一种交联扩展互穿网络结构的环氧树脂-硅橡胶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种交联扩展环氧树脂‑硅橡胶复合材料，所述交联扩展环氧树脂‑硅橡胶复合材料是由包括下述重量份数的原料制备而成：硅橡胶100份，环氧树脂8～12份，含乙烯基的添加剂0.5～5份，含氢硅油10～25份，固化剂5.0～6.0份。本发明专利技术制备的环氧‑硅橡胶改性材料，为互穿聚合物网络结构，特别是在添加接枝改性环氧的树脂体系中引入交联扩展剂，材料耐热性能改善，力学性能显著提高，强度、韧性和粘接性能同时大幅提升，并且互穿聚合物网络结构稳定，体系能够长期保持均相状态，不会发生分层等现象，性能非常优良，可以应用于航空航天、电子信息、机械装备等领域的耐高温涂层、粘合剂、灌封胶、橡胶以及柔性耐烧蚀材料基体等，极大地拓宽了硅橡胶材料的应用领域。

A kind of epoxy silicone rubber composite with cross-linked extended interpenetrating network structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种交联扩展互穿网络结构的环氧树脂-硅橡胶复合材料及其制备方法
本专利技术属于高分子复合材料领域，具体涉及一种交联扩展互穿网络结构的环氧树脂-硅橡胶复合材料及其制备方法。
技术介绍
硅橡胶是以Si-O无机结构为主链，Si原子上连接甲基、乙基、苯基等有机基团的一种半无机高聚物。由于结构及组成的特殊性，硅橡胶材料集无机物与有机物的特性及功能于一身，具有许多其他材料所不能同时具备的优异性能，如卓越的耐高低温性，优异的耐油、耐溶剂、耐紫外、耐辐射性能，良好的耐老化性，优良的电绝缘性和化学稳定性以及生理惰性等优点，目前已被广泛应用于航空、航天、外加剂、电磁屏蔽、膜材料、电子电气、医学、日用品等领域。然而，由于硅橡胶基体缺少极性基团，分子间作用力低，内聚强度低，在外力作用下容易发生变形破坏，导致其拉伸强度低，断裂伸长率低，粘接性能不佳，耐热性能也较差，极大地限制了其应用。对硅橡胶进行改性以提高其强度、韧性等性能，成为研究的热点。现有技术中，硅橡胶常用的改性方法有填料增强改性、基体表面改性、加入第三组分粘接促进剂以及基体化学改性等。填料改性是向硅橡胶基体中加入二氧化硅，碳纤维等填料，但是填料的引入会使得基体的粘度增加十分明显，不利于实际施工使用，同时填料粒子会发生一定程度的聚集，还会导致材料的强度下降；基体表面改性如等离子处理表面，臭氧化处理，表面刻蚀等，这虽然可以改善硅橡胶的表面性状，提高其粘接性能，但是表面改性只能改善硅橡胶基体表面的性状，不能改善硅橡胶基体的性能，如拉伸强度，断裂伸长率等，并且表面改性存在不稳定的问题；另外加入粘接促进剂能够提升材料的粘接性能，但会存在混合体系不稳定，小分子材料析出等问题。基体化学改性是通过分子结构设计，利用接枝，嵌段等化学方式来改性硅橡胶材料，具有良好的稳定性，能显著提升材料的综合性能。环氧树脂作为一种优良的高强度热固性树脂，其分子上带有活性基团，能与胺类、酸酐类、聚酰胺类物质交联固化，形成高度交联的空间三维网状结构，其带有的刚性和极性基团能够有效的提升硅橡胶的内聚强度，同步提高其粘接性能。粘接强度的提升显著改善复合材料的界面粘接性能，增加了与功能填料、增强纤维的界面结合，这有利于制备更高性能的复合材料。因此，用环氧树脂改性硅橡胶是近年来发展起来的一种提高硅橡胶力学性能和界面粘接性能的有效方法。郭飞鸽，“环氧E-51改性S-1硅橡胶涂层的制备与性能”，宇航材料工艺，2014-06-15公开了一种环氧改性硅橡胶的方法，具体是利用利用双酚A环氧树脂改性S-1硅橡胶，相比未经改性的硅橡胶，改性后的硅橡胶的拉伸强度、断裂伸长率均有提升，其中，拉伸强度最高可提高49.4％，断裂伸长率最高可以提高23.1％。进一步的实验表明，环氧改性硅橡胶可以作为固体火箭发动机外防热涂层的基体材料。但是其拉伸强度、断裂伸长率提高幅度有限，无法满足某些应用需求。如申请号为201810897419.X、专利技术名称为“一种新型环氧改性耐热液体硅橡胶的用途”的专利申请所记载，本专利技术人采用环氧接枝改性硅橡胶，有效提高了硅橡胶的强度、韧性、粘接性能，其中，拉伸强度高达0.83MPa，较纯样提高了162％；剪切强度0.81MPa，较纯样提高了160％；断裂伸长率达到268％，较纯样提高约2倍。拉伸强度，剪切强度等性能提升幅度仍然有待进一步提高。更进一步地，由于环氧树脂本身的耐热性能较差，将其加入硅橡胶体系后会降低硅橡胶的耐热性能，前述申请的改性方式有效维持了硅橡胶的耐高温性能，但是未使其明显提升，如果能进一步提升环氧接枝改性硅橡胶的耐热抗烧蚀性能，将在航空航天、电子机械等对耐热有要求的领域具有广阔应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种力学性能和热稳定性优异的交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料。本专利技术提供了一种交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料，所述交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料是由包括下述重量份数的原料制备而成：硅橡胶100份，环氧树脂8～12份，含乙烯基的添加剂0.5～5份，含氢硅油10～25份，固化剂5.0～6.0份。进一步地，所述原料还包括橡胶添加剂5～6份，所述橡胶添加剂包括催化剂、促进剂和抑制剂，其中催化剂为铂催化剂，促进剂为DMP-30，抑制剂为炔醇类延迟剂。进一步地，所述含乙烯基的添加剂为含多乙烯基官能团结构的交联扩展剂，优选为含多乙烯基官能团结构的环硅氧烷，进一步优选为四甲基四乙烯基环四硅氧烷；所述固化剂为酸酐类固化剂，优选为带有环状结构的酸酐类固化剂，进一步优选为甲基纳迪克酸酐；所述环氧树脂是以原料环氧树脂、有机硅中间体、催化剂为原料，反应制得的环氧树脂预聚物；所述原料环氧树脂选自E51、E54、E44、E42、E35或E31；所述含氢硅油为甲基含氢硅油。进一步地，所述原料环氧树脂为E44；所述有机硅中间体为二甲基有机硅中间体、甲基苯基有机硅中间体PMPS或二苯基有机硅中间体，优选为PMPS；所述催化剂为TPT；所述反应条件为：在氮气氛围下，于80～120℃下反应5～10小时；优选地，所述原料环氧树脂与有机硅中间体的摩尔比为1：1，所述催化剂加入量为原料环氧树脂与有机硅中间体总质量的0.5％。进一步地，它是由下述重量份数的原料制备而成：硅橡胶100份，环氧树脂8～12份，四甲基四乙烯基环四硅氧烷1～3份，含氢硅油11.55～23.48份，催化剂0.1～0.3份，固化剂5.3～5.5份，促进剂0.05～0.15份，抑制剂0.04～0.06份。进一步地，它是由下述重量份数的原料制备而成：硅橡胶100份，环氧树脂10份，四甲基四乙烯基环四硅氧烷1～3份，含氢硅油15.53～23.48份，催化剂0.2份，固化剂5.4份，促进剂0.1份，抑制剂0.05份。进一步地，所述四甲基四乙烯基环四硅氧烷为2～3份，含氢硅油为19.51～23.48份。进一步地，所述复合材料为互穿聚合物网络结构。本专利技术还提供了一种制备上述交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：(1)按重量份数称取硅橡胶和环氧树脂，加热搅拌，冷却后，得混合胶料；(2)向步骤(1)所得混合胶料中加入剩余的原料，于真空条件下除去气泡，固化，即得。进一步地，步骤(1)中，所述加热温度为70～150℃；步骤(2)中，所述固化条件为：先在80～100℃下固化2小时，再在110～130℃下固化2小时，再在130～150℃下固化2小时，再在170～190℃下固化1小时；优选地，步骤(1)中，所述加热温度为100℃；步骤(2)中，所述固化条件为：先在90℃下固化2小时，再在120℃下固化2小时，再在140℃下固化2小时，再在180℃下固化1小时。实验结果表明，本专利技术制备的环氧-硅橡胶改性材料，在800℃下的热残重为63.35％，相比纯样提高了57.8％，且拉伸强度高达1.25Mpa，较纯样提高了290％，剪切强度高达1.18MPa，相比纯样品提高了392％，断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料，其特征在于：所述交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料是由包括下述重量份数的原料制备而成：/n硅橡胶100份，环氧树脂8～12份，含乙烯基的添加剂0.5～5份，含氢硅油10～25份，固化剂5.0～6.0份。/n

