一种硅橡胶填料网络结构的可视化荧光标记技术制造技术

本发明专利技术涉及一种硅橡胶填料网络的荧光标记及其可视化荧光标记技术，首先利用本课题组已经申请专利方法，以自制稀土掺杂二氧化硅荧光粉作为填料，采用密炼、硫化等橡胶复合材料加工技术，制备荧光功能硅橡胶复合材料，实现硅橡胶填料网络的荧光标记。然后采用激光扫描共聚焦显微测试技术，对荧光功能硅橡胶复合材料进行逐点、逐行、逐面快速扫描获得连续光学切片，再利用三维重构计算机图像处理技术，获得硅橡胶填料网络的真实三维立体结构。本发明专利技术实现了硅橡胶填料网络的可视化，有利于简便直观真实地观察填料网络结构及其变化过程，为开展硅橡胶填料网络的结构变化和力学性能关系的研究，揭示硅橡胶填料网络的形变、破坏和重构等结构演化过程及其对力学性能的作用机理奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种硅橡胶填料网络的荧光标记及其可视化荧光标记技术，属于橡胶复合材料微观结构领域。
技术介绍
在填充橡胶增强领域，填料的增强效果除了依赖于填料和橡胶自身的一些性质外，还与填料与橡胶基体间的相互协同作用有关，作为填料的无机粒子在橡胶基体中并不呈均匀分布，而是根据制备方式的不同形成一定的网络结构，这种网络结构使橡胶的力学性能发生质的改变，但要从物理本质上深刻理解网络结构在橡胶基体中的作用却面临巨大挑战，这是由于无机粒子填料网络的引入，进一步增加了橡胶材料分子链结构的复杂性，导致研究方法和技术手段受到限制，使得填料网络结构对橡胶力学性能的贡献以及结构演化和力学性能的关系还不清楚，目前对无机填料网络及其与宏观力学性能的关联，基本停留在一些唯象的描述，缺乏较为理想的探测填料网络结构的实验技术，因此，这就需要能够更简便直观真实地表征填料网络结构的技术手段，探测其在应力作用下的演变规律，并获得与物理本质关联的构效模型，有利于揭示无机粒子的补强机理。目前关于填充橡胶中填料网络结构的研究，一方面是理论层面上的间接描述，主要包括多种典型网络模型、填料网络随应变破坏的Payne效应以及利用结合胶表征填料网络对橡胶分子的作用，另一方面是利用传统电镜试图直接观察填料网络结构，主要包括利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等来表征填料网络微观结构，由于SEM穿透能力的限制，只能对填料在橡胶表面的形态和分布进行探测，无法实现对填料在橡胶内部的空间分布情况进行研究；TEM尽管可以获得填料在橡胶内空间分布的高分辨图像，但由于电子的穿透能力弱，样品必须足够薄，所以只能获得样品局部区域内的填料分布信息；AFM是利用探针与样品表面之间的相互作用，以扫描的方式对样品表面的三维形貌进行微区分析的一类显微镜，不适合分析常规加工方法压片得到的样品，且只能用于分析样品表面形貌，不能得到样品的三维立体结构，正是由于目前研究方法和技术的限制，填料网络的真实三维结构至今还是一个未知世界。激光扫描共聚焦显微镜是在普通荧光显微镜的基础上配置了激光扫描装置，通过逐点、逐行、逐面快速扫描成像，并通过改变调焦深度来获得样品不同深度层次的图像，通过计算机对图像信息进行处理，从而显示样品立体结构的荧光图像；与传统电镜相比，激光扫描共聚焦显微镜具有以下特点：一是其分辨率可达200nm左右，能够用于观察橡胶填料网络中的一次聚结体和二次聚集体；二是能够获得比较清晰的图像，属于点照明，照明针孔与探测针孔共轭，抑制了图像模糊；三是观察尺度更大，常规显微成像技术只能看到局部填料分布情况，而LSCM可以通过改变调焦深度来获得填料网络不同深度层次的图像，有利于从更大范围观测填料网络；四是具有更高的轴向分辨率，通过调节Z轴的移动步距控制光学切片的厚度，可连续获得数百张共聚焦图像，利用计算机图像处理软件ImageJ，可模拟出样品真实的立体结构。因此，本专利是利用西南科技大学康明教授课题组已经申请专利（专利名称：一种单分散二氧化硅微球的制备方法，专利申请号：201610528622.0）方法，控制合成发光性能、粒径、形貌、表面活性等适合于荧光标记技术的系列稀土掺杂二氧化硅荧光粉作为填料，在此基础上采用密炼、硫化等橡胶复合材料加工技术制备荧光功能硅橡胶复合材料，实现硅橡胶填料网络的荧光标记，然后利用激光扫描共聚焦显微测试技术，对荧光功能硅橡胶复合材料进行逐点、逐行、逐面快速扫描获得连续光学切片，再利用计算机图像处理软件ImageJ进行三维重构，获得硅橡胶填料的三维立体网络结构，从而实现硅橡胶中填料网络的可视化。
技术实现思路
