CN115584052A - 一种仿生弹性协同共连续复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿生弹性协同共连续复合材料及其制备方法，属于抗腐蚀材料技术领域，本发明受椰壳的“弹性协同”作用启发，本发明以聚氨酯泡沫为纤维骨架，有机硅橡胶为基体，纤维骨架与基体的弹性相近，产生弹性协同作用，组成仿生弹性协同共连续复合材料。本发明制备过程首先是将聚氨酯泡沫和碳化硅粉末进行表面改性预处理；将碳化硅粉末加入到有机硅橡胶中，然后使有机硅橡胶在模具中与聚氨酯泡沫固化结合到一起，聚氨酯泡沫和硅橡胶的弹性相近，外部侵蚀应力作用下，二者产生的应变相近，二者的应变差小于聚氨酯增强相和硅胶基体结合面发生剪切破坏所需的最大应变，长期服役也不会发生相分离。

Description

一种仿生弹性协同共连续复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于抗腐蚀材料技术领域。
背景技术
多孔金属/聚合物共连续材料作为新型的一种抗腐蚀材料，由于其两相相互渗透，内部应力可以通过多孔金属快速分散，当聚合物裂纹扩展到金属相时变得难以继续延伸，因此这种复合材料被认为具有良好的抗冲击、耐磨损以及抗侵蚀作用。但是由于金属和聚合物之间存在巨大的弹性差异，在受到相同的局部冲击或侵蚀应力时，两相所产生的应变不同，两相会发生分离，这会使材料快速失效。此外在海水、酸液等腐蚀性介质中，多孔金属也容易被腐蚀，这限制了多孔金属/聚合物共连续材料的广泛应用。自然界中椰壳纤维和基体(木质素等)组成，并且其纤维强度高于基体，从而提升了基体的抗冲击能力，由于纤维与基体的弹性相近，在受到冲击时，纤维和基体能产生较为一致的变形，从而避免了二者发生分离，椰壳“弹性协同”作用为抗腐蚀材料的开发提供了新原理。
发明内容
为了开发一种性能优异且可靠性高的抗腐蚀、空化侵蚀和冲刷的材料，受上述椰壳的“弹性协同”作用启发，本发明以聚氨酯泡沫为纤维骨架，有机硅橡胶为基体，纤维骨架与基体的弹性相近，产生弹性协同作用，组成仿生弹性协同共连续复合材料。
所述的仿生弹性协同共连续复合材料的制备方法，具体步骤如下：
1)对聚氨酯泡沫表面预处理；
2)对SiC粉末进行表面改性，其中，SiC的粒径为0.5-5μm；
3)将步骤2)处理过的SiC粉末加入双组分有机硅橡胶的A组分中，机械搅拌分散15分钟；然后加入固化剂，即双组分有机硅橡胶的B组分，继续搅拌1分钟；最后将混合物真空脱泡10分钟；双组分有机硅橡胶A组分、B组分和SiC粉末的质量比为90:10:2～8；
4)将脱泡后的混合物倒入置有步骤1)处理的聚氨酯泡沫的模具中，使混合物液面与聚氨酯泡沫表面重合，然后置于80℃烘箱中固化6-8小时。
其中，步骤1)对聚氨酯泡沫表面预处理的方法如下：
将聚氨酯泡沫浸入20％NaOH溶液中2小时，清洗干燥后浸入甲基三甲氧基硅烷质量分数为2wt％，pH为3.5-4.5的水溶液中浸泡2小时后，干燥备用。
优选地，聚氨酯泡沫的孔密度为30-100PPI。
优选地，所述的SiC粉末为β-SiC粉末。
步骤2)对SiC粉末进行表面改性的方法如下：
