CN103724705B - 复合型水声透声橡胶材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种复合型水声透声橡胶材料及制备方法，用天然橡胶塑炼后投入密炼机中混炼；随后投入金属氧化物、无机填料、活性剂、促进剂混炼；开炼机下片测试制备A组份；用氯丁橡胶塑炼后投入密炼机混炼；随后依次投入硬脂酸、防老剂、炭黑、无机填料、软化剂混炼，随后投入硫磺混炼；下片、冷却制得B组份；将A、B组份1:1复合混炼，打三角包，薄通，出片；取样硫化测试；进行相对低温硫化。本发明声阻抗和水的特性声阻抗匹配良好，声波在胶料中传播时的声衰减系数小，具有良好的耐水性能以及耐硅油性能；停放存贮时间长、操作安全、高水声透声性能，在低温下进行硫化，缓解了低温硫化与常温保存之间的矛盾。

Description

复合型水声透声橡胶材料及制备方法

技术领域

本发明属于一种透声橡胶及制备方法，特别涉及一种复合型水声透声橡胶材料及制备方法。

背景技术

水声透声材料是指在水中声波能够无反射、无损耗地通过的材料。而要保证水声材料具有良好的透声性能，必须使材料的声阻抗与海水的声阻抗十分接近，由于橡胶材料的特性阻抗与水匹配，而且具有良好的密封防水性能，所以橡胶适合作为透声材料，在水声设备中用作水听器的包覆层，例如氯丁橡胶、天然橡胶、丁基橡胶和近年来采用的浇注型聚氨酯橡胶。由于水声换能器多为压电晶片，不适合使用高于120℃的高温进行硫化，但同时用于低温硫化的橡胶材料存在焦烧时间短、存贮时间短、要求存贮温度低等问题，因此有必要开发一种存贮安全的低温硫化型橡胶材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于水下的、起到透声及水密作用的一种复合型水声透声橡胶材料及制备方法，它包括两种交联体系不同的两种橡胶材料，其特性声阻抗和水的特性声阻抗匹配良好，声波在胶料中传播时的声衰减系数小，具有良好的耐水性能以及良好的耐硅油性能；停放存贮时间长、操作安全、高水声透声性能，在低温下进行硫化，缓解了低温硫化与常温保存之间的矛盾。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种复合型水声透声橡胶材料，其特征在于：它是由A组份和B组份组成，A组份和B组份的重量份数比为1:1，其中：

A组份，以天然橡胶为基础量100，其重量份数比为：

天然橡胶100份，

金属氧化物10~20份，

无机填料10~40份，

活性剂1~5份，

促进剂2~4份；

防老剂1~3份；

软化剂1~10份；

B组份，以氯丁橡胶为基础量100，其重量份数比为：

氯丁橡胶100份，

硫磺1~3份，

硬脂酸1~3份，

防老剂1~4份，

炭黑20~50份，

无机填料10~40份，

软化剂1~15份；

其中：

金属氧化物为氧化锌和氧化铅中的至少一种；

活性剂为三乙醇胺和Si-69中的至少一种；

无机填料为滑石粉、轻质碳酸钙或沉淀法白炭黑中的至少一种；

促进剂为促进剂DM、促进剂CBS、促进剂TMTD、促进剂BZ或促进剂Na-22中的至少三种；

防老剂为防老剂A、防老剂RD、防老剂4010NA或防老剂4020中的至少一种；

炭黑为炭黑N330、炭黑N550、炭黑N660或炭黑N774中的至少两种；

软化剂为抗磨液压油、变压器油、邻苯二甲酸二辛酯或环氧大豆油中的至少一种。

所说的金属氧化物为氧化锌和氧化铅，氧化锌和氧化铅的比例为1~2:1~2。

所说的活性剂为三乙醇胺和Si-69，三乙醇胺和Si-69的比例为1~5:1~5。

所说的天然橡胶为烟片胶、皱片胶或标准胶；氯丁橡胶为氯丁橡胶120或氯丁橡胶230。

所说的无机填料为滑石粉、轻质碳酸钙和沉淀法白炭黑，滑石粉、轻质碳酸钙和沉淀法白炭黑的比例为1~2:0.5~1:0.5~1

所说的促进剂为促进剂DM、促进剂CBS、促进剂TMTD、促进剂BZ和促进剂Na-22，促进剂DM、促进剂CBS、促进剂TMTD、促进剂BZ和促进剂Na-22的比例为1~2:1~2:0.1~0.5:0.1~1:0.5~1。

