CN105315521B - 适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料及其制备方法，该高阻尼材料由如下质量百分比含量的组份制备得到：丁腈橡胶30～45％；氯化丁基橡胶10～20％；溴化对‑特辛基苯酚甲醛树脂14～30％；炭黑5～16％；促进剂0.6～1.1％；氧化锌2～3.2％；硬脂酸0.9～1.3％；硫磺0.9～1.3％；抗氧剂4～15％，该阻尼材料在较宽的温度范围内具有良好的阻尼性能，损耗因子峰值温度在常温附近，损耗因子峰值大于1.3；并且具有良好的耐高温和粘接性能，特别适合用于制作与复合材料共固化的阻尼层，其剥离强度大于8kg/cm，在高温180℃、压力0.6MPa的条件下与复合材料共固化成型工艺性良好。

Description

适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料及其制备方法

技术领域

本发明属于阻尼材料配方设计领域，涉及一种适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料及其制备方法，尤其涉及一种适用于复合材料高温共固化高阻尼丁腈/氯化丁基阻尼材料及其制备方法。

背景技术

采用阻尼薄膜的方式将阻尼材料添加到复合材料中，制备出结构阻尼一体化复合材料，不仅具有高阻尼性能，并且具有轻质化特性，能够满足航天结构材料轻质化、高阻尼的性能要求，并且改善了电子仪器设备的动力学环境。结构阻尼一体化复合材料对添加的阻尼材料要求阻尼损耗因子大，损耗因子峰值在常温附近，并且能够适应复合材料高温固化成型工艺制度，以及具有良好的粘接性能，保证结构一体化复合材料具有较高的界面强度。目前常用的丁腈橡胶阻尼材料其阻尼峰值一般在-20℃甚至更低温度点，不能充分发挥其阻尼性能；而丁基橡胶与复合材料间的粘接强度较低，共固化成型后结构阻尼一体化复合材料的界面脱粘缺陷较为明显，不满足强度需求。例如本申请的申请人已授权专利(授权号：ZL201310059664.0)公开的一种电子产品用宽温域高阻尼环保阻尼材料，即丁基橡胶阻尼材料，具有较高的阻尼因子，较宽的使用温度范围，但是与复合材料间的粘接强度较低，力学性能(拉伸强度)也不能满足某些对力学性能要求较高的应用领域的使用。

因此，需要研制出一种适用于复合材料高温共固化的阻尼材料，满足耐复合材料高温固化和粘接性能要求，同时满足力学性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料，该阻尼材料在较宽的温度范围内具有良好的阻尼性能，损耗因子峰值温度在常温附近，损耗因子峰值大于1.3；并且具有良好的耐高温和粘接性能，力学性能优异，特别适合用于制作与复合材料共固化的阻尼层。

本发明的另外一个目的在于提供一种适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料的制备方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料，由如下质量百分比含量的组份制备得到：

在上述适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料中，促进剂为促进剂TT和促进剂DM。

在上述适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料中，炭黑为N330或N660。

在上述适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料中，抗氧剂为有机小分子AO60。

适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)、将开炼机中依次加入丁腈橡胶、氯化丁基橡胶进行塑炼及混炼；

(2)、然后依次加入溴化对-特辛基苯酚甲醛树脂、促进剂、氧化锌、硬脂酸和抗氧剂进行配炼、薄通、打三角包、打卷，辊筒温度为50～60℃，得到母炼胶，其中溴化对-特辛基甲醛树脂的颗粒直径不大于1mm；

(3)、在开炼机上对母炼胶加入经过干燥处理的炭黑和硫磺进行混炼，辊筒温度为50～60℃；

(4)、将混炼好的胶料在室温下停放不小于12h后在开炼机上进行返炼出片。

在上述适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料的制备方法中，炭黑为N330或N660；所述抗氧剂为有机小分子AO60。

在上述适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料的制备方法中，促进剂为促进剂TT和促进剂DM。

在上述适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料的制备方法中，步骤(3)中将炭黑置于烘箱中进行干燥，干燥温度为100～120℃，干燥时间为4h±10min。

在上述适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料的制备方法中，步骤(4)中在开炼机上进行返炼出片时，辊筒温度为20℃～40℃，辊距2mm～4mm，割胶打卷过辊8～10次，滚压到胶料表面平整为止。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明通过对制备阻尼材料的各组份与含量进行优化设计，得到一种全新的阻尼材料，该阻尼材料在较宽的温度范围内具有良好的阻尼性能，损耗因子峰值温度在常温附近，阻尼损耗因子高，并且具有良好的耐热和粘接性能，力学性能优异，特别适合用于制作与复合材料共固化的阻尼层。

(2)本发明通过丁腈橡胶和氯化丁基橡胶共混改性，提高了阻尼材料的损耗因子峰值，损耗因子峰值大于1.3；并且大大拓宽了阻尼材料的温域，损耗因子大于0.5的温域范围达到0～60℃；

