CN102875909B

CN102875909B - 通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法

Info

Publication number: CN102875909B
Application number: CN201210416232.6A
Authority: CN
Inventors: 严密; 魏迪永; 赵宇航; 包大新
Original assignee: Zhejiang University ZJU; Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Current assignee: Zhejiang University ZJU; Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: CN102875909A

Abstract

本发明公开了一种通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法。它的步骤如下：1）在混炼设备上对100质量份橡胶进行塑炼，再依次添加1～50质量份补强剂、20～120质量份钕铁硼磁粉、0.1～5质量份硫磺、0.1～5质量份氧化锌、0.1～5质量份硬脂酸，混炼5～20分钟，得到混合物；2）将混合物放置在模具中，再对模具施加5～50Pa的压力，在120～200℃下保温5～30分钟进行硫化，得到硫化胶；3）将硫化胶放置在0.5～5T磁场下进行充磁1～60秒，得到高阻尼钕铁硼磁性橡胶。本发明采用添加钕铁硼磁粉技术获得的橡胶，其阻尼性能可以在较宽频率范围和较宽的温域内最高可提高25%以上。

Description

通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法

技术领域

本发明涉及一种通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法。

技术背景

随着现代科技和现代工业的快速发展，机械设备趋于高速化和自动化，因此就不可避免的产生振动、噪音，疲劳断裂等一系列问题，从而影响机械的加工精度和产品质量，加速机械结构的疲劳损坏，缩短机械的使用寿命，污染环境，危害人们的身体健康。因此，减振降噪，改善人机工作环境是一个亟待解决的问题。橡胶材料以其高阻尼、低密度等特点，在减振降噪中发挥着重要作用。

橡胶材料的阻尼行为是材料受外力作用时，大分子链段产生相对运动，将机械能转化为热能的过程，属于机械阻尼。橡胶大分子链段运动是一个与温度有关的松弛过程，橡胶随着温度的升高呈现玻璃态、玻璃化转变和高弹态。当橡胶处于玻璃态时大分子链段被冻结，机械能不能转化为热能散逸，只能作为位能储存，橡胶的阻尼系数(tanδ)很小，减震效果差；处于高弹态时大分子链段运动变得容易，松弛时间相对较短，不能储存足够的机械能；当橡胶处于两态之间的转变时，即玻璃化温度(Tg)附近，大分子链段既能运动又不充分运动，故滞后现象严重，出现（tanδ）_max，使得材料在这一区域内能够吸收大量的振动能量，从而具有较好的减震效果。

不同的橡胶具有不同的玻璃化转变温度和（tanδ）_max。常用的阻尼橡胶根据阻尼性能可以分为三等，一等为丁基橡胶、丁腈橡胶，二等为丁苯橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶，三等为天然橡胶、顺丁橡胶。此外，每种橡胶还具有各自的特性。如丁基橡胶具有良好的耐老化性和耐高温性，耐油性差；丁腈橡胶耐油、耐油性能优异，耐寒及耐臭氧性较差；丁苯橡胶耐磨性能优异，弹性低、力学性能差；硅橡胶耐高温和耐低温性能优异，耐油性差，价格昂贵；天然橡胶综合性能优异、价格低廉，耐老化性差。

单种橡胶的玻璃化转变温域较窄，tanδ随温度变化的曲线的峰较窄，橡胶的阻尼性能只在较窄的一段温度区间内较为优异。提高橡胶阻尼性能的主要方法是共聚物共混。将橡胶与另一种玻璃化转变温度不同的聚合物进行共混，可以显著增加tanδ-T曲线峰的宽度，但（tanδ）_max值下降。常用的聚合物可以是橡胶、塑料或者纤维。两种或多种橡胶材料共混可以结合各种橡胶的特性，同时增加了有效阻尼的温域范围，但是（tanδ）_max降低。当橡胶与塑料、纤维共混时，工艺复杂，成本较高。

将永磁磁粉与橡胶材料进行复合，可显著提高阻尼性能。在橡胶中添加一定尺寸的永磁磁粉，混炼均匀并硫化后进行取向充磁，制备出具有一定磁化强度的磁性橡胶复合材料，其有效阻尼温域增加，（tanδ）_max显著提高。磁性橡胶的阻尼行为同时具有机械阻尼和磁阻尼。当橡胶形变时，橡胶分子之间相互摩擦使机械能转化为内能，同时由于形变导致的总磁化强度发生变化，材料内部将产生宏观涡流，从而使部分机械能转化为内能。磁阻尼的量完全由磁粉量提供。磁粉的添加会导致橡胶相对密度的减小，从而降低机械阻尼。只有当磁粉添加量在一个合适的范围时，磁阻尼与机械阻尼的有效叠加提高阻尼性能。

