的基础结构单元的构型为aabb，打印层数为8层，即aabbaabb，重叠比例为0.25，结构如图3和图4所示。

选择纳米二氧化硅作为纳米无机填料，选择碳纳米管作为吸光转热材料，选择2-甲基-3-丁炔-2-醇作为抑制剂，将端乙烯基硅油、无机纳米填料、吸光材料、催化剂、抑制剂、触变助剂和含氢硅油以100：18：8：0.3：3：2:1的比例按照实施例1的方式混合以获得打印原料。

利用与实施例1中相同材质和形状的硅橡胶条形成aabb型硅橡胶有序多孔材料，4个硅橡胶线条组，包含一个aabb式基础结构，叠加方式为aabb。其中，每根硅橡胶条横截面直径为d，以及硅橡胶条的排列线间距均与实施例1相同。其与实施例1的区别在于：两者结构不同，层数不同。经检测，该硅橡胶有序多孔材料在单轴压缩状态下的弹性屈曲应力平台区间宽度为42％。

对比例1

本对比例与实施例1的差别在于重叠比例为0。

对比例2

本对比例与实施例2的差别在于重叠比例为0。

对比例3

本对比例与实施例3的差别在于重叠比例为0。

对比例4

本对比例与实施例4的差别在于重叠比例为0。

对比例5

本对比例与对比例4的差别在于，打印层数为12层，即aabbaabbaabb。

本对比例与对比例4的区别在于：层数为12层，包含3个基础结构，经检测，该硅橡胶有序多孔材料在单轴压缩状态下的弹性屈曲应力平台区间宽度为43％。

对比例6

本对比例的基础结构单元的构型为ab，打印层数为6层。

利用与实施例1中相同数量、材质和形状的硅橡胶条形成abab型硅橡胶有序多孔材料，6个硅橡胶线条组，包含3个ab式基础结构，叠加方式为ababab。其中，每根硅橡胶条横截面直径为d，以及硅橡胶条的排列间距均与实施例1相同。其与实施例1的区别在于：两者结构不同。经检测，该硅橡胶有序多孔材料在单轴压缩状态下不存在弹性屈曲应力平台。

对比例7

本对比例的基础结构单元的构型为ab，打印层数为8层。包含4个基础结构，经检测，该硅橡胶有序多孔材料在单轴压缩状态下的弹性屈曲应力平台不存在。

对比例8

本对比例与对比例1的区别在于：层数为10层，包含5个基础结构，经检测，该硅橡胶有序多孔材料在单轴压缩状态下的弹性屈曲应力平台区间宽度为16％。

实施例1-4和对比例1-8实验数据汇总如下表，

表1：实施例1-4与对比例1-8实验数据汇总

实施例1和实施例2的对比结果如图14所示，实施例1和实施例4的对比结果如图15所示，实施例1和对比例1的对比结果如图16所示，

由上述数据可知，

1、重叠比例对于aabb结构和aab结构均有提高应力平台高度和降低应力波动幅度的效果，其中对aab结构的影响优化能力明显强于aabb结构。

2、abab构型需要一定层数才能具有较短的应力平台；而aabb构型4层即可拥有应力平台，但平台波动较为剧烈，且应力平台高度较低；aab结构仅需6层即可拥有相对较高的应力平台和较长的平台长度。

3、aab和abb构型的性能存在一定差异，相对来讲，abb构型的应力波动幅度更低。虽然应力平台高度也略低，同样满足弹性屈曲平台长度大于25％的要求。

4、控制一定的重叠比例会对材料的应力缓冲能力起到明显的提升作用。

试验例1

按照实施例1的制作方法，分析不同的重叠比例下，aab构型，打印层数为6层的泡沫材料，并测试其性能。试验例设计及测试结果如下表：

表2，重叠比例对弹性屈曲应力平台区间宽度和应力波动幅度的影响

由上述数据可知，重叠比例对于aab基本构型的硅橡胶泡沫性能具有显著的影响能力。总体上来讲随着重叠比例的增加，应力平台高度随之增加，应力波动幅度先降低后增加。重叠比例在0.15-0.5时，弹性屈曲平台长度大于25％，且应力波动幅度低于20KPa，在重叠比例为0.2-0.4时，应力波动幅度更低。且重叠比例在0.25的时候，是相对更优值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种缓冲应力的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，包括至少两个基础结构单元，每一个所述基础结构单元包含相互叠放第一单元壁层和第二单元壁层；

所述第一硅橡胶条组和所述第二硅橡胶条组的夹角为90度；

所述重叠比例用以下公式计算；

提针高度和硅胶条层高的单位相同。

2.根据权利要求1所述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，每个所述第一硅橡胶条组包括两根沿竖直方向叠放的硅橡胶条；每个所述第二硅橡胶条组包括两根沿竖直方向叠放的硅橡胶条。

3.根据权利要求1所述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，每个所述第一硅橡胶条组包括两根沿竖直方向叠放的硅橡胶条；每个所述第二硅橡胶条组包括一根硅橡胶条。

4.根据权利要求1所述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，每个所述第一硅橡胶条组包括一根硅橡胶条；每个所述第二硅橡胶条组包括两根沿竖直方向叠放的硅橡胶条；所述第一硅胶条组远离所述第二硅胶条组的一侧为平面。

5.根据权利要求1所述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，包括两个基础单元，总厚度小于或等于1mm，且厚度大于0mm。

6.根据权利要求1所述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，相邻的所述第一硅橡胶条组之间的排列间距为0.01-1.0mm；相邻的所述第二硅橡胶条组之间的排列间距为0.01-1.0mm。

7.一种如权利要求1-6任一所述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料的制作方法，其特征在于，

S1，将准备打印墨水，按照权利要求1-6任一所述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料的结构进行3D打印路径规划，在按照规划的3D打印路径打印出相应的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料；

打印第二单元壁层，在打印第二单元壁层中与第一单元壁层相重叠的硅胶前，对已打印的硅胶条中与第二单元壁层重叠的部分进行加热；

8.根据权利要求7所述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料的制作方法，其特征在于，所述打印墨水的粘度为100-650Pa.s；墨水在40-80度温度范围内，凝胶时间大于10min。

9.根据权利要求7所述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料的制作方法，其特征在于，3D打印时，使用打印针头内径为0.06-1mm的3D打印机，将打印速率控制在1-20mm/s。

10.根据权利要求7所述的缓冲应力的硅橡胶泡沫材料的制作方法，其特征在于，所述打印墨水中含有如下重量份的材料：

端乙烯基硅油100份；

无机纳米填料15-20份；

吸光转热材料3-8份；

催化剂0.1-0.3份；

抑制剂1-5份；

触变助剂1-2份；

含氢硅油1-3份。