本专利技术提供了一种实现硅橡胶填料网络的荧光标记及其可视化荧光标记技术，具体包括如下两个步骤：（1）硅橡胶填料网络结构的荧光标记利用西南科技大学康明教授课题组已经申请专利（专利名称：一种单分散二氧化硅微球的制备方法，专利申请号：201610528622.0）方法，控制合成发光性能、粒径、形貌、表面活性等适合于荧光标记技术的系列稀土掺杂二氧化硅荧光粉作为填料加工制备荧光功能硅橡胶复合材料：以硅橡胶100份，自制稀土掺杂二氧化硅荧光粉40~70份，过氧化二异丙苯1.0~2.5份，采用密炼机混料，采用平板硫化机在温度为150~170℃、压力为8~12MPa下，硫化时间为7~10分钟，制得具有荧光性能的硅橡胶复合材料薄片，通过控制加工工艺和荧光性能，实现硅橡胶填料网络的荧光标记；（2）硅橡胶填料网络结构的可视化技术利用激光扫描共聚焦显微测试技术，对荧光功能硅橡胶复合材料切片进行逐点、逐行、逐面快速扫描获得连续光学切片，再利用计算机图像处理软件ImageJ对连续光学切片进行三维重构，得到硅橡胶填料的真实三维立体网络结构，实现硅橡胶填料网络结构的可视化。本专利技术的优点：（1）本专利技术利用本课题组自制稀土掺杂二氧化硅荧光粉，在不改变二氧化硅填料补强效果的基础上实现硅橡胶填料网络的荧光标记；（2）本专利技术中利用激光扫描共聚焦显微技术，实现了硅橡胶填料网络的可视化，有利于简便直观真实地观察填料网络结构及其变化过程；（3）本专利技术为开展硅橡胶填料网络的结构变化和力学性能关系的研究，揭示硅橡胶填料网络的形变、破坏和重构等结构演化过程及其对力学性能的作用机理奠定了前期基础。附图说明图1是本专利技术实施例1的硅橡胶中二氧化硅填料网络结构图（A）激光扫描共聚焦显微结构图（B）填料网络结构局部放大图（C）填料网络结构骨架示意图。具体实施方式本专利技术可结合实施例进一步说明实施例1：实验将硅橡胶、自制二氧化硅荧光粉及羟基硅油按质量比100:40:8的比例加入密炼机中进行均匀混炼，混炼温度为105℃，转速为90r/min，时间为15min，再返炼10min，制得混炼胶Ⅰ；将混炼胶Ⅰ在常温下放置7天后与硫化剂过氧化二异丙苯按质量比为100:1.69的比例在密炼机中均匀混合，制得混炼胶Ⅱ，混炼温度为常温，转速为60r/min，时间为15min，将混炼胶Ⅱ在硫化温度为160℃、压力为10MPa、时间为10min的条件下，用平板硫化机压片得到荧光功能硅橡胶复合材料薄片。再采用冷冻切片技术，得到厚度为0.5mm切片，利用激光扫描共聚焦显微镜对样品进行逐点、逐行、逐面快速扫描获得连续光学切片，z轴移动步距为0.3μm，激光光源波长为405nm，再利用计算机图像处理软件ImageJ对连续光学切片进行三维重构，得到二氧化硅填料的真实三维立体网络结构图，如图1所示，填料网络结构清晰，说明实现了硅橡胶填料网络结构的可视化。实施例2：实验将硅橡胶、自制二氧化硅荧光粉及羟基硅油按质量比100:60:8的比例加入密炼机中进行均匀混炼，混炼温度为105℃，转速为90r/min，时间为15min，再返炼10min，制得混炼胶Ⅰ；将混炼胶Ⅰ在常温下放置7天后与硫化剂过氧化二异丙苯按质量比为100:1.49的比例在密炼机中均匀混合，制得混炼胶Ⅱ，混炼温度为常温，转速为60r/min，时间为15min，将混炼胶Ⅱ在硫化温度为160℃、压力为10MPa、时间为10min的条件下，用平板硫化机压片得到荧光功能硅橡胶复合材料薄片。采用冷冻切片技术，得到厚度为0.5mm切片，利用激光扫描共聚焦显微镜对样品进行逐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅橡胶填料网络的荧光标记及其可视化荧光标记技术，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）硅橡胶填料网络的荧光标记利用本课题组已经申请专利方法（专利名称：一种单分散二氧化硅微球的制备方法，专利申请号：201610528622.0），自制合成稀土掺杂二氧化硅荧光粉作为填料，再经过加工制备荧光功能硅橡胶复合材料：利用硅橡胶100份，自制稀土掺杂二氧化硅荧光粉40~70份，过氧化二异丙苯1.0~2.5份，采用密炼机混料，采用平板硫化机在温度为150~170℃、压力为8~12MPa下，硫化时间7~10分钟，制得荧光性能硅橡胶复合材料薄片，通过控制加工工艺和荧光性能，实现硅橡胶填料网络的荧光标记；（2）硅橡胶填料网络结构的可视化技术采用激光扫描共聚焦显微测试技术，对荧光功能硅橡胶复合材料切片进行逐点、逐行、逐面快速扫描获得连续光学切片，利用计算机图像处理软件Image J对连续光学切片进行三维重构，得到硅橡胶填料的真实三维立体网络结构，实现硅橡胶填料网络结构的可视化。

【技术特征摘要】
1.一种硅橡胶填料网络的荧光标记及其可视化荧光标记技术，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）硅橡胶填料网络的荧光标记利用本课题组已经申请专利方法（专利名称：一种单分散二氧化硅微球的制备方法，专利申请号：201610528622.0），自制合成稀土掺杂二氧化硅荧光粉作为填料，再经过加工制备荧光功能硅橡胶复合材料：利用硅橡胶100份，自制稀土掺杂二氧化硅荧光粉40~70份，过氧化二异丙苯1.0~2.5份，采用密炼机混料，采用平板硫化机在温度为150~170℃、压力为8~12MPa下，硫化时间7~10...

【专利技术属性】
技术研发人员：康明，刘敏，牟永仁，陈柯旭，孙蓉，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51