CN104710659B - 协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料，包括：纺织废胶粉、受阻酚类抗氧剂AO 2246和受阻酚类抗氧剂AO 4426。其制备方法包括2个步骤：混炼和热压成形。本发明选用了一种带有较强极性且具有三维网络结构的纺织废胶粉(TWRP)作为基体，加入二种极性功能有机小分子：AO 2246和AO 4426，经混炼均匀、热压成型成为废胶基阻尼复合材料，不同有机小分子的OH与纺织废胶的丁腈橡胶的CN基间产生可逆性氢键、不同有机小分子间的OH间也会产生可逆性氢键，即协同杂化，在材料中形成可逆性氢键网络，从而使材料损耗因子峰值增大，其对应的温度更适合实际应用。

Description

协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料及其制造方法

技术领域

本发明属于工程用材料领域，它涉及了一种以纺织废胶(简称为TWRP)为基体，利用两种功能有机小分子的协同杂化作用开发阻尼减振复合材料，更具体地说，其涉及利用纺织废胶开发阻尼减振性能的工程用材料，以实现绿色加工条件下的废料的功能性开发；并涉及了一种功能有机小分子间协同杂化作用进一步提高材料阻尼性能的新方法。

背景技术

纺织作为我国的支柱性民生产业，每年都有大量的纺织胶辊，胶圈报废。由于其拥有三维网络结构，难以生物降解。脱硫虽然可以有效去除三维网络结构，得到再生胶，但易形成废烟、废气的排放，造成环境污染，在环境污染控制越来越严的今天，其不是一种绿色利用的好方法，必将淘汰。从环保角度出发，利用其特性开发高效阻尼减振复合材料以实现其功能性再生将是合理处理和利用的一条新路。

纺织废胶具有三维网络结构，这将为复合材料提供良好的力学性能；纺织废胶独特的粘弹性为开发阻尼减振材料提供了基础，同时其主要成分为丁腈橡胶和聚氯乙烯，丁腈橡胶具有较强的极性，这为与极性功能有机小分子混合开发有机杂化阻尼材料提供了条件。不同极性功能有机小分子与纺织废胶的共混，利用极性功能有机小分子间的协同杂化作用可改善复合材料的阻尼性能。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料及其制造方法。该材料具有较大的损耗因子和有效阻尼温域较宽，制作方法简单，有效提高了纺织废胶的使用价值。

技术方案：一种协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料，所述的阻尼复合材料由下列组份按照质量份数组成：纺织废胶粉：53.8～70份、受阻酚类抗氧剂A：23.1～30份和受阻酚类抗氧剂B：0～23.1份。

作为优化：所述纺织废胶粉是将纺织企业报废的胶圈、胶辊直接粉碎而得的胶粉，其主要成分为：丁腈橡胶(NBR)和聚氯乙烯(PVC)，其比例是100：80，除此之外还有少量的增强剂、增塑剂、硬脂酸、颜料。

作为优化：所述受阻酚类抗氧剂A是一种含双羟基的极性有机小分子，其化学名为2,2亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，可简写为AO 2246，其化学结构式如下：

作为优化：所述受阻酚类抗氧剂B是一种含双羟基的极性有机小分子，其化学名为4,4’-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)，可简写为AO 4426，其化学结构式如下：

这两种受阻酚类抗氧化剂都能与极性聚合物形成杂化作用，可有效改善和调控阻尼材料的阻尼性能。

所述的协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)混炼

在辊筒中加入纺织废胶粉，制成薄片；加入AO 2246混炼其中纺织废胶粉与AO 2246的质量比是70:30；在混匀后再加入AO 4426进行进一步混炼并达到均匀，将混炼料室温冷却后，得混炼薄片以备用；其中三元混料的质量比为：纺织废胶粉:AO 2246:AO 4426＝70:30:0～70:30:/30＝70:30:0～53.8:23.1:23.1；

(2)热压成形

将上述混炼薄片前剪成比模具略大铺放在模子内腔中，模子上下用钢板夹住，且在模子和钢板之间用一层耐高温的防粘布，然后在防粘布外再加一层耐高温的保护膜；钢板移入平板硫化机，卸载预热，加压热压；取下钢板，迅速放入冷水中，脱模即得协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料。

