CN105131445A - 一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其原料包括:氯化丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、环氧化天然橡胶、白炭黑、片状云母粉、羧基化多壁碳纳米管、氧化锌、硬脂酸、2-乙基乙酸锌、硫磺、酚醛树脂、促进剂CZ、促进剂DTDM、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯、硼酰化钴、二甘醇、三乙醇胺、防老剂。本发明提出的一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其最大损耗因子高，有效阻尼温度范围和频率范围广，具有良好的阻尼性能，且强度高、扯断永久变形小，粘合性好。

Description

一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料
技术领域
本发明涉及阻尼橡胶材料技术领域，尤其涉及一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料。
背景技术
随着现代工业的飞速发展，在工程中，机械振动和噪音造成的危害日趋严重，地震等自然灾害对人民生命财产安全的威胁也越来越突出，有害振动以及噪声的减弱与消除是当今社会亟待解决的技术问题之一。由于不同的振动具有不同的频率，如地震、风引起的振动振动频率低于20Hz，而各种机械设备的振动频率高达几千赫兹，因此，制备宽频率的阻尼材料具有极大的现实意义。
高分子材料由于具有特殊的粘弹性性能而被广泛的用作阻尼减震材料，其阻尼性能依赖于其分子链段的力学松弛，在力学松弛过程中，分子链段摩擦生热而消耗掉一部分机械能，损耗能量的能力由损耗因子tanδ的大小决定，在实际应用中，一般要求，tanδ值大于0.3的温度范围至少为60～80℃，但是现有的橡胶的有效阻尼温域在30℃左右，相对比较窄，且仅出现在低温，限制了其应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其最大损耗因子高，有效阻尼温度范围和频率范围广，具有良好的阻尼性能，且强度高、扯断永久变形小，粘合性好。
本发明提出的一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶40-55份、丁腈橡胶20-30份、氯丁橡胶10-20份、环氧化天然橡胶10-15份、白炭黑20-35份、片状云母粉10-25份、羧基化多壁碳纳米管5-20份、氧化锌1-3份、硬脂酸0.5-1.5份、2-乙基乙酸锌0.5-2份、硫磺0.3-0.8份、酚醛树脂10-20份、促进剂CZ0.8-2.5份、促进剂DTDM0.5-1.5份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯2-8份、硼酰化钴0.5-2份、二甘醇1-5份、三乙醇胺2-5份、防老剂2-5份。
优选地，其原料中，氯化丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、环氧化天然橡胶的重量比为45-53：22-29：12-19：11-13.5。
优选地，其原料中，白炭黑、片状云母粉、羧基化多壁碳纳米管、二甘醇、三乙醇胺的重量比为26-33：12-23：8-17：2-4.5：3-4.5。
优选地，其原料中，氧化锌、硬脂酸、2-乙基乙酸锌、硫磺、酚醛树脂、促进剂CZ、促进剂DTDM的重量比为1.5-2.7：0.6-1.3：0.8-1.7：0.38-0.68：12-17：1.3-2.0：0.7-1.4。
优选地，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶50-53份、丁腈橡胶25-28份、氯丁橡胶14-17份、环氧化天然橡胶12-13.5份、白炭黑28-32份、片状云母粉15-21份、羧基化多壁碳纳米管10-15份、氧化锌1.9-2.4份、硬脂酸0.8-1.2份、2-乙基乙酸锌1-1.5份、硫磺0.5-0.6份、酚醛树脂13-16份、促进剂CZ1.5-2份、促进剂DTDM0.9-1.3份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯4-6.8份、硼酰化钴0.9-1.5份、二甘醇3-3.8份、三乙醇胺3.7-4.3份、防老剂3.5-4.3份。