所说的防老剂为防老剂A、防老剂RD、防老剂4010NA和防老剂4020，防老剂A、防老剂RD、防老剂4010NA和防老剂4020的比例为1~2:1~2:1~2:1~2。

所说的炭黑为炭黑N330、炭黑N550、炭黑N660和炭黑N774，炭黑N330、炭黑N550、炭黑N660和炭黑N774的比例为1~2:1~1.5:0~1:0~1。

所说的软化剂为抗磨液压油、变压器油、邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油，抗磨液压油、变压器油、邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油的比例为1~2:1~2:1~2:1~2。

一种复合型水声透声橡胶材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

（一）A组份的制备，它包括以下步骤：

（1）按以下组份配料：

天然橡胶100份，

金属氧化物10-20份，

无机填料10-40份，

活性剂1-5份，

促进剂2-4份；

防老剂1-3份，

软化剂1-10份；

（2）依以下步骤制备：

i、天然橡胶塑炼2段后停放待用，控制塑炼后胶料的门尼粘度不高于70度；

ii、将塑炼后的天然橡胶投入密炼机中混炼2min；随后投入余下的原材料金属氧化物、无机填料、活性剂、促进剂混炼3~5min，提升上顶栓清扫物料后，再混炼1~2min，在料温120℃~140℃时排料；

iii、在开炼机下片，并停放8h后，测试胶料的门尼粘度不高于60度；

（二）B组份的制备，它包括以下步骤：

（1）按以下组份配料：

氯丁橡胶100份，

硫磺1~3份，

硬脂酸1~3份，

防老剂1~4份，

炭黑20~50份，

无机填料10~40份，

软化剂1~15份；

（2）按以下步骤制备：

i、氯丁橡胶塑炼3~5遍，打成胶卷后待用；

ii、先将塑炼后的氯丁橡胶投入密炼机混炼1~2min；随后依次投入硬脂酸、防老剂、炭黑、无机填料、软化剂混炼3~4min，随后投入硫磺混炼1~2min，在料温110℃~120℃时排料；

iii、下片、冷却，停放8h后，测试胶料的门尼粘度不高于60；

（三）将A、B组份按照1:1的比例，在辊温30℃~45℃进行复合混炼，打三角包3~5次后，薄通3~5遍，然后放厚辊距出片，进行半成品成型；

取样在硫化仪上进行硫化性能测试，120℃条件下的t10不小于3min，t90不超过20min；

（四）硫化：进行相对低温硫化，硫化温度为120℃~140℃，硫化时间为15~30min，硫化压力不小于10MPa。

本发明的优点和有益效果是：

1、本材料分两组份，交联体系交叉混入两种橡胶材料中，分别停放存贮；使用时将两者按比例混合翻炼后直接使用；常温储存时，由于两种橡胶材料中不存在可使自身交联的硫化剂和促进剂，因此，可以长时间安全存贮，两种材料的存放时间可以大大延长。

2、同时本材料可在低温下进行硫化，缓解了低温硫化与常温保存之间的矛盾。

3、实现了材料常温存放时间与低温硫化的平衡。

综上所述，兼顾低硫化温度和高存储稳定性的要求，适用用于水下声学部件，起到透声及水密作用。

具体实施方式

下面结合实施例说明本发明，这里所述实施例的方案，不限制本发明，本领域的专业人员按照本发明的精神可以对其进行改进和变化，所述的这些改进和变化都应视为在本发明的保护范围内，本发明的范围和实质由权利要求来限定。实施例中没有特别指出的试剂均为市售产品。