钕铁硼作为第三代稀土永磁材料，以其高磁能积、高性能价格比等优异特性，现已广泛应用于航空航天、电子通讯、机电、计算技术、自动化技术、磁医疗技术等领域。钕铁硼主要由稀土元素Nd、Fe和B组成，磁体内主要含有提供磁性能的主相Nd₂Fe₁₄B、沿着主相晶界分布的富Nd相和分布在晶界的富B相。纯三元的钕铁硼永磁材料的内禀矫顽力低、居里温度低，影响了其应用。此外，由于处在晶界的富Nd相化学点位比主相低很多，磁体容易产生原电池腐蚀而发生瓦解。提高钕铁硼永磁材料的矫顽力通常可以通过添加合金元素、改进加工工艺实现。添加合金元素分为：1替代型。用稀土元素Pr、Dy、Tb等替代Nd，提高主相的内禀性能。2掺杂型。添加M_I(Cu、Al、Ga、Sn、Ge、Zn等)在主相晶粒内部形成新相分离磁性相晶粒，或添加M₂(No，Mo、V，W，Zr、Ti等)在晶界处抑制软磁相的形成，从而提高矫顽力。合金元素的添加还可改善晶界相的电化学性能，从而提高磁体的腐蚀性能。另外，用Ni、Co等元素替代Fe可提高磁体的居里温度。

钕铁硼材料的磁性能高，密度大，与其他磁粉制备的磁性橡胶相比，在产生相同磁阻尼的情况下，所添加的磁粉最少，橡胶相对含量最高，机械阻尼大。因此，钕铁硼磁性橡胶具有优异的阻尼性能。钕铁硼材料的矫顽力低，导致钕铁硼磁性橡胶不适合在较高温度中应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法。

通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法的步骤如下：

1）在混炼设备上对100质量份橡胶进行塑炼，再依次添加1～50质量份补强剂、20～120质量份钕铁硼磁粉、0.1～5质量份硫磺、0.1～5质量份氧化锌、0.1～5质量份硬脂酸，混炼5～20分钟，得到混合物；

2）将混合物放置在模具中，再对模具施加5～50Pa的压力，在120～200℃下保温5～30分钟进行硫化，得到硫化胶；

3）将硫化胶放置在0.5～5T磁场下进行充磁1～60秒，得到高阻尼钕铁硼磁性橡胶。

所述的步骤1）加入增塑剂、防老剂、偶联剂、促进剂，增塑剂为矿物油，防老剂为己二酸类聚酯、苯酐聚，偶联剂为硅烷，促进剂为苯胺、二硫化氨基甲酸盐、次硫酰胺中的一种或任意组合。所述的橡胶为丁基橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶或顺丁橡胶中的一种或多种。所述的钕铁硼磁粉为各向同性或各向异性的快淬或注塑钕铁硼磁粉中的一种或任意组合。所述的钕铁硼磁粉粒径为1～100微米。所述的补强剂为炭黑、白炭黑、碳酸钙的一种或任意组合。所述的混炼设备为搅拌机、高混机、螺杆混炼机、开炼机、压延机或密炼机中的一种或几种。

本发明的优点是有效结合了机械阻尼与磁阻尼，使磁性橡胶在发生形变时，除了橡胶分子之间的摩擦产生机械阻尼之外，材料的磁化强度发生变化，产生涡流，从而增加额外的能量转化。与橡胶相比，磁性橡胶的最大阻尼系数最高可以提高25%以上，有效阻尼温域显著增大，阻尼性能显著提高。

附图说明

图1是实施例1中高阻尼钕铁硼磁性橡胶的阻尼系数随温度的变化曲线；

图2是实施例2中高阻尼钕铁硼磁性橡胶的阻尼系数随温度的变化曲线；

图3是实施例3中高阻尼钕铁硼磁性橡胶的阻尼系数随温度的变化曲线；

图4是实施例4中高阻尼钕铁硼磁性橡胶的阻尼系数随温度的变化曲线；

图5是实施例5中高阻尼钕铁硼磁性橡胶的阻尼系数随温度的变化曲线；

图6是实施例6中高阻尼钕铁硼磁性橡胶的阻尼系数随温度的变化曲线。

具体实施方式

通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法的步骤如下：

实施例1

1）在开炼机上对100质量份丁基橡胶进行塑炼，再依次添加50质量份炭黑补强剂、20质量份粒径为100微米的各向同性快淬钕铁硼磁粉、2质量份硫磺、5质量份氧化锌、1.5质量份硬脂酸，混炼5分钟，得到混合物；

2）将混合物放置在模具中，再对模具施加5Pa的压力，在120℃下保温30分钟进行硫化，得到硫化胶；

3）将硫化胶放置在5T磁场下进行充磁1秒，得到高阻尼钕铁硼磁性橡胶。

结果如图1所示，与普通丁基橡胶相比，添加20质量份磁粉的钕铁硼磁性橡胶在50下的最大阻尼系数从0.85提高到0.98，提高15%，阻尼性能显著提高。

实施例2

1）在压延机上对100质量份丁腈橡胶进行塑炼，再依次添加35质量份炭黑补强剂、60质量份粒径为1微米的各向异性快淬钕铁硼磁粉、1.5质量份硫磺、5质量份氧化锌、1质量份硬脂酸，混炼5分钟，得到混合物；