优选地，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶52份、丁腈橡胶27份、氯丁橡胶15份、环氧化天然橡胶12.8份、白炭黑30份、片状云母粉19份、羧基化多壁碳纳米管14份、氧化锌2.1份、硬脂酸1份、2-乙基乙酸锌1.3份、硫磺0.55份、酚醛树脂14.2份、促进剂CZ1.8份、促进剂DTDM1.1份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯6.2份、硼酰化钴1.2份、二甘醇3.5份、三乙醇胺4份、防老剂4.2份。
优选地，丁腈橡胶中丙烯腈的含量为20-40％；丁腈橡胶中丙烯腈的含量对丁腈橡胶的性能影响很大，本发明选用20-40％的丙烯腈，得到的橡胶材料密度大、胶料硫化性好、耐磨耗，并且具备更大的定伸应力和拉伸强度，与氯化丁基橡胶、氯丁橡胶、环氧化天然橡胶的相容性好，能产生更大的阻尼效应。
优选地，所述环氧化天然橡胶的环氧化程度为55-65％；环氧化天然橡胶中环氧化程度对环氧化天然橡胶的影响很大，本发明中，选择了环氧化程度为55-65％的环氧化天然橡胶，其既保持了天然橡胶优异的弹性和力学性能，又具有优异的耐油性、气密性和高阻尼性能等，加入到体系中，与各原料的相容性好，使体系在宽温度范围和宽频率范围内具有优良的减震性能、力学性能、加工性能以及耐热氧老化性能。
优选地，所述酚醛树脂为苯酚甲醛树脂、叔丁基苯酚甲醛树脂、叔辛基苯酚甲醛树脂、溴甲基对叔丁基苯酚甲醛树脂、溴甲基对叔辛基苯酚甲醛树脂中的一种或多种的组合。
优选地，所述防老剂为防老剂D、防老剂RD、防老剂AW、防老剂4020、防老剂4010、防老剂4010NA中的一种或者多种的组合。
本发明中，氯化丁基橡胶和丁腈橡胶共混后，利用大的空间位阻作用和共交联后的强制缠绕，增加了体系中橡胶分子链段运动的阻力，使体系的玻璃化转变温度移向高温，相对应的作用力频率移向低频，加入阻尼性能好、玻璃化温度和极性介于氯化丁基橡胶和丁腈橡胶之间的氯丁橡胶后，改善了氯化丁基橡胶和丁腈橡胶的界面相容性，使其界面结合增强，限制了各橡胶分子链段的运动能力，进一步提高了体系的阻尼性能，再加入粘合性好的环氧化天然橡胶共混后，共混物的相容性好，在硼酰化钴的辅助下，提高体系阻尼性能的同时改善了体系的粘合性能；酚醛树脂作为硫化剂加入到体系中，能与体系中的橡胶发生化学反应而产生交联，且能在体系中形成结合力较弱的氢键，增加了分子链段的内摩擦，扩展了体系的有效阻尼温度和频率范围，氢键较单硫键或者双硫键弱，在受外力时会发生氢键的断裂而吸收能量，达到减震的目的，但是单纯的酚醛树脂作为硫化剂硫化速度不是很理想，配合添加了少量硫磺和促进剂，在不影响体系性能的同时改善了体系的硫化性能；为了维持体系的强度，选择了白炭黑、片状云母粉和羧基化多壁碳纳米管为填料，填料表面的羟基可以与环氧化天然橡胶中的环氧基团产生作用力，增加了填料与橡胶分子的相容性，赋予体系高的力学性能并进一步提高了体系的阻尼性能，环氧化天然橡胶与三乙醇胺、二甘醇配合后，使填料表面的羟基减少，酸性降低，避免了填料对硫化剂和促进剂的吸附，改善了填料的补强作用；加入的四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯能进一步改善体系的相容性，避免了体系中的粗糙分布，使体系具有优异的物理机械性能。
本发明中，以氯化丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、环氧化天然橡胶为基体，以白炭黑、片状云母粉、羧基化多壁碳纳米管为填料，以酚醛树脂配合硫磺为硫化剂，采用常规的橡胶加工工艺进行加工，制备的宽温域宽频率高阻尼橡胶材料的阻尼性能优异，最大损耗因子≥1.8，拉伸强度≥19MPa，拉断伸长率≥238％，拉断永久变形≤35％，有效阻尼温域可达155℃以上，有效阻尼频率范围为10-5～1012Hz。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
