CN101503532B

CN101503532B - 具有良好导电性能的阻尼橡胶复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101503532B
Application number: CN2009100249121A
Authority: CN
Inventors: 赵浩峰; 王玲
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: CN101503532A

Abstract

本发明提供一种具有良好导电性能的阻尼橡胶复合材料及其制备方法，该橡胶复合材料的阻尼性好，同时降低了橡胶制品的重量。该阻尼橡胶复合材料在橡胶基体中均匀分布着涂覆有聚苯胺层的复合镁合金粒，复合镁合金粒在复合材料中的体积百分比为30-60％；复合镁合金粒的尺寸为2-5mm，复合镁合金粒由有机外层和金属内核构成，有机外层为聚苯胺，有机外层的厚为2-10μm，复合镁合金粒的内核为镁合金，镁合金成分的质量百分含量为：5～10％Al，0.5～3％Zn，0.05～0.25％Fe，其余为Mg。其中的橡胶基体可以为丁苯橡胶基体或丁基橡胶基体。

Description

具有良好导电性能的阻尼橡胶复合材料及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种含有机/镁粒的橡胶基复合材料及其制备方法，具体涉及一种具有高导电的轻型阻尼橡胶复合材料，属于复合材料技术领域。

二、背景技术

为了有效提高橡胶材料屏蔽外磁场等的干扰，使橡胶材料具有一定的功能性，如：阻尼性，人们分别提出了一些导电橡胶和阻尼橡胶。

200410074318.0号专利申请提出一种高导电橡胶，该高导电橡胶的成分及其配料重量比为：双组份硅胶100重量份，导电材料200～600重量份；双组份硅胶为含有铂化物催化剂和硅烷化合物交联剂的硅胶，该导电材料为镀银玻璃粉200～350重量份，或镀银镍粉300～500重量份，或镀银铜粉350～600重量份，或镀银铝粉250～450重量份，或银粉250～450重量份。该专利申请的特点是导电性好，但需要大量的贵金属银，并且导电金属材料选用比重较大的铅粉、铁粉、镍粉、铜粉等，大大增加了材料的重量。

200610116547.3专利申请公开了一种导电橡胶，包括重量为100份氯丁橡胶或氯磺化聚乙烯橡胶或其混合物、5～10份金属氧化物活性剂、1～2份促进剂、1～2份防焦剂、3～6份防老剂、50～100份导电填料。该专利申请的特点是材料成本低，但石墨影响橡胶的颜色，导电性也有局限性，导电石墨与基体的良好接触需要石墨有良好的前处理。

200710010824.7号专利申请提出聚苯胺/顺丁橡胶导电复合膜的制备方法，涉及一种改善聚苯胺加工性的方法，该方法选用顺丁橡胶作为基体材料，甲苯为溶剂，过氧化二苯甲酰为交联剂，十二烷基苯磺酸为共混时的分散剂，采用溶液共混浇铸法，制备成一次掺杂聚苯胺/顺丁橡胶导电复合膜，并且选用间甲酚作为二次掺杂剂对复合膜进行二次掺杂。该申请的聚苯胺/顺丁橡胶导电复合膜能够克服聚苯胺由于链刚性而带来的在加工方面的困难。所得制品的进一步加工性能好，且有一定的导电率，不仅不会使聚苯胺的导电率下降，且由于对制品进行了二次掺杂，反而能提高其导电率。该发明的特点是采用有机聚苯胺赋予橡胶导电性，但是材料中主要导电原料为聚苯胺，要使橡胶赋予导电性，必须使用相当数量的聚苯胺原料，橡胶的阻尼性未能得到提高。

三、发明内容

解决问题：

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种具有良好导电性的阻尼橡胶复合材料，该橡胶材料的阻尼性好，同时降低了橡胶制品的重量。

本发明的另一目的是提供上述阻尼橡胶复合材料的制备方法，该方法工艺设计合理，适于工业化生产。

技术方案：

一种具有良好导电性能的阻尼橡胶复合材料，在橡胶基体中均匀分布着涂覆有聚苯胺层的复合镁合金粒，复合镁合金粒在复合材料中的体积百分比为30-60％；复合镁合金粒的尺寸为2-5mm，复合镁合金粒由有机外层和金属内核构成，有机外层为聚苯胺，有机外层厚为2-10μm，复合镁合金粒的内核为镁合金，镁合金成分的质量百分含量为：5～10％Al，0.5～3％Zn，0.05～0.25％Fe，其余为Mg。其中的橡胶基体可以为丁苯橡胶基体或丁基橡胶基体。

