一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料、制件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料、制件及其制备方法，所述硅橡胶泡沫材料至少包括一个基础结构件，每个所述基础结构件包括四个相互叠放的单元层，每个所述单元层包括若干个平行且等距排列的硅橡胶条，相邻两个所述单元层的硅橡胶条互相垂直设置；所述单元层中两个为宽距单元层，且另外两个为窄距单元层，窄距单元层的所述硅橡胶条的排列间距小于宽距单元层的所述硅橡胶条的排列间距，其中，两个所述窄距单元层相邻排列，且两个所述宽距单元层相邻排列。本发明专利技术通过调整窄距单元层和宽距单元层的硅橡胶条排列间距，使硅橡胶泡沫材料具有较长的线弹性区域和较高的弹性模量，可满足多种领域的实际应用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料、制件及其制备方法
本专利技术涉及多孔材料领域，尤其是硅泡沫材料微孔结构设计领域，具体为一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料、制件及其制备方法。
技术介绍
由于硅泡沫材料具有硅橡胶的优良性能，又具有泡沫材料的可压缩特性，因此被广泛的应用到航空航天、电子通讯、交通运输、机械工程等领域，常用作精密零器件和关键部组件的包装、隔震材料。传统的硅泡沫材料主要是通过物理发泡或者化学发泡技术进行制备形成弹性多孔结构材料(如CN106589959A；CN104774473A；CN106589958A；CN106433139A；CN103130454B；CN101199867B)，但是随机发泡材料存在天然的弊端，由于孔隙结构不均匀，造成局部应力集中现象，由此导致了材料的力学性能不能满足严酷的力学使用环境需求，从而影响关键结构件的可靠性。近些年，国内外出现了基于直写式3D打印技术形成的具有有序泡孔结构的硅橡胶泡沫材料(如CN105599311A；CN105818378A；CN106751906A；Adv.Funct.2014，24，4905-4913；Sin.Rep.2016，6，24871)。这种层层堆垛成型的硅泡沫材料其微孔形式有简单四方体(SimpleTetragonal，缩写为ST)型与面心四方体(FaceCenteredTetragonal，缩写为FCT)型两种结构。其中拥有ST型微孔结构的硅泡沫材料在单轴压缩状态下表现出支柱压缩变形，造成初始弹性模量较高，而后应力上升过快，而拥有FCT型微孔结构的硅泡沫材料则表现出支柱弯曲变形特征，造成初始弹模较低，但是应力增长缓慢。为此，需要设计一种新型的混杂结构(HYB)，能够使其微孔结构在单轴压缩状态下表现出支柱弯曲和压缩变形共存的力学特征，使得硅泡沫材料表现出较长的线弹性区域和较高的弹性模量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种具有混杂(HYB)微孔结构形式的硅橡胶泡沫材料、制件及其制备方法，所述硅橡胶泡沫材料具有较长的线弹性区域和较高的弹性模量。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料，至少包括一个基础结构件，每个所述基础结构件包括四个相互叠放的单元层，每个所述单元层包括若干个平行且等距排列的硅橡胶条，相邻两个所述单元层的硅橡胶条互相垂直设置；所述单元层中两个为宽距单元层，且另外两个为窄距单元层，窄距单元层的所述硅橡胶条的排列间距小于宽距单元层的所述硅橡胶条的排列间距，其中，两个所述窄距单元层相邻排列，且两个所述宽距单元层相邻排列。本专利技术所述的具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料是由硅橡胶条相互交错形成的三维空隙结构，且通过调整窄距单元层和宽距单元层的硅橡胶条的排列间距，使硅橡胶泡沫材料同时具有ST型微孔结构支柱压缩特性和FCT型微孔结构的弯曲变形特性，在单轴压缩状态下表现出了支柱弯曲和压缩变形共存的力学特征，使硅橡胶泡沫材料具有较长的线弹性区域和较高的弹性模量，可满足多种领域的实际应用需求。需要说明的是，在单元层内平行且等距排列的硅橡胶条可以是近似平行和近似等距排列，而不要求是绝对的平行且等距排列。优选的，所述窄距单元层的所述硅橡胶条的排列间距为所述宽距单元层的所述硅橡胶条的排列间距的一半，此时微孔结构稳定性较佳，且具有显著的支柱弯曲和压缩变形共存的力学特征。优选的，所述基础结构件的数量为1-10个。当具有多个基础结构件时，每个基础结构件的结构是重复的，按堆叠的方式组合在一起，不仅可以简化生产制造过程，同时也简化了结构，提高了结构稳定性。优选的，每个所述单元层的层间高度为0.001mm-0.4mm；每个所述单元层的硅橡胶条的排列间距为0.005mm-3.0mm；每个所述硅橡胶条的直径为0.01mm-0.5mm。不同于发泡制备而成的泡沫材料，本专利技术所述的混杂微孔结构的所述单元层的层间高度、硅橡胶条的排列间距和硅橡胶条的直径均可根据使用要求进行精确调整，通过参数调整，将对混杂微孔结构的变形特性产生显著影响，从而可得到一系列不同线弹性区域和弹性模量的混杂微孔结构，以满足各个领域的使用要求。优选的，所述硅橡胶条的材料为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶和甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶中的一种或几种。