在具体实施例中，本发明提出的一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其原料中，氯化丁基橡胶的重量份可以为40、42、43、44.5、46、47、48.5、49、49.3、50、51、53、54.2、55份；丁腈橡胶的重量份可以为20、20.6、21、23、24、25.3、26、27、28.4、29、29.3、30份、氯丁橡胶的重量份可以为10、10.8、12、13、14、15.6、16、17、17.3、18、18.4、19、19.3、20份；环氧化天然橡胶的重量份可以为10、10.6、11、11.3、12、12.7、14、14.3、15份；白炭黑的重量份可以为20、21、23、24、25.6、27、28、28.3、29、29.3、30、31、32、34.2、35份；片状云母粉的重量份可以为10、10.6、11、11.3、12、12.8、14、15、16、18、19、21、23、24、24.3、25份；羧基化多壁碳纳米管的重量份可以为5、6、7、8、9、10、10.6、12、13、15、16、17、18.6、19、19.3、20份；氧化锌的重量份可以为1、1.2、1.3、1.4、1.8、2、2.3、2.6、2.75、、2.9、3份；硬脂酸的重量份可以为0.5、0.58、0.6、0.7、0.84、0.9、1、1.1、1.16、1.2、1.3、1.46、1.5份；2-乙基乙酸锌的重量份可以为0.5、0.58、0.6、0.67、0.8、0.9、1、1.2、1.35、1.4、1.56、1.7、1.86、1.9、1.94、2份；硫磺的重量份可以为0.3、0.38、0.5、0.53、0.6、0.64、0.7、0.75、0.8份；酚醛树脂的重量份可以为10、10.6、11、11.3、12、12.7、13、13.8、14、14.6、15、15.3、16、16.4、17、17.5、18、19、19.3、20份；促进剂CZ的重量份可以为0.8、0.86、0.9、1、1.2、1.3、1.38、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.3、2.34、2.45、2.5份；促进剂DTDM的重量份可以为0.5、0.58、0.7、0.86、0.9、1、1.2、1.3、1.38、1.4、1.46、1.5份；四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯的重量份可以为2、2.3、2.6、2.85、3、3.4、3.8、4、4.2、4.6、5、5.3、5.7、6、6.4、7、7.3、8份；硼酰化钴的重量份可以为0.5、0.58、0.6、0.68、0.9、0.93、1、1.2、1.6、1.75、1.86、1.9、1.94、2份；二甘醇的重量份可以为1、1.2、1.35、1.4、1.6、1.85、2、2.3、2.7、3、3.4、3.8、4、4.2、4.6、5份；三乙醇胺的重量份可以为2、2.3、2.56、2.8、3、3.4、3.7、4、4.2、4.8、5份；防老剂的重量份可以为2、2.3、2.6、2.85、3、3.4、3.8、4、4.2、4.6、4.85、5份。
实施例1
本发明提出的一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶52份、丁腈橡胶27份、氯丁橡胶15份、环氧化天然橡胶12.8份、白炭黑30份、片状云母粉19份、羧基化多壁碳纳米管14份、氧化锌2.1份、硬脂酸1份、2-乙基乙酸锌1.3份、硫磺0.55份、苯酚甲醛树脂14.2份、促进剂CZ1.8份、促进剂DTDM1.1份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯6.2份、硼酰化钴1.2份、二甘醇3.5份、三乙醇胺4份、防老剂D2份、防老剂AW2.2份；其中，丁腈橡胶中丙烯腈的含量为30％；所述环氧化天然橡胶的环氧化程度为60％。
实施例2
本发明提出的一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶50份、丁腈橡胶28份、氯丁橡胶14份、环氧化天然橡13.5份、白炭黑28份、片状云母粉21份、羧基化多壁碳纳米管10份、氧化锌2.4份、硬脂酸0.8份、2-乙基乙酸锌1.5份、硫磺0.5份、叔丁基苯酚甲醛树脂7份、叔辛基苯酚甲醛树脂9份、促进剂CZ1.5份、促进剂DTDM1.3份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯4份、硼酰化钴1.5份、二甘醇3份、三乙醇胺4.3份、防老剂RD3.5份；其中，丁腈橡胶中丙烯腈的含量为20％；所述环氧化天然橡胶的环氧化程度为55％。