【技术特征摘要】
1.一种交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料，其特征在于：所述交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料是由包括下述重量份数的原料制备而成：
硅橡胶100份，环氧树脂8～12份，含乙烯基的添加剂0.5～5份，含氢硅油10～25份，固化剂5.0～6.0份。


2.根据权利要求1所述的交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料，其特征在于：所述原料还包括橡胶添加剂5～6份，所述橡胶添加剂包括催化剂、促进剂和抑制剂，其中催化剂为铂催化剂，促进剂为DMP-30，抑制剂为炔醇类延迟剂。


3.根据权利要求1或2所述的交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料，其特征在于：所述含乙烯基的添加剂为含多乙烯基官能团结构的交联扩展剂，优选为含多乙烯基官能团结构的环硅氧烷，进一步优选为四甲基四乙烯基环四硅氧烷；所述固化剂为酸酐类固化剂，优选为具有环状结构的酸酐类固化剂，进一步优选为甲基纳迪克酸酐；
所述环氧树脂是以原料环氧树脂、有机硅中间体、催化剂为原料，反应制得的环氧树脂预聚物；所述原料环氧树脂选自E51、E54、E44、E42、E35或E31；
所述含氢硅油为甲基含氢硅油。


4.根据权利要求3所述的交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料，其特征在于：所述原料环氧树脂为E44；所述有机硅中间体为二甲基有机硅中间体、甲基苯基有机硅中间体或二苯基有机硅中间体，优选为PMPS；所述催化剂为TPT；
所述反应条件为：在氮气氛围下，于80～120℃下反应5～10小时；
优选地，所述原料环氧树脂与有机硅中间体的摩尔比为1：1，所述催化剂加入量为原料环氧树脂与有机硅中间体总质量的0.5％。


5.根据权利要求1-4任一项所述的交联扩展环氧树脂-硅橡胶复合材料，其特征在于：它是由下述重量份数的原料制备而成：硅橡胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹华维，汪远，梁梅，陈洋，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51