作为优化：所述步骤(1)中的辊筒的温度为60-70℃。

作为优化：所述步骤(1)中的总混炼时间为40-80分钟。

作为优化：所述步骤(2)中的耐高温防粘布是聚四氟乙烯耐高温布，耐高温防粘膜是耐高温PET薄膜。

作为优化：所述步骤(2)中的卸载条件为：160-165℃预热10-30分钟。

作为优化：所述步骤(2)中的加压条件为：15-16MPa的压力下加压20-40分钟。

有益效果：本发明选用了一种带有较强极性且具有三维网络结构的纺织废胶粉(TWRP)作为基体，加入其中的纺织废胶粉与AO 2246的质量比为70:30，原因在于前期做二元实验时在质量比值上得到的阻尼峰值为最高峰值。

加入的二种极性功能有机小分子(AO 2246和AO 4426)，经混炼均匀、热压成型成为废胶基阻尼复合材料，不同有机小分子的OH与纺织废胶的丁腈橡胶的CN基间产生可逆性氢键、不同有机小分子间的OH间也会产生可逆性氢键(也就是协同杂化)，在材料中形成可逆性氢键网络，从而使材料损耗因子峰值增大，其对应的温度更适合实际应用。

本发明实施过程中操作简单，所用纺织废橡粉是将纺织报废的胶圈、胶辊直接粉碎而得，不会引起环境污染。利用纺织废橡粉作为基体制备协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料是最大化利用其特性，实现了变废为宝，符合可持续发展的要求，保护了生态环境，且具有良好的经济和社会价值。

附图说明

图1是实施例材料的阻尼损耗因子与温度的曲线图；

图2是实施例材料的储能模量与温度的曲线图；

图3是实施例1的扫描电镜照片图；

图4是实施例2的扫描电镜照片图；

图5是实施例3的扫描电镜照片图。

具体实施方式

通过下述实施例将有助于理解本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定。

实施例1：

协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料各组分质量百分比采用TWRP:AO 2246:AO4426＝70:30:0，复合材料的制备步骤如下：

第一步混炼：

1>将双辊筒炼塑机上的辊筒温度升到60℃并保持基本稳定；

2>在辊筒间加入纺织废胶粉(TWRP)通过辊筒表面温度和双辊筒间的剪切作用使其成膜；

3>将成膜的TWRP和AO 2246按质量比70：30进行称量后，先将TWRP膜在双辊筒间混一下，然后徐徐加入AO 2246，用切刀作辅助混合，以使组分混合均匀；

4>总的混炼时间为40分钟，混炼均匀后，将混炼料从辊筒上剥下来，在室温下冷却，以备热压成形之用，同时也作为其他协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料的基材。

第二步热压成形：

1>将冷却的混炼薄膜剪成略大于模子内腔尺寸铺放模腔中，模子上下都用钢板夹住，且在钢板和模子之间用一层高温防粘布和一层耐高温防粘膜加以隔离；

2>将钢板移入平板硫化机，卸载条件下在160℃预热10分钟，使混炼料预热；3>用15MPa的压力加压20分钟，使材料热压成型；

4>取出钢板，连同热压材料投入水中冷却，脱模。从而制得厚度为1mm的协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料A。

5>将其置于液氮中脆断，在高真空下进行碳一级复型后，经喷金处理，用JSM-5600LVSEM观察脆断面的微观结构，得图3，从图中可以看到材料中有一些絮状体存在，这是由于AO 2246与纺织废胶形成了杂化态的结构形式。

实施例2：

第一步混炼：

1>将双辊筒炼塑机上的辊筒温度升到65℃并保持基本稳定；

2>将实施例1的材料和AO 4426按质量比90.9:9.1进行称量后(也就是TWRP:AO2246:AO 4426＝63.6:27.3:9.1)，先将TWRP/AO 2246(70/30)膜在双辊筒间混一下，然后徐徐加入AO 4426，用切刀作辅助混合，以使组分混合均匀；

3>总的混炼时间为60分钟(加上实施例1制备的材料的时间合计的时间)，混炼均匀后，将混炼料从辊筒上剥下来，在室温下冷却，以备热压成形之用。

第二步热压成形：

1>将冷却的混炼薄膜剪成略大于模子内腔尺寸铺放模腔中，模子上下都用钢板夹住，且在钢板和模子之间用一层高温防粘布和一层耐高温防粘膜加以隔离；

2>将钢板移入平板硫化机，卸载条件下在160℃预热20分钟，使混炼料预热；3>用15MPa的压力加压30分钟，使材料热压成型；

4>取出钢板，连同热压材料投入水中冷却，脱模。从而制得厚度为1mm的协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料B。

5>将其置于液氮中脆断，在高真空下进行碳一级复型后，经喷金处理，用JSM-5600LVSEM观察脆断面的微观结构，得图4，从图中可以看到材料中的絮状体不见了，取而代之的是在絮状体的上面产生了一些绒毛状的粉状物体，这是AO 4426在其上形成的微晶形式，同时材料中出现较多的翻滚的浪花状形态，是纺织废胶原有的三维网络微观形态结构的特征。