实施例3
本发明提出的一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶45份、丁腈橡胶26份、氯丁橡胶13份、环氧化天然橡胶12.6份、白炭黑31份、片状云母粉17.6份、羧基化多壁碳纳米管12.5份、氧化锌2.3份、硬脂酸1.2份、2-乙基乙酸锌1.6份、硫磺0.56份、溴甲基对叔辛基苯酚甲醛树脂15.6份、促进剂CZ2.1份、促进剂DTDM1.3份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯5.8份、硼酰化钴1.6份、二甘醇3.6份、三乙醇胺3份、防老剂40201份、防老剂4010NA2份、防老剂D0.4份；其中，丁腈橡胶中丙烯腈的含量为40％；所述环氧化天然橡胶的环氧化程度为65％。
实施例4
本发明提出的一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶53份、丁腈橡胶25份、氯丁橡胶17份、环氧化天然橡胶12份、白炭黑32份、片状云母粉15份、羧基化多壁碳纳米管15份、氧化锌1.9份、硬脂酸1.2份、2-乙基乙酸锌1份、硫磺0.6份、溴甲基对叔丁基苯酚甲醛树脂13份、促进剂CZ2份、促进剂DTDM0.9份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯6.8份、硼酰化钴0.9份、二甘醇3.8份、三乙醇胺3.7份、防老剂D0.5份、防老剂RD0.8份、防老剂AW0.6份、防老剂40200.4份、防老剂40101.5份、防老剂4010NA0.5份；其中，丁腈橡胶中丙烯腈的含量为28％；所述环氧化天然橡胶的环氧化程度为63％。
实施例5
本发明提出的一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶40份、丁腈橡胶30份、氯丁橡胶10份、环氧化天然橡胶15份、白炭黑20份、片状云母粉25份、羧基化多壁碳纳米管5份、氧化锌3份、硬脂酸0.5份、2-乙基乙酸锌2份、硫磺0.3份、酚醛树脂20份、促进剂CZ0.8份、促进剂DTDM1.5份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯2份、硼酰化钴2份、二甘醇1份、三乙醇胺2份、防老剂RD5份；其中，丁腈橡胶中丙烯腈的含量为32％；所述环氧化天然橡胶的环氧化程度为59％；所述酚醛树脂为苯酚甲醛树脂、叔丁基苯酚甲醛树脂、叔辛基苯酚甲醛树脂、溴甲基对叔丁基苯酚甲醛树脂、溴甲基对叔辛基苯酚甲醛树脂的组合；且酚醛树脂为苯酚甲醛树脂、叔丁基苯酚甲醛树脂、叔辛基苯酚甲醛树脂、溴甲基对叔丁基苯酚甲醛树脂、溴甲基对叔辛基苯酚甲醛树脂的重量比为1:4:3:2:5。
实施例6
本发明提出的一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶55份、丁腈橡胶20份、氯丁橡胶20份、环氧化天然橡胶10份、白炭黑35份、片状云母粉10份、羧基化多壁碳纳米管20份、氧化锌1份、硬脂酸1.5份、2-乙基乙酸锌0.5份、硫磺0.8份、酚醛树脂10份、促进剂CZ2.5份、促进剂DTDM0.5份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯8份、硼酰化钴0.5份、二甘醇5份、三乙醇胺5份、防老剂2份；其中，丁腈橡胶中丙烯腈的含量为33％；所述环氧化天然橡胶的环氧化程度为62％；所述酚醛树脂为苯酚甲醛树脂、叔丁基苯酚甲醛树脂、叔辛基苯酚甲醛树脂、溴甲基对叔丁基苯酚甲醛树脂、溴甲基对叔辛基苯酚甲醛树脂按任意重量份之比的组合；所述防老剂为防老剂D、防老剂RD、防老剂AW、防老剂4020、防老剂4010、防老剂4010NA按任意重量份之比的组合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶40-55份、丁腈橡胶20-30份、氯丁橡胶10-20份、环氧化天然橡胶10-15份、白炭黑20-35份、片状云母粉10-25份、羧基化多壁碳纳米管5-20份、氧化锌1-3份、硬脂酸0.5-1.5份、2-乙基乙酸锌0.5-2份、硫磺0.3-0.8份、酚醛树脂10-20份、促进剂CZ0.8-2.5份、促进剂DTDM0.5-1.5份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯2-8份、硼酰化钴0.5-2份、二甘醇1-5份、三乙醇胺2-5份、防老剂2-5份。