实施例1：一种复合型水声透声橡胶材料的制备方法，它包括如下步骤：

（一）A组份的制备：

（1）按以下组份配料：

天然橡胶（3#烟片胶）100份

金属氧化物-氧化锌5份

氧化铅10份

无机填料-滑石粉35份

活性剂-三乙醇胺2份

软化剂-抗磨液压油4份

促进剂-促进剂DM1份

促进剂CBS1份

促进剂BZ0.3份

促进剂Na-220.7份

防老剂-防老剂A1份

共计160份；

（2）依以下步骤制备：

i、天然橡胶塑炼2段后停放待用，控制塑炼后胶料的门尼粘度不高于70度；

ii、将塑炼后的天然橡胶投入密炼机中混炼2min；随后投入余下的原材料金属氧化物、无机填料、活性剂、促进剂混炼3~5min，提升上顶栓清扫物料后，再混炼1~2min，在料温120℃~140℃时排料；

iii、在开炼机下片，并停放8h后测试胶料的门尼粘度不高于60度；（二）B组份的制备，它包括以下步骤：

（1）按以下组份配料：

氯丁橡胶-氯丁橡胶230100份

硫磺1.5份

硬脂酸1.5份

防老剂-防老剂40201份

防老剂4010Na1份

炭黑-炭黑N33015份

炭黑N55022份

无机填料-滑石粉5份

沉淀法白炭黑10份

软化剂-邻苯二甲酸二辛酯3份

共计160份；

（2）按以下步骤制备：

i、氯丁橡胶塑炼3~5遍，打成胶卷后待用；

ii、先将塑炼后的氯丁橡胶投入密炼机混炼1~2min；随后依次投入硬脂酸、防老剂、炭黑、无机填料、软化剂混炼3~4min，随后投入硫磺混炼1~2min，在料温110℃~120℃时排料；

iii、下片、冷却，停放8h后测试胶料的门尼粘度不高于60；

（三）将土黄色的A组份和黑色的B组份按照1:1的比例，在辊温30℃~45℃的开炼机上进行复合混炼，打“三角包”3~5次后，薄通3~5遍，然后放厚辊距出片，进行半成品成型，硫化仪测试的120℃下的硫化性能为：t10:5min，t90:18.5min；

（四）硫化：硫化条件为120℃×20min×12MPa。

通过对上述配比的复合型水声透声橡胶材料进行物理性能测试，结果如下：硬度：60度，拉伸强度：18.5MPa，扯断伸长率：540%，2mm透声系数（10kHz）：0.97，可在较低的温度下实现硫化，透声系数也达到了95%以上，适用于水下换能器的透声密封包覆；同时该胶料在混合前两组分在常温下存放时间可在6个月，解决了低温硫化的胶料必须使用冰箱低温保存的问题。

实施例2：一种复合型水声透声橡胶材料的制备方法，它包括如下步骤：

（一）A组份的制备：

（1）按以下组份配料：

天然橡胶-标准胶SCR20100份

金属氧化物-氧化锌5份

氧化铅10份

无机填料-沉淀法白炭黑10份

滑石粉19份

软化剂-抗磨液压油5份

活性剂-Si-692份

促进剂-促进剂DM1份

促进剂CBS1.2份

促进剂BZ0.3份

促进剂Na-220.5份

防老剂-防老剂A1份

共计155份；

（2）依以下步骤制备：

i、天然橡胶塑炼2段后停放待用，控制塑炼后胶料的门尼粘度不高于70度；

ii、将塑炼后的天然橡胶投入密炼机中混炼2min；随后投入余下的原材料金属氧化物、无机填料、活性剂、促进剂混炼3~5min，提升上顶栓清扫物料后，再混炼1~2min，在料温120℃~140℃时排料；

iii、在开炼机下片，并停放8h后测试胶料的门尼粘度不高于60度；（二）B组份的制备，它包括以下步骤：

（1）按以下组份配料：

氯丁橡胶-氯丁橡胶230100份

硫磺1.5份

硬脂酸1份

防老剂-防老剂40201.5份

炭黑-炭黑N33013份

炭黑N55010份

炭黑N7747份

无机填料-滑石粉18份

软化剂-变压器油3份

共计155份；

（2）按以下步骤制备：

i、氯丁橡胶塑炼3~5遍，打成胶卷后待用；

ii、先将塑炼后的氯丁橡胶投入密炼机混炼1~2min；随后依次投入硬脂酸、防老剂、炭黑、无机填料、软化剂混炼3~4min，随后投入硫磺混炼1~2min，在料温110℃~120℃时排料；

iii、下片、冷却，停放8h后测试胶料的门尼粘度不高于60；

（三）将A、B组份按照1:1的比例，在辊温30℃~45℃的开炼机上进行复合混炼，打“三角包”3~5次后，薄通3~5遍，然后放厚辊距出片，进行半成品成型。硫化仪测试的120℃下的硫化性能为：t10:5.5min，t90:19min；；