2）将混合物放置在模具中，再对模具施加15Pa的压力，在150℃下保温10分钟进行硫化，得到硫化胶；

3）将硫化胶放置在4T磁场下进行充磁5秒，得到高阻尼钕铁硼磁性橡胶。

与普通丁基橡胶相比，添加60质量份磁粉的钕铁硼磁性橡胶在50下的最大阻尼系数从0.84提高到1.05，提高25%，阻尼性能显著提高。

实施例3

1）在搅拌机上对100质量份硅橡胶进行塑炼，再依次添加50质量份白炭黑补强剂、120质量份粒径为70微米的各项同性注塑钕铁硼磁粉、0.8质量份硫磺，混炼15分钟，得到混合物；

2）将混合物放置在模具中，再对模具施加20Pa的压力，在170℃下保温20分钟进行硫化，得到硫化胶；

3）将硫化胶放置在1.5T磁场下进行充磁10秒，得到高阻尼钕铁硼磁性橡胶。

与普通硅橡胶相比，添加120质量份磁粉的钕铁硼磁性橡胶在50下的最大阻尼系数从0.34提高到0.40，提高18%，阻尼性能显著提高。

实施例4

1）在高混机上对100质量份天然橡胶进行塑炼，再依次添加50质量份炭黑补强剂、60质量份粒径为30微米的各向同性注塑钕铁硼磁粉、5质量份硫磺、5质量份氧化锌、1.5质量份硬脂酸、1质量份DM促进剂、20质量份矿物油增塑剂，混炼20分钟，得到混合物；

2）将混合物放置在模具中，再对模具施加50Pa的压力，在160℃下保温15分钟进行硫化，得到硫化胶；

3）将硫化胶放置在0.5T磁场下进行充磁60秒，得到高阻尼钕铁硼磁性橡胶。

与普通天然橡胶相比，添加60质量份磁粉的钕铁硼磁性橡胶在50下的最大阻尼系数从0.55提高到0.65，提高18%，阻尼性能显著提高。

实施例5

1）在螺杆混炼机上对100质量份聚氨酯橡胶进行塑炼，再依次添加50质量份碳酸钙补强剂、60质量份粒径为30微米的各向同性注塑钕铁硼磁粉、5质量份氧化锌、1.5质量份硬脂酸，混炼20分钟，得到混合物；

2）将混合物放置在模具中，再对模具施加50Pa的压力，在140℃下保温30分钟进行硫化，得到硫化胶；

与普通聚氨酯橡胶相比，添加60质量份磁粉的钕铁硼磁性橡胶在50下的最大阻尼系数从0.80提高到1.05，提高31%，阻尼性能显著提高。

实施例6

1）在密炼机上对60质量份氯丁橡胶和40质量份丁苯橡胶进行塑炼，再依次添加50质量份炭黑补强剂、60质量份粒径为50微米的各向同性注塑钕铁硼磁粉、3质量份硫磺、5质量份氧化锌、1.5质量份硬脂酸，混炼20分钟，得到混合物；

2）将混合物放置在模具中，再对模具施加18Pa的压力，在160℃下保温15分钟进行硫化，得到硫化胶；

3）将硫化胶放置在1.3T磁场下进行充磁10秒，得到高阻尼钕铁硼磁性橡胶。

与普通聚氨酯橡胶相比，添加60质量份磁粉的钕铁硼磁性橡胶在50下的最大阻尼系数从0.65提高到0.84，提高29%，阻尼性能显著提高。

Claims

1.一种通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法，其特征在于它的步骤如下：

2.如权利要求1所述的一种通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法，其特征在于所述的步骤1）加入增塑剂、防老剂、偶联剂、促进剂，增塑剂为矿物油，防老剂为己二酸类聚酯、偶联剂为硅烷，促进剂为苯胺、二硫化氨基甲酸盐中的一种或任意组合。

3.如权利要求1所述的一种通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法，其特征在于所述的橡胶为丁基橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶或顺丁橡胶中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的一种通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法，其特征在于所述的钕铁硼磁粉为各向同性或各向异性的快淬或注塑钕铁硼磁粉中的一种或任意组合。

5.如权利要求1所述的一种通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法，其特征在于所述的钕铁硼磁粉粒径为1～100微米。

6.如权利要求1所述的一种通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法，其特征在于所述的补强剂为：炭黑、白炭黑、碳酸钙的一种或任意组合。

7.如权利要求1所述的一种通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法，其特征在于所述的混炼设备为搅拌机、高混机、螺杆混炼机、开炼机、压延机或密炼机中的一种或几种。