本专利技术还提供了一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料制件，包括采用任一上述的一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料。本专利技术还提供了上述的一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将硅橡胶作为3D打印原料，利用3D打印机器打印出若干个平行且等距排列的硅橡胶条，以形成单元层；重复打印，叠加多个所述单元层，且相邻两个所述单元层的硅橡胶条互相垂直；步骤二：打印完成后，将打印得到的硅橡胶泡沫材料加热固化，从而得到一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料。本专利技术所述的具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫可以通过3D打印方法制备，其每个单元层的硅橡胶条的排列间距具有均匀一致性，不同于发泡剂形成的无规则的孔洞，从而具有更好的泡沫材料性能，满足严酷的力学使用环境需求。优选的，所述硅橡胶在3D打印之前经过预处理，所述预处理为硅橡胶脱泡，去掉硅橡胶内部亚微米级别的气泡，有利于打印得到更精细的条形结构，提高打印精度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：(1)本专利技术所述的具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料是由硅橡胶条相互交错形成的三维空隙结构，且通过调整窄距单元层和宽距单元层的硅橡胶条的排列间距，使硅橡胶泡沫材料同时具有ST型微孔结构支柱压缩特性和FCT型微孔结构的弯曲变形特性，在单轴压缩状态下表现出了支柱弯曲和压缩变形共存的力学特征，使硅橡胶泡沫材料具有较长的线弹性区域和较高的弹性模量，可满足多种领域的实际应用需求。(2)本专利技术所述的具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫可以通过3D打印方法制备，其每个单元层的硅橡胶条的排列间距具有均匀一致性，不同于发泡剂形成的无规则的孔洞，从而具有更好的泡沫材料性能，满足严酷的力学使用环境需求。附图说明：图1为本专利技术所述的简单四方体(ST)型微孔结构的硅泡沫材料的物理结构示意图。图2为图1的侧视图。图3为本专利技术所述的面心四方体(FCT)型微孔结构的硅泡沫材料的物理结构示意图。图4为图3的侧视图。图5为本专利技术所述的具有一个基础结构件的混杂微孔(HYB)结构的硅橡胶泡沫材料的物理结构示意图。图6为图5的侧视图。图7为图5的正视图。图8为本专利技术所述的具有两个基础结构件的混杂微孔(HYB)结构的硅橡胶泡沫材料的物理结构示意图。图9为图8的侧视图。图10为图8的正视图。图11为单轴压缩状态下应变为5％的混杂微孔(HYB)结构的硅橡胶泡沫材料的变形图。图12为单轴压缩状态下应变为20％的混杂微孔(HYB)结构的硅橡胶泡沫材料的变形图。图13为单轴压缩状态下具有相同孔隙的三种不同结构类型的硅橡胶泡沫的应力应变图。图中标记：1-基础结构件，2-单元层，3-硅橡胶条。具体实施方式下面结合试验例及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。现有的层层堆垛成型的硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，至少包括一个基础结构件(1)，每个所述基础结构件(1)包括四个相互叠放的单元层(2)，每个所述单元层(2)包括若干个平行且等距排列的硅橡胶条(3)，相邻两个所述单元层(2)的所述硅橡胶条(3)互相垂直设置；所述单元层(2)中两个为宽距单元层，且另外两个为窄距单元层，窄距单元层的所述硅橡胶条(3)的排列间距小于宽距单元层的所述硅橡胶条(3)的排列间距，其中，两个所述窄距单元层相邻排列，且两个所述宽距单元层相邻排列。

【技术特征摘要】
1.一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，至少包括一个基础结构件(1)，每个所述基础结构件(1)包括四个相互叠放的单元层(2)，每个所述单元层(2)包括若干个平行且等距排列的硅橡胶条(3)，相邻两个所述单元层(2)的所述硅橡胶条(3)互相垂直设置；所述单元层(2)中两个为宽距单元层，且另外两个为窄距单元层，窄距单元层的所述硅橡胶条(3)的排列间距小于宽距单元层的所述硅橡胶条(3)的排列间距，其中，两个所述窄距单元层相邻排列，且两个所述宽距单元层相邻排列。2.根据权利要求1所述的一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，所述窄距单元层的所述硅橡胶条(3)的排列间距为所述宽距单元层的所述硅橡胶条(3)的排列间距的一半。3.根据权利要求1所述的一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，所述基础结构件(1)的数量为1-10个。4.根据权利要求1所述的一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，每个所述单元层(2)的层间高度为0.001mm-0.4mm。5.根据权利要求1所述的一种具有混杂微孔结构的硅橡胶泡沫材料，其特征在于，每个所述单元层(2)的所述硅橡胶条(3)的排列间距为0.005...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅军，朱晓伟，唐昶宇，杨建，何周坤，
申请(专利权)人：中物院成都科学技术发展中心，
类型：发明
国别省市：四川,51