[发明专利]具有梯度泡孔结构的橡胶泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明提供了具有梯度泡孔结构的橡胶泡沫材料，该橡胶泡沫材料以橡胶作为基体材料，基体材料中的泡孔结构的孔径沿着基体材料的厚度方向，从一侧向另一侧呈连续的梯度变化或者从两侧向中间呈连续的梯度变化。本发明还提供了该橡胶泡沫材料的制备方法，包括制备混炼胶、制备预硫化程度沿厚度方向梯度变化的坯体、发泡和后硫化步骤。本发明丰富了橡胶泡沫材料的种类，也为梯度聚合物发泡材料的制备提供新的思路。

技术领域

本发明属于橡胶泡沫材料领域，涉及一种具有梯度泡孔结构的橡胶泡沫材料及其制备方法。

背景技术

功能梯度材料(Functionally Graded Materials，简称FGM)是指组分或(和)结构沿材料的某一空间位置(一维、二维、三维)呈现连续的梯度变化，从而使材料的物性参数及材料的功能也呈连续梯度变化的一类新型材料。在自然界中，梯度变化结构大量存在，如骨头、竹子、木材等。骨头内部泡孔疏松而外部结构致密的结构赋予其强度大、质量轻的特点。因为梯度材料能更好地适应不同环境以满足某些特殊的需要，所以梯度功能材料的概念一经提出就受到广泛重视，并成为近年来材料领域研究的一个热点。

梯度多孔材料是功能梯度材料的重要组成部分，材料中泡孔直径和泡孔密度呈现梯度变化，且该变化贯穿于整个多孔材料中。相比于泡孔尺寸均一的多孔材料，泡孔尺寸梯度分布的发泡材料具有空间上的不对称结构赋予的优越性能，广泛应用于生物医学、电子学、声学、航天航空等领域。

橡胶泡沫材料是一种以橡胶为基体，引入大量泡孔后形成的一种多孔材料，其集橡胶材料和泡沫材料的特性于一体，不但具有橡胶的特性，而且具有质轻、隔音隔热性能好、缓冲性能好等泡沫材料的优点，可用作密封、减震、绝缘、绝热保温等高性能材料，广泛应用于生物医学、交通运输、电子工业、声学和航空航天等领域。与热塑性梯度泡孔材料相比，具有梯度泡孔结构的橡胶泡沫材料由于具有结构和基体材料的特殊性，其在压缩性能、缓冲性能、吸音性能和强度等方面呈现不同的特性。具有梯度泡孔结构的橡胶泡沫材料在生物医学、交通运输、电子学、声学以及航空航天等领域具有潜在的应用前景，但目前尚无具有梯度泡孔结构的橡胶泡沫材料及其制备方法的公开。

近些年，对于聚合物体系的梯度发泡材料的制备，通常采用叠层的方法，制备出具有叠层结构的聚合物基梯度泡沫材料，以实现低孔隙率向高孔隙率的过渡，通常做法是将不同添加剂含量或不同组分比例的材料叠层热压制备复合材料，再结合发泡技术进行发泡，制备出具有梯度泡孔结构的聚合物泡沫材料。该方法虽然实现了材料孔隙率和泡孔孔径的梯度变化，但制得的多孔聚合物材料的孔径呈“阶梯”式分布，即每一层聚合物中的泡孔孔径大致相同，层与层之间的孔径存在较大幅度的突变，使用时多孔聚合物的层与层结合处容易因应力集中而破坏。此外，这种叠层型泡孔梯度材料在粘接界面存在致密粘结层，使得孔隙率的连续性变化遭到破坏。

CN 102424706 A公开了聚甲基丙烯酸甲酯梯度泡孔材料的制备方法，将装有聚甲基丙烯酸甲酯的单向开口模具放入高压釜中，控制高压二氧化碳在基体中定向吸附形成浓度梯度，采用快速卸压法得到具有梯度泡孔的材料。该方法需严格控制二氧化碳在基体中的扩散，可控性不强。CN 106336522 A公开了一种多层梯度多孔聚丙烯珠粒制备方法，将三种或三种以上熔点不同的聚丙烯原料和气泡成核剂经挤出机混炼、多层共挤出、拉丝、切粒，结合超临界流体发泡技术，得到内部孔径呈梯度变化的多孔聚丙烯珠粒。该方法须添加不同的气泡成核剂来调节每层聚丙烯原料的泡孔直径，气泡成核剂在基体中的分散对泡孔结构有很大影响且较难控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有梯度泡孔结构的橡胶泡沫材料及其制备方法，以丰富橡胶泡沫材料的种类，同时为梯度聚合物发泡材料的制备提供新的思路。

本发明提供的具有梯度泡孔结构的橡胶泡沫材料，该橡胶泡沫材料以橡胶作为基体材料，基体材料中的泡孔结构的孔径沿着基体材料的厚度方向，从一侧向另一侧呈连续的梯度变化或者从两侧向中间呈连续的梯度变化。