实施例3：

协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料各组分质量百分比采用TWRP:AO 2246:AO4426＝70:30:30＝53.8:23.1:23.1，复合材料的制备的步骤与实施例2相同，其工艺与实施例2不相同之处在于原料通过在双辊筒练塑机上均匀混合时温度为70℃，时间为80分钟(加上实施例1制备材料的时间合计的时间)。并在平板硫化机下热压成样品，温度为165℃，无压力条件下预热时间为30分钟，热压时间也为40分钟，压力为16Mpa，最后取出材料在冰水冷却中。从而制得厚度为1mm的协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料C。

将其置于液氮中脆断，在高真空下进行碳一级复型后，经喷金处理，用JSM-5600LV SEM观察脆断面的微观结构，得图5，从图中可以看到材料中的絮状体，绒毛状的微晶态也不见了，在材料中出现了较大的结晶形式。同时材料断面的翻滚的浪花状不见了，取而代之的是较为平整的结构形态，显示了纺织废胶原有的三维网络形态结构得以弱化。

实施例中所制备的复合材料的阻尼性能采用动态力学分析仪(Perkin Elmer DMA-7)进行测试，其测试条件为：频率1Hz，温度-50～100℃，升温速率5℃/min，采用拉伸模式，可得图1，2。

从图1可知，在温度约为20℃前，阻尼损耗因子的值趋于平稳状态；这是因为此时材料处于玻璃态，材料中的大分子链处于冻结状态，然后随着温度的上升，大分子链开始解冻，阻尼性能作用突现，且随温度的增加其阻尼损耗因子急剧增大，在温度约为40℃附近时，阻尼损耗因子达到最高峰，这说明材料处于高弹态，随温度持续增加，材料开始向粘流态过渡，表现为随温度增加，表现为阻尼损耗因子的值逐渐下降。随AO 4426的增加，有机小分子的协同杂化作用，使有机小分子的OH与纺织废胶的CN间、有机小分子的OH间产生了大量的氢键，在材料中开成氢键网络，有利于阻尼损耗因子峰值的改善，同时也会使峰值对应的温度向高温方向转移，但实际阻尼峰值对应的温度却有所下降，这是由于混入AO 4426，使混炼的时间延长，材料在辊间所受的剪切作用力得以增强，较为有效地破坏了材料的三维网络结构，网络结构的破坏将引起玻璃化温度的下降，两方面的共同影响阻尼峰值对应的温度。这是导致其下降的原因。

从图2可知，在温度约为20℃前，储能模量的值趋于平稳状态；且随AO 4426的增多，其值增加较多，这说明材料具好的力学性能。随温度增加，我们发现高AO 4426协同杂化的复合材料的下降速率远比少含量的快，这是由于材料在混炼过程中三维网络结构破坏较大所引起的。

Claims (2)

1.一种协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料，其特征在于：所述的阻尼复合材料由下述质量比的三元混料组成：纺织废胶粉：AO2246：AO 4426＝63.6:27.3:9.1～53.8:23.1:23.1；

所述的协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)混炼

在辊筒中加入纺织废胶粉，制成薄片；加入AO 2246混炼，其中纺织废胶粉与AO 2246的质量比是70:30；在混匀后再加入AO 4426进行进一步混炼并达到均匀，将混炼料室温冷却后，得混炼薄片以备用；其中三元混料的质量比为：纺织废胶粉:AO 2246:AO4426＝63.6:27.3:9.1～53.8:23.1:23.1；辊筒的温度为60～70℃；总混炼时间为40～80分钟；

(2)热压成形

将上述混炼薄片剪成比模具略大铺放在模子内腔中，模子上下用钢板夹住，且在模子和钢板之间用一层耐高温的防粘布，然后在防粘布外再加一层耐高温的防粘膜；钢板移入平板硫化机，卸载预热，加压热压；取下钢板，迅速放入冷水中，脱模即得协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料；耐高温防粘布是聚四氟乙烯耐高温布，耐高温防粘膜是耐高温PET薄膜；卸载条件为：160～165℃预热10～30分钟；加压条件为：15～16MPa的压力下加压20～40分钟。

2.根据权利要求1所述的协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料，其特征在于：所述纺织废胶粉是将纺织企业报废的胶圈、胶辊直接粉碎而得的胶粉，其主要成分为：丁腈橡胶NBR和聚氯乙烯PVC，其比例是100：80，除此之外还有少量的增强剂、增塑剂、硬脂酸、颜料。