（四）硫化：硫化条件为120℃×20min×12MPa。

通过对上述配比的复合型水声透声橡胶材料进行物理性能测试，结果如下：硬度：59，拉伸强度：17.5MPa，扯断伸长率：520%，2mm透声系数：0.98；适用于水下换能器的透声密封包覆。同时该胶料在混合前两组分在常温下存放时间可在6个月，解决了低温硫化的胶料必须使用冰箱低温保存的问题。

实施例3：一种复合型水声透声橡胶材料的制备方法，它包括如下步骤：

（一）A组份的制备：

（1）按以下组份配料：

天然橡胶-3#烟片胶100份

金属氧化物-氧化锌10份

氧化铅5份

无机填料-沉淀法白炭黑9份

滑石粉25份

软化剂-抗磨液压油5份

活性剂-三乙醇胺2份

促进剂-促进剂DM1份

促进剂CBS1.2份

促进剂BZ0.2份

促进剂Na-220.6份

防老剂-防老剂A1份

共计160份；

（2）依以下步骤制备：

i、天然橡胶塑炼2段后停放待用，控制塑炼后胶料的门尼粘度不高于70度；

ii、将塑炼后的天然橡胶投入密炼机中混炼2min；随后投入余下的原材料金属氧化物、无机填料、活性剂、促进剂混炼3~5min，提升上顶栓清扫物料后，再混炼1~2min，在料温120℃~140℃时排料；

iii、在开炼机下片，并停放8h后测试胶料的门尼粘度不高于60度；（二）B组份的制备，它包括以下步骤：

（1）按以下组份配料：

氯丁橡胶-氯丁橡胶120100份

硫磺1.5份

硬脂酸1份

防老剂-防老剂40201份

炭黑-炭黑N33013份

炭黑N55010份

炭黑N6606份

无机填料-滑石粉24份

软化剂-抗磨液压油4份

共计160份；

（2）按以下步骤制备：

i、氯丁橡胶塑炼3~5遍，打成胶卷后待用；

ii、先将塑炼后的氯丁橡胶投入密炼机混炼1~2min；随后依次投入硬脂酸、防老剂、炭黑、无机填料、软化剂混炼3~4min，随后投入硫磺混炼1~2min，在料温110℃~120℃时排料；

iii、下片、冷却，停放8h后测试胶料的门尼粘度不高于60；

（三）将A、B组份按照1:1的比例，在辊温30℃~45℃的开炼机上进行复合混炼，打“三角包”3~5次后，薄通3~5遍，然后放厚辊距出片，进行半成品成型。硫化仪测试的120℃下的硫化性能为：t10:4.5min，t90:17min；；

（四）进行硫化操作，硫化条件为120℃×20min×12MPa。

通过对上述配比的复合型水声透声橡胶材料在进行物理性能测试，结果如下：硬度55度：拉伸强度：16.5MPa，扯断伸长率：550%。2mm透声系数：0.95；适用于水下换能器的透声密封包覆。同时该胶料在混合前两组分在常温下存放时间可在6个月，解决了低温硫化的胶料必须使用冰箱低温保存的问题。

Claims (10)