一种阻尼橡胶复合材料的制备方法，其制备步骤为：

a、按照质量百分含量为5～10％Al、0.5～3％Zn、0.05～0.25％Fe、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、纯Mg锭、纯Fe片、纯Zn锭在SF₆保护气氛中一起加热熔化；当温度升至710～725℃时，保温10～15分钟后冷却得到镁合金；通过切削加工方法将镁合金加工成尺寸为1～5mm的镁合金粒；

b、然后将聚苯胺粉末混入羟基丙烯酸树脂中，聚苯胺粉末占羟基丙烯酸树脂的质量份为55％～66％，加入占羟基丙烯酸树脂质量1.5％～2.5％的混合稀释剂，稀释剂中乙酸丁酯与二甲苯体积比为2∶8～3∶7，快速搅拌10～15min后即得到分散均匀的聚苯胺-丙烯酸涂料；

c、然后将依次经过碱洗、酸洗后的干燥的镁合金粒浸入聚苯胺-丙烯酸涂料1～3min后捞出，在110～130℃干燥得到复合镁合金粒；

d、首先在125～140℃条件下对橡胶进行塑炼4～6min，然后加入复合镁合金粒，复合镁合金粒与橡胶的体积比为3∶7～6∶4，混炼8～12min后，在复合镁合金粒与橡胶形成的复合体中加入占橡胶质量1～2％的硫磺，在25～35℃条件下混炼8～12min，接着在145～155℃硫化得到阻尼橡胶复合材料。其中所用的橡胶为丁苯橡胶基体或丁基橡胶基体。

本发明的有益效果：

本发明的具有良好导电性能的阻尼橡胶复合材料，不仅使用普通天阻尼材料添加剂镁合金、普通导电塑料作为导电添加剂，而且避开了使用贵重的材料和密度高的材料，因此生产成本低。该材料较高的阻尼性能来自镁合金本身和由合金颗粒形成的大量界面，镁合金本身具有良好的阻尼功能，但在本发明中，由于在镁合金加入相当的铁元素，形成的含铁化合物大大提高了合金的阻尼性。该材料的电阻率小、导电率高、屏蔽效果好；该材料较高的导电性能来自镁合金表面的导电涂层和镁合金，因为聚苯胺有类似金属的导电特性，而且镁合金是金属，也具有相当导电率。该复合材料选用了金属镁合金作为阻尼和导电的填料，大大降低了橡胶制品的重量。使材料具有成本低、性能高、重量轻和多功能的优点。

四、附图说明

图1为本发明轻型橡胶复合材料的电镜组织。

图中白亮处为覆有聚苯胺的镁合金颗粒，镁合金颗粒处于黑色的橡胶基体中。

五、具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步的描述。

实施例一：

本发明阻尼橡胶复合材料的制备方法，其制备步骤为：

1、按照质量百分含量为10％Al、3％Zn、0.05％Fe、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、纯Mg锭、纯Fe片、纯Zn锭在SF₆保护气氛中一起加热熔化；当温度升至710～725℃时，保温10～15分钟后冷却得到镁合金；通过切削加工方法将镁合金加工成尺寸为2～5m的镁合金粒；

2、然后将聚苯胺粉末混入羟基丙烯酸树脂中，聚苯胺粉末占羟基丙烯酸树脂的质量份为60％，加入占羟基丙烯酸树脂质量2％的混合稀释剂，稀释剂中乙酸丁酯与二甲苯体积比为2.5∶7.5，以800～1200r/min的速度快速搅拌15min，即得到分散均匀的聚苯胺-丙烯酸涂料；

3、然后将镁合金粒依次经碱洗、酸洗表面，干燥后将镁合金颗粒浸入聚苯胺-丙烯酸涂料2min后捞出，在120℃干燥得到复合镁合金粒；其中碱洗的洗液成分为25g/L的NaOH溶液，处理温度为60℃，处理时间1min左右；酸洗的洗液为15g/L的磷酸二氢铵NH₄H₂PO₄溶液，处理温度为常温，处理时间1min左右。