(3)本发明通过采用溴化对-特辛基酚醛树脂对丁腈橡胶/氯化丁基橡胶阻尼材料进行增容共混，调整其损耗因子峰值温度在常温附近，更有利于在实际使用工况条件下充分发挥其阻尼性能；

(4)本发明通过有机小分子来改性丁腈橡胶/氯化丁基橡胶阻尼性能，提高阻尼材料的阻尼性能；丁腈橡胶和氯化丁基橡胶均为极性橡胶。有机小分子为极性小分子，如AO60，在交联体系中引入大量的极性基团，如-OH，可以与橡胶基体形成大量氢键，从而增强橡胶与有机小分子之间的相互作用，形成超分子网络结构，引起分子链段运动困难，阻力大，耗能多，大大提升阻尼性能，阻尼损耗因子可达2.0；

(5)本发明阻尼材料具有良好的耐高温和粘接性能，特别适合用于制作与复合材料共固化的阻尼层，其剥离强度大于8kg/cm，在高温180℃、压力0.6MPa的条件下与复合材料共固化成型工艺性良好，此外阻尼材料力学性能优异，拉伸强度大于16MPa，拉断伸长率大于319％。

附图说明

图1为本发明阻尼材料制备工艺流程图；

图2为本发明实施例1阻尼材料高低温下的性能图；

图3为本发明实施例2阻尼材料高低温下的性能图；

图4为本发明实施例3阻尼材料高低温下的性能图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明适用于复合材料高温共固化高阻尼丁腈/氯化丁基阻尼材料，由如下质量百分比含量的组份制备得到：

其中炭黑为N330或N660；抗氧剂为有机小分子AO60；促进剂为促进剂TT和促进剂DM。

丁腈橡胶和氯化丁基橡胶均为极性橡胶。有机小分子为极性有机小分子，在交联体系中引入大量的极性基团，如-OH，可以与橡胶基体形成大量氢键，从而增强橡胶与抗氧剂之间的相互作用，形成超分子网络结构，引起分子链段运动困难，阻力大，耗能多，大大提升阻尼性能，本发明同时对有机小分子的含量进行了研究。

如图1所示为本发明阻尼材料制备工艺流程图，本发明适用于复合材料高温共固化高阻尼丁腈/氯化丁基阻尼材料的制备方法，具体包括如下步骤:

步骤(一)、原材料处理：在通风橱中或通风较好的平台上，将块状溴化对-特辛基苯酚甲醛树脂捣碎，经过筛后，要求树脂颗粒直径不大于1mm。

步骤(二)、配料：按配方进行配料，配料时使用天平准确称量各种原材料。

步骤(三)、共混炼胶：先在16寸开炼机上依次加入已完成配料的丁腈橡胶、氯化丁基橡胶，进行塑炼及混炼；然后，依次加入溴化对-特辛基苯酚甲醛树脂、促进剂、氧化锌、硬脂酸和抗氧剂进行配炼、薄通、打三角包、打卷，得到母炼胶，配炼时辊筒温度为50～60℃，不允许超过70℃。最后在10寸开炼机上对母炼胶加入干燥处理的炭黑和硫磺进行混炼，辊筒温度为50～60℃，不允许超过70℃。炭黑置于烘箱中进行干燥，干燥温度为100～120℃，干燥时间为4h±10min。

步骤(四)、返炼出片：经机械混炼好的胶料，在室温下必须停放不小于12h方可返炼出片。返炼在10寸开放式炼胶机上进行，辊筒温度为20℃～40℃，开始以辊距2mm～4mm，割胶打卷过辊8～10次，约5～7min，然后滚压到胶料表面平整为止。

步骤(五)、检验：按照阻尼胶料相应性能要求进行检验。试样包括2mm厚试片和Φ10mm×15mm圆柱。2mm厚试片的硫化温度为150±5℃，硫化时间为30min；Φ10mm×15mm圆柱的硫化温度为150±5℃，硫化时间为40min。两种试样的硫化压力均为10MPa～20MPa(25T、50T)，5MPa～10MPa(100T、200T)。放气次数：1～2次。

步骤(六)、包装：胶料使用干净塑料袋包装，做好状态标识。胶料的贮存温度为-10℃～+35℃。胶料不得与有腐蚀性、挥发性的化学药品及易燃物品存放在一起，不得受阳光直接照射。

本发明阻尼材料在较宽的温度范围内具有良好的阻尼性能，损耗因子峰值温度在常温附近，损耗因子峰值大于1.3；并且具有良好的耐高温和粘接性能，特别适合用于制作与复合材料共固化的阻尼层，其剥离强度大于8kg/cm，拉伸强度大于11.1MPa，拉断伸长率大于379％，在高温180℃、压力0.6MPa的条件下与复合材料共固化成型工艺性良好。

实施例1

(一)、配方组份及含量(质量百分比％，见表1)：

表1实施例1配方组份及含量

(二)、制备过程：

在16寸开炼机上加入上述配比的丁腈橡胶、氯化丁基橡胶进行塑炼并混炼，然后依次加入溴化对-特辛基苯酚甲醛树脂、促进剂、氧化锌、硬脂酸和抗氧剂进行配炼、薄通、打三角包、打卷，得到母炼胶，配炼时辊筒温度为50℃。最后在10寸开炼机上对母炼胶加入干燥后的高耐磨炭黑N330和硫磺进行混炼，辊筒温度为55℃。