1.一种复合型水声透声橡胶材料，其特征在于：它是由A组份和B组份组成，A组份和B组份的重量份数比为1:1，其中：

A组份，以天然橡胶为基础量100，其重量份数比为：

天然橡胶100份，

金属氧化物10~20份，

无机填料10~40份，

活性剂1~5份，

促进剂2~4份；

防老剂1~3份；

软化剂1~10份；

B组份，以氯丁橡胶为基础量100，其重量份数比为：

氯丁橡胶100份，

硫磺1~3份，

硬脂酸1~3份，

防老剂1~4份，

炭黑20~50份，

无机填料10~40份，

软化剂1~15份；

其中：

金属氧化物为氧化锌和氧化铅；

活性剂为三乙醇胺和Si-69中的至少一种；

无机填料为滑石粉、轻质碳酸钙或沉淀法白炭黑中的至少一种；

促进剂为促进剂DM、促进剂CBS、促进剂TMTD、促进剂BZ或促进剂Na-22中的至少三种；

防老剂为防老剂A、防老剂RD、防老剂4010NA或防老剂4020中的至少一种；

炭黑为炭黑N330、炭黑N550、炭黑N660或炭黑N774中的至少两种；

软化剂为抗磨液压油、变压器油、邻苯二甲酸二辛酯或环氧大豆油中的至少一种。

2.如权利要求1所述的一种复合型水声透声橡胶材料，其特征在于：所说的金属氧化物为氧化锌和氧化铅，氧化锌和氧化铅的比例为1~2:1~2。

3.如权利要求1所述的一种复合型水声透声橡胶材料，其特征在于：所说的活性剂为三乙醇胺和Si-69，三乙醇胺和Si-69的比例为1~5:1~5。

4.如权利要求1所述的一种复合型水声透声橡胶材料，其特征在于：所说的天然橡胶为烟片胶、皱片胶或标准胶；氯丁橡胶为氯丁橡胶120或氯丁橡胶230。

5.如权利要求1所述的一种复合型水声透声橡胶材料，其特征在于：所说的无机填料为滑石粉、轻质碳酸钙和沉淀法白炭黑，滑石粉、轻质碳酸钙和沉淀法白炭黑的比例为1~2:0.5~1:0.5~1。

6.如权利要求1所述的一种复合型水声透声橡胶材料，其特征在于：所说的促进剂为促进剂DM、促进剂CBS、促进剂TMTD、促进剂BZ和促进剂Na-22，促进剂DM、促进剂CBS、促进剂TMTD、促进剂BZ和促进剂Na-22的比例为1~2:1~2:0.1~0.5:0.1~1:0.5~1。

7.如权利要求1所述的一种复合型水声透声橡胶材料，其特征在于：所说的防老剂为防老剂A、防老剂RD、防老剂4010NA和防老剂4020，防老剂A、防老剂RD、防老剂4010NA和防老剂4020的比例为1~2:1~2:1~2:1~2。

8.如权利要求1所述的一种复合型水声透声橡胶材料，其特征在于：所说的炭黑为炭黑N330、炭黑N550、炭黑N660和炭黑N774，炭黑N330、炭黑N550、炭黑N660和炭黑N774的比例为1~2:1~2:0.1~1:0.1~1。

9.如权利要求1所述的一种复合型水声透声橡胶材料，其特征在于：所说的软化剂为抗磨液压油、变压器油、邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油，抗磨液压油、变压器油、邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油的比例为1~2:1~2:1~2:1~2。

10.一种如权利要求1所述的复合型水声透声橡胶材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

（一）A组份的制备，它包括以下步骤：

（1）按以下组份配料：

天然橡胶100份，

金属氧化物10-20份，

无机填料10-40份，

活性剂1-5份，

促进剂2-4份；

防老剂1-3份，

软化剂1-10份；

（2）依以下步骤制备：

i、天然橡胶塑炼2段后停放待用，控制塑炼后胶料的门尼粘度不高于70；

ii、将塑炼后的天然橡胶投入密炼机中混炼2min；随后投入余下的原材料金属氧化物、无机填料、活性剂、促进剂混炼3~5min，提升上顶栓清扫物料后，再混炼1~2min，在料温120℃~140℃时排料；

iii、在开炼机下片，并停放8h后，测试胶料的门尼粘度不高于60；

（二）B组份的制备，它包括以下步骤：

（1）按以下组份配料：

氯丁橡胶100份，

硫磺1~3份，

硬脂酸1~3份，

防老剂1~4份，

炭黑20~50份，

无机填料10~40份，

软化剂1~15份；

（2）按以下步骤制备：

i、氯丁橡胶塑炼3~5遍，打成胶卷后待用；

ii、先将塑炼后的氯丁橡胶投入密炼机混炼1~2min；随后依次投入硬脂酸、防老剂、炭黑、无机填料、软化剂混炼3~4min，随后投入硫磺混炼1~2min，在料温110℃~120℃时排料；

iii、下片、冷却，停放8h后，测试胶料的门尼粘度不高于60；

（三）将A、B组份按照1:1的比例，在辊温30℃~45℃进行复合混炼，打三角包3~5次后，薄通3~5遍，然后放厚辊距出片，进行半成品成型；

取样在硫化仪上进行硫化性能测试，120℃条件下的t10不小于3min，t90不超过20min；

（四）硫化：进行相对低温硫化，硫化温度为120℃~140℃，硫化时间为15~30min，硫化压力不小于10MPa。