2.根据权利要求1所述宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其特征在于，其原料中，氯化丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、环氧化天然橡胶的重量比为45-53：22-29：12-19：11-13.5。
3.根据权利要求1或2所述宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其特征在于，其原料中，白炭黑、片状云母粉、羧基化多壁碳纳米管、二甘醇、三乙醇胺的重量比为26-33：12-23：8-17：2-4.5：3-4.5。
4.根据权利要求1-3中任一项所述宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其特征在于，其原料中，氧化锌、硬脂酸、2-乙基乙酸锌、硫磺、酚醛树脂、促进剂CZ、促进剂DTDM的重量比为1.5-2.7：0.6-1.3：0.8-1.7：0.38-0.68：12-17：1.3-2.0：0.7-1.4。
5.根据权利要求1-4中任一项所述宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶50-53份、丁腈橡胶25-28份、氯丁橡胶14-17份、环氧化天然橡胶12-13.5份、白炭黑28-32份、片状云母粉15-21份、羧基化多壁碳纳米管10-15份、氧化锌1.9-2.4份、硬脂酸0.8-1.2份、2-乙基乙酸锌1-1.5份、硫磺0.5-0.6份、酚醛树脂13-16份、促进剂CZ1.5-2份、促进剂DTDM0.9-1.3份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯4-6.8份、硼酰化钴0.9-1.5份、二甘醇3-3.8份、三乙醇胺3.7-4.3份、防老剂3.5-4.3份。
6.根据权利要求1-5中任一项所述宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分:氯化丁基橡胶52份、丁腈橡胶27份、氯丁橡胶15份、环氧化天然橡胶12.8份、白炭黑30份、片状云母粉19份、羧基化多壁碳纳米管14份、氧化锌2.1份、硬脂酸1份、2-乙基乙酸锌1.3份、硫磺0.55份、酚醛树脂14.2份、促进剂CZ1.8份、促进剂DTDM1.1份、四甲基丙烯酸二丙三醇邻苯二甲酸酯6.2份、硼酰化钴1.2份、二甘醇3.5份、三乙醇胺4份、防老剂4.2份。
7.根据权利要求1-6中任一项所述宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其特征在于，丁腈橡胶中丙烯腈的含量为20-40％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其特征在于，所述环氧化天然橡胶的环氧化程度为55-65％。
9.根据权利要求1-8中任一项所述宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其特征在于，所述酚醛树脂为苯酚甲醛树脂、叔丁基苯酚甲醛树脂、叔辛基苯酚甲醛树脂、溴甲基对叔丁基苯酚甲醛树脂、溴甲基对叔辛基苯酚甲醛树脂中的一种或多种的组合。
10.根据权利要求1-9中任一项所述宽温域宽频率高阻尼改性丁基橡胶材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂D、防老剂RD、防老剂AW、防老剂4020、防老剂4010、防老剂4010NA中的一种或者多种的组合。
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