将β-SiC粉末加入硅烷偶联剂KH550-去离子水-乙醇溶液中搅拌20分钟，过滤后100℃干燥2小时；其中KH550、去离子水和乙醇的质量比为1:3:10。
该复合材料中聚氨酯泡沫和有机硅橡胶的抗拉强度分别为5-8MPa和1.5-2.5MPa，弹性模量均为0.4-0.6MPa。
本发明的有益效果：
本发明所提出的复合材料具有良好的抗冲击性能，外界冲击作用在复合材料上，在硅橡胶基体上产生裂纹，当裂纹扩展到聚氨酯相时，高强度的多孔聚氨酯限制了损伤裂纹在的继续扩展，并通过多孔网络将冲击应力快速分散。
本发明所提出的复合材料具有良好的界面结合性能，由于硅胶的低表面能，其与聚氨酯表面的结合强度不高，本发明先后使用NaOH溶液和甲基三甲氧基硅烷对聚氨酯表面进行改性，NaOH溶液使聚氨酯表面部分水解，使其表面粗糙化，增大了与硅胶基体的接触面积；甲基三甲氧基硅烷是一种三功能有机硅烷偶联剂，因为它的三个烷氧基都能够水解，使聚氨酯表面硅烷化，增强了与硅胶基体的的结合性能，另外，其含有一个甲基基团，与基体中SiC表面的羟基进一步结合，在结合面形成了聚氨酯-硅胶-SiC共交联。物理作用和化学交联共同作用，使得复合材料具有良好的结合性能。
本发明所提出的复合材料多孔聚氨酯和硅橡胶的弹性相近，外部侵蚀应力作用下，二者产生的应变相近，二者的应变差小于聚氨酯增强相和硅胶基体结合面发生剪切破坏所需的最大应变，长期服役也不会发生相分离。
具体实施方式
下面以具体实施例的形式对本发明技术方案做进一步解释和说明。
实施例1
1)将孔密度40PPI聚氨酯泡沫浸入20％NaOH溶液中2小时，清洗干燥后浸入甲基三甲氧基硅烷质量分数为2wt％，pH为4的水溶液中浸泡2小时后，干燥备用。
2)将粒径为1μm的β-SiC加入KH550-去离子水-乙醇(质量比1:3:10)溶液中搅拌20分钟，过滤后100℃干燥2小时。
3)将处理过得SiC粉末加入双组分有机硅橡胶组分A中，机械搅拌分散15分钟。然后将固化剂有机硅橡胶组分A加入混合物中继续搅拌1分钟。最后将上述混合物真空脱泡10分钟。硅橡胶组分A、B与SiC粉末的质量比为90:10:6.
4)将脱泡后的硅橡胶倒入置有聚氨酯泡沫的模具中，使硅橡胶液面与聚氨酯泡沫表面重合，然后置于80℃烘箱中固化8小时。
对本实施例，实施例中所使用的聚氨酯和硅橡胶分别进行了吸水率、撕裂强度和冲刷腐蚀测试。冲刷腐蚀测试采用旋流冲击在冲刷腐蚀试验机上进行，流体介质为含10％石英砂的人工海水，转速为580转/分钟，测试时间为60小时。测试完成后，烘干试样，并使用精密天平测量样品质量，与测试前质量对比计算失重率。测试结果如表1。
表1
材料类别 吸水率％ 撕裂强度(KN/m) 冲刷腐蚀失重率
实施例 0.61 33.4 0.37％
聚氨酯 1.10 65.3 0.33％
硅橡胶 0.55 20.3 0.79％
如表1所示，聚氨酯的吸水率是硅橡胶的两倍，吸水率过高，会导致涂层起泡、开裂、剥落等严重后果，本发明实施远小于聚氨酯。相较于纯硅胶，本发明实施例的撕裂强度提升了60％，冲刷腐蚀失重率下降了53％。因此，本发明相较于聚氨酯和硅橡胶均具有显著的优势，具有良好的综合抗冲刷腐蚀能力。

Claims (7)