4、首先在125℃条件下对丁基橡胶进行塑炼4min，然后加入复合镁合金粒，复合镁合金粒与丁基橡胶的体积比为6∶4，混炼8min后，在复合镁合金粒与丁基橡胶形成的复合体中加入占丁基橡胶质量2％的硫磺，在30℃条件下混炼8min，接着在150℃硫化得到阻尼橡胶复合材料。

实施例二：

本发明阻尼橡胶复合材料的制备方法，其制备步骤为：

1、按照质量百分含量为5％Al、0.5％Zn、0.25％Fe、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、纯Mg锭、纯Fe片、纯Zn锭在SF₆保护气氛中一起加热熔化；当温度升至710～725℃时，保温10～15分钟后冷却得到镁合金；通过切削加工方法将镁合金加工成尺寸为2～5mm的镁合金粒；

2、然后将聚苯胺粉末混入羟基丙烯酸树脂中，聚苯胺粉末占羟基羟基丙烯酸树脂的质量份为30％，加入占羟基丙烯酸树脂质量2％的混合稀释剂，稀释剂中乙酸丁酯与二甲苯体积比为2.5∶7.5，以800～1200r/min的速度快速搅拌15min后即得到分散均匀的聚苯胺-丙烯酸涂料；

3、然后将镁合金粒依次用碱洗、酸清洗表面，干燥后将镁合金颗粒浸入聚苯胺-丙烯酸涂料3min后捞出，在125℃干燥得到复合镁合金粒；(碱洗、酸洗方法同实施例一)

4、首先在135℃条件下对顺丁橡胶进行塑炼4min，然后加入复合镁合金粒，复合镁合金粒与丁苯橡胶的体积比为3∶7，混炼8min后，在复合镁合金粒与丁苯橡胶形成的复合体中加入占丁苯橡胶质量2％的硫磺，在30℃条件下混炼8min，接着在150℃硫化得到阻尼橡胶复合材料。

实施例三：

1、按照质量百分含量为7％Al、2.5％Zn、0.15％Fe、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、纯Mg锭、纯Fe片、纯Zn锭在SF₆保护气氛中一起加热熔化；当温度升至710～725℃时，保温10～15分钟后冷却得到镁合金；通过切削加工方法将镁合金加工成尺寸为2～5mm的镁合金粒；

2、然后将聚苯胺粉末混入羟基丙烯酸树脂中，聚苯胺粉末占羟基羟基丙烯酸树脂的质量份为55％～66％，加入占羟基丙烯酸树脂质量1.5％～2.5％的混合稀释剂，稀释剂中乙酸丁酯与二甲苯体积比为2.5∶7.5，以800～1200r/min的速度快速搅拌12min后即得到分散均匀的聚苯胺-丙烯酸涂料；

3、然后将镁合金粒依次用碱洗、酸洗表面，干燥后将镁合金颗粒浸入聚苯胺-丙烯酸涂料2min后捞出，在120℃干燥得到复合镁合金粒；(碱洗、酸洗方法同实施例一)

4、首先在130℃条件下对丁基橡胶进行塑炼6min，然后加入复合镁合金粒，复合镁合金粒与丁基橡胶的体积比为4.5∶5.5，混炼12min后，在复合镁合金粒与丁基橡胶形成的复合体中加入占丁基橡胶质量1.5％的硫磺，在30℃条件下混炼10min，接着在150℃硫化得到阻尼橡胶复合材料。

实施例四：该实施例中的质量百分含量的取值范围，表示原料的可以该含量范围内任取质量，该实施例可以形成多种组合关系。

本发明阻尼橡胶复合材料的制备方法，其制备步骤为：

1、按照质量百分含量为5～10％Al、0.5～3％Zn、0.05～0.25％Fe、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、纯Mg锭、纯Fe片、纯Zn锭在SF₆保护气氛中一起加热熔化；当温度升至710～725℃时，保温10～15分钟后冷却得到镁合金；通过切削加工方法将镁合金加工成尺寸为1～5mm的镁合金粒；