混炼好的胶料，在室温下停放12h，之后在10寸开放式炼胶机上进行返炼出片，辊筒温度为30℃，开始以辊距2mm，割胶打卷过辊8～10次，约5～7min，然后滚压到胶料表面平整为止。

之后进行检验、包装。

(三)、阻尼材料性能：

阻尼材料硬度在43度，拉伸强度大于11.1MPa，拉断伸长率大于379％，最大损耗因子为1.43，其对应的峰值温度为25.7℃；在0～60℃温度范围内损耗因子大于0.5。如图2所示为本发明实施例1阻尼材料高低温下的性能图。

实施例2

(一)、配方组份及含量(质量百分比％，见表2)：

表2实施例2配方组份及含量

(二)、制备过程：

在16寸开炼机上加入上述配比的丁腈橡胶、氯化丁基橡胶进行塑炼并混炼，然后依次加入溴化对-特辛基苯酚甲醛树脂、促进剂、氧化锌、硬脂酸和抗氧剂进行配炼、薄通、打三角包、打卷，得到母炼胶，配炼时辊筒温度为50℃。最后在10寸开炼机上对母炼胶加入干燥后的高耐磨炭黑N330和硫磺进行混炼，辊筒温度为55℃。

混炼好的胶料，在室温下停放12h，之后在10寸开放式炼胶机上进行返炼出片，辊筒温度为30℃，开始以辊距4mm，割胶打卷过辊8～10次，约5～7min，然后滚压到胶料表面平整为止。

之后进行检验、包装。

(三)、阻尼材料性能：

阻尼材料硬度在57度，拉伸强度大于16MPa，拉断伸长率大于319％，最大损耗因子为1.38，对应的峰值温度为30.2℃；同时，在5～55℃温度范围内损耗因子大于0.5。如图3所示为本发明实施例2阻尼材料高低温下的性能图。

实施例3

(一)、配方组份及含量(质量百分比％，见表3)：

表3实施例3配方组份及含量

(二)、制备过程：

在16寸开炼机上加入上述配比的丁腈橡胶、氯化丁基橡胶进行塑炼并混炼，然后依次加入溴化对-特辛基苯酚甲醛树脂、促进剂、氧化锌、硬脂酸和抗氧剂进行配炼、薄通、打三角包、打卷，得到母炼胶，配炼时辊筒温度为50℃。最后在10寸开炼机上对母炼胶加入干燥后的高耐磨炭黑N330和硫磺进行混炼，辊筒温度为55℃。

混炼好的胶料，在室温下停放12h，之后在10寸开放式炼胶机上进行返炼出片，辊筒温度为35℃，开始以辊距3mm，割胶打卷过辊8～10次，约5～7min，然后滚压到胶料表面平整为止。

之后进行检验、包装。

(三)、阻尼材料性能：

阻尼材料硬度在55度，拉伸强度大于16MPa，拉断伸长率大于458％，最大损耗因子为2.0，其对应的峰值温度在40℃；同时，在23～64℃温度范围内损耗因子大于0.5。如图4所示为本发明实施例3阻尼材料高低温下的性能图。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料，其特征在于：由如下质量百分比含量的组份制备得到：

所述抗氧剂为有机小分子AO60。

2.根据权利要求1所述的适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料，其特征在于：所述促进剂为促进剂TT和促进剂DM。

3.根据权利要求1所述的适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料，其特征在于：所述炭黑为N330或N660。

4.根据权利要求1所述的适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、将开炼机中依次加入丁腈橡胶、氯化丁基橡胶进行塑炼及混炼；

(2)、然后依次加入溴化对-特辛基苯酚甲醛树脂、促进剂、氧化锌、硬脂酸和抗氧剂进行配炼、薄通、打三角包、打卷，辊筒温度为50～60℃，得到母炼胶，其中溴化对-特辛基甲醛树脂的颗粒直径不大于1mm；

(3)、在开炼机上对母炼胶加入经过干燥处理的炭黑和硫磺进行混炼，辊筒温度为50～60℃；

(4)、将混炼好的胶料在室温下停放不小于12h后在开炼机上进行返炼出片。

5.根据权利要求4所述的适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料的制备方法，其特征在于：所述炭黑为N330或N660；所述抗氧剂为有机小分子AO60。

6.根据权利要求4所述的适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料的制备方法，其特征在于：所述促进剂为促进剂TT和促进剂DM。

7.根据权利要求4所述的适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中将炭黑置于烘箱中进行干燥，干燥温度为100～120℃，干燥时间为4h±10min。

8.根据权利要求4所述的适用于复合材料高温共固化的高阻尼材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中在开炼机上进行返炼出片时，辊筒温度为20℃～40℃，辊距2mm～4mm，割胶打卷过辊8～10次，滚压到胶料表面平整为止。