1.一种仿生弹性协同共连续复合材料的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：
1)对聚氨酯泡沫表面预处理；
2)对SiC粉末进行表面改性，其中，SiC的粒径为0.5-5μm；
3)将步骤2)处理过的SiC粉末加入双组分有机硅橡胶的A组分中，机械搅拌分散15分钟；然后加入固化剂，即双组分有机硅橡胶的B组分，继续搅拌1分钟；最后将混合物真空脱泡10分钟；双组分有机硅橡胶A组分、B组分和SiC粉末的质量比为90:10:2～8；
4)将脱泡后的混合物倒入置有步骤1)处理的聚氨酯泡沫的模具中，使混合物液面与聚氨酯泡沫表面重合，然后置于80℃烘箱中固化6-8小时。
2.根据权利要求1所述仿生弹性协同共连续复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)对聚氨酯泡沫表面预处理的方法如下：
将聚氨酯泡沫浸入20％NaOH溶液中2小时，清洗干燥后浸入甲基三甲氧基硅烷质量分数为2wt％，pH为3.5-4.5的水溶液中浸泡2小时后，干燥备用。
3.根据权利要求1所述仿生弹性协同共连续复合材料的制备方法，其特征在于，聚氨酯泡沫的孔密度为30-100PPI。
4.根据权利要求1所述仿生弹性协同共连续复合材料的制备方法，其特征在于，所述的SiC粉末为β-SiC粉末。
5.根据权利要求4所述仿生弹性协同共连续复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)对SiC粉末进行表面改性的方法如下：
将β-SiC粉末加入硅烷偶联剂KH550-去离子水-乙醇溶液中搅拌20分钟，过滤后100℃干燥2小时；其中KH550、去离子水和乙醇的质量比为1:3:10。
6.一种如权利要求1～5任意一项所述方法制备得到的仿生弹性协同共连续复合材料，其特征在于，复合材料中的聚氨酯泡沫作为纤维骨架，有机硅橡胶作为基体，纤维骨架与基体的弹性相近，产生弹性协同作用。
7.根据权利要求6所述的仿生弹性协同共连续复合材料，其特征在于，聚氨酯泡沫和有机硅橡胶的抗拉强度分别为5-8MPa和1.5-2.5MPa，弹性模量均为0.4-0.6MPa。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1740217A (zh) * 2004-08-27 2006-03-01 株式会社东星硅树脂 硅橡胶泡沫及其制造方法和用途
CN102245707A (zh) * 2008-12-23 2011-11-16 道康宁公司 弹性体组合物
CN105884997A (zh) * 2014-12-09 2016-08-24 任海涛 一种碳化硅聚氨酯弹性复合材料的生产工艺
CN107586456A (zh) * 2017-09-30 2018-01-16 太仓市金锚新材料科技有限公司 新型高强度硅橡胶防火防腐密封材料
CN111777801A (zh) * 2020-05-25 2020-10-16 浙江倪阮新材料有限公司 一种绝缘电缆用硅橡胶复合材料及其制备方法
CN112778571A (zh) * 2020-12-31 2021-05-11 东莞市维赛实业有限公司 食品级硅胶泡绵及其制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1740217A (zh) * 2004-08-27 2006-03-01 株式会社东星硅树脂 硅橡胶泡沫及其制造方法和用途
CN102245707A (zh) * 2008-12-23 2011-11-16 道康宁公司 弹性体组合物
CN105884997A (zh) * 2014-12-09 2016-08-24 任海涛 一种碳化硅聚氨酯弹性复合材料的生产工艺
CN107586456A (zh) * 2017-09-30 2018-01-16 太仓市金锚新材料科技有限公司 新型高强度硅橡胶防火防腐密封材料
CN111777801A (zh) * 2020-05-25 2020-10-16 浙江倪阮新材料有限公司 一种绝缘电缆用硅橡胶复合材料及其制备方法
CN112778571A (zh) * 2020-12-31 2021-05-11 东莞市维赛实业有限公司 食品级硅胶泡绵及其制造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
严瑾等: "碳化硅/硅橡胶复合材料的制备与表征", 《广东化工》 *
王倩等: "提高聚氨酯表面硅橡胶涂层粘结性研究", 《高分子学报》 *

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