2、然后将聚苯胺粉末混入羟基丙烯酸树脂中，聚苯胺粉末占羟基羟基丙烯酸树脂的质量份为55％～66％，加入占羟基丙烯酸树脂质量1.5％～2.5％的混合稀释剂，稀释剂中乙酸丁酯与二甲苯体积比为2∶8～3∶7，以800～1200r/min的速度快速搅拌10～15min后即得到分散均匀的聚苯胺-丙烯酸涂料；

3、然后将镁合金粒依次用碱洗、酸洗表面，干燥后将镁合金颗粒浸入聚苯胺-丙烯酸涂料1～3min后捞出，在110～130℃干燥得到复合镁合金粒；其中碱洗的洗液成分为25g/L的NaOH溶液，处理温度为60℃，处理时间1min左右；酸洗的洗液为15g/L的磷酸二氢铵NH₄H₂PO₄溶液，处理温度为常温，处理时间1min左右。

4、首先在130～135℃条件下对丁苯橡胶进行塑炼4～6min，然后加入复合镁合金粒，复合镁合金粒与丁苯橡胶的体积比为3∶7～6∶4，混炼8～12min后，在复合镁合金粒与丁苯橡胶胶形成的复合体中加入占丁苯橡胶质量1～2％的硫磺，在25～35℃条件下混炼8～12min，接着在145～155℃硫化得到阻尼橡胶复合材料。

实验数据：

下表为不同成份的镁合金颗粒组成的橡胶复合材料指标参数，其中对比材料1、2为现有技术的产品，产品1-产品4为采用本发明技术所得到的具有良好导电性的阻尼橡胶复合材料。

由上表可见，本发明的产品镁合金中Al、Fe、Zn元素提高，利于材料的阻尼性和导电性提高，如上表中产品1、2、3、4的阻尼性都好于对比材料1、2。这是因为镁合金内部有Al、Fe、Zn和镁元素形成适量的化合物，利于阻尼性提高。同时Al、Fe、Zn等的导电性也好，利于导电性提高。因此低于本发明的合金成分范围，无论合金的阻尼性还是导电性都难以提高。但是超出了发明的合金成分范围，合金中的化合物尺寸变大，导致界面减少，数量增多，化合物的导电性差，无论合金的阻尼性还是导电性都降低。

本发明的产品中复合颗粒的数量增加，也利于材料的阻尼性提高，如产品3的阻尼性优于产品1、2、4。这是由于复合粒和橡胶的界面增多；同样复合颗粒的数量增加，导电体数量增多也利于材料的导电性提高。但是如果复合颗粒含量超出了本发明的含量范围，复合颗粒数量多导致橡胶难以均匀包覆在颗粒表面，形成了复合材料大量缺陷，不仅导致材料的力学性能降低，也会使材料的导电性能下降。

Claims

1.一种具有良好导电性能的阻尼橡胶复合材料，其特征是：在橡胶基体中均匀分布着涂覆有聚苯胺层的复合镁合金粒，复合镁合金粒占复合材料中的体积百分比为30-60％；复合镁合金粒的尺寸为2-5mm，复合镁合金粒由有机外层和金属内核构成，有机外层为聚苯胺，有机外层厚为2-10μm，复合镁合金粒的内核为镁合金，镁合金成分的质量百分含量为：5～10％Al，0.5～3％Zn，0.05～0.25％Fe，其余为Mg。

2.根据权利要求1所述的阻尼橡胶复合材料，其特征是：所述橡胶基体为丁苯橡胶基体或丁基橡胶基体。

3.一种阻尼橡胶复合材料的制备方法，其特征是：其制备步骤如下：

a、按照质量百分含量为5～10％A1、0.5～3％Zn、0.05～0.25％Fe、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、纯Mg锭、纯Fe片、纯Zn锭在SF₆保护气氛中一起加热熔化；当温度升至710～725℃时，保温10～15分钟后冷却得到镁合金；通过切削加工方法将镁合金加工成尺寸为1～5mm的镁合金粒；

d、首先在85～95℃条件下对橡胶进行塑炼4～6min，然后加入复合镁合金粒，复合镁合金粒与橡胶的体积比为3∶7～6∶4，混炼8～12min后，在复合镁合金粒与橡胶形成的复合体中加入占橡胶质量1～2％的硫磺，在25～35℃条件下混炼8～12min，接着在145～155℃硫化得到阻尼橡胶复合材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：所述橡胶为丁苯橡胶或丁基橡胶。