CN106519131A - 一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料及其制备方法 - Google Patents

一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料，由以下重量份的原料组成：丁腈橡胶67‑80，四氢呋喃140‑190，马来酸酐52‑68，过氧化苯甲酰2‑5，乙醇适量，氢氧化次磷酸钠2‑4，二甲苯适量，软木纤维30‑37，硬脂酸1‑2，炭黑2‑6，硫磺1‑2，去离子水适量，三乙醇胺1‑3，镍粉3‑8，6mol/L NaOH水溶液适量，钛酸四丁酯4‑7，玄武岩纤维3‑8，丙酮适量，1.0mol/L HCl溶液适量。本发明使用马来酸酐接枝丁腈橡胶，继而与软木纤维接枝复配，增强材料的阻尼性能、吸声降噪性能，同时添加二氧化钛包覆镍核壳结构的金属颗粒制备的丁腈橡胶基磁流变弹性材料其阻尼性能可控。

Description

一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料及其制 备方法
技术领域
本发明属于汽车零件制备领域，具体涉及一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料及其制备方法。
背景技术
阻尼材料是近年来发展起来的一种减震降噪的材料能够把振动和声能转化为热能散掉的新型功能材料，在各种机械设备上广泛应用，尤其是在汽车乘座室内的前围板、车门、车顶棚、车底板、后备箱等8-12个部位都有应用，常用的阻尼材料一般通过自身储存和消耗振动能量的方式进行减振，缺乏自我调节能力。为此，迫切需要一种具有良好可控性和非线性特征的智能阻尼材料。
磁流变材料是一类具有流变特性可控的智能材料，在磁场作用下，其流变特性可发生连续、迅速和可逆的变化。正是由于磁流变弹性体有着这样优良的特性，目前磁流变弹性体在一些变刚度变阻尼器件中得到了应用，另外磁流变弹性体将粘弹性材料作为基体、将金属颗粒作为掺杂物组成的复合材料，其本身就是一种优异的阻尼材料，这些独特的性能使其受到众多的关注，并且在减振、降噪等领域具有广泛的应用前景。
范艳层、龚兴龙等人发表的《顺丁橡胶基磁流变弹性体的研制及其阻尼性能研究》一文中，制备出了性能优异的顺丁橡胶基磁流变弹性体，釆用两种不同粒径的羰基铁粉，研究了磁流变弹性体的界面摩擦阻尼性能。
因此，本发明使用马来酸酐接枝丁腈橡胶，继而与软木纤维接枝复配，增强材料的阻尼性能、吸声降噪性能，同时添加二氧化钛包覆镍核壳结构的金属颗粒制备的丁腈橡胶基磁流变弹性材料其阻尼性能可控。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料及其制备方法。
一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料，由以下重量份的原料组成：丁腈橡胶67-80份，四氢呋喃140-190份，马来酸酐52-68份，过氧化苯甲酰2-5份，乙醇适量，氢氧化次磷酸钠2-4份，二甲苯适量，软木纤维30-37份，硬脂酸1-2份，炭黑2-6份，硫磺1-2份，去离子水适量，三乙醇胺1-3份，镍粉3-8份，6mol/L NaOH水溶液适量，钛酸四丁酯4-7份，玄武岩纤维3-8份，丙酮适量，1.0mol/L HCl溶液适量。
具体步骤如下：
（1）马来酸酐接枝丁腈橡胶（MAH-g-NBR）的制备：
将丁腈橡胶完全溶解于四氢呋喃中，用滴液漏斗逐滴加入马来酸酐与过氧化苯甲酰的混合溶液，通入氮气保护，升温至60-72℃，恒温反应6-9小时，之后用乙醇沉淀出接枝产物，用乙醇洗涤数次，将洗涤后的接枝产物置于38-45℃真空干燥箱中烘干，即得到MAH-g-NBR，备用；
（2）MAH-g-NBR接枝软木纤维：
在装有冷凝管的平底烧瓶中加入二甲苯、氢氧化次磷酸钠以及步骤（1）得到的MAH-g-NBR，之后将充分干燥的软木纤维浸入混合溶液中，控制温度在125-140℃下反应2-4小时，反应完成后，用索氏抽提器除去溶剂，于95-105℃烘干至恒重，即得MAH-g-NBR接枝软木纤维；
（3）二氧化钛包覆镍核壳结构颗粒的制备：
①、将平均粒径在80-150nm左右的镍粉放入6mol/L NaOH水溶液中浸泡20-30分钟进行羟基化处理，从溶液中磁性分离出颗粒，向颗粒中加入钛酸四丁酯的乙醇溶液，超声搅拌并分离颗粒；
②、然后加入含有去离子水、三乙醇胺的乙醇混合溶液，超声搅拌20-40分钟并分离颗粒，烘干后再将颗粒放入6mol/L NaOH水溶液中重复上述包覆过程2-3次，获得二氧化钛包覆镍核壳结构颗粒；
（4）混炼：
①、将玄武岩纤维用丙酮洗涤后，用水冲洗丙酮烘干，将干燥后的玄武岩纤维在1.0mol/L HCl溶液中以温度为50-70℃酸刻蚀1-3小时后，用水冲洗盐酸，之后在330-360℃下煅烧3-5小时，降温得到活化的玄武岩纤维；
②、在20-30℃条件下，将步骤（2）得到的MAH-g-NBR接枝软木纤维在开炼机上塑炼3-8分钟，然后加入硬脂酸、炭黑、上述活化处理后的玄武岩纤维以及步骤（3）制备的二氧化钛包覆镍核壳结构颗粒混炼20-40分钟，之后加入硫磺混炼均匀，制备得混炼胶；
（5）预结构化：
将装有混炼胶的模具放在温度为120-140℃的加热板上，在外部磁场为1300mT的作用下对其进行预结构化10-25分钟；
（6）固化：
在温度150-170℃，压强10-14MPa条件下，将步骤（5）经预结构化处理后的混炼胶放在平板硫化机上硫化12-20分钟，制得一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料。
其中，所述的软木纤维是用废工业源白针叶木浆板机械解离和分散而成，其长度分布范围2mm-3.5mm，宽度分布是34.2μm-73.1μm，长宽比为72.6。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明首先使用马来酸酐单体对丁腈橡胶进行接枝改性，改变丁腈橡胶的极性，增加极性丁腈橡胶分子链活动的内摩擦阻力，导致分子链运动受阻，分子链间摩擦生热增多，阻尼性能更优。
（2）软木细胞壁上存在很多的皱褶，可以极大地缓解压缩变形，因此弹性恢复特别好，另外软木纤维特殊的细胞结构能够减弱平波传播，尤其能够降噪音声波的传播，因而软木的吸声性很好，本发明中利用软木纤维的这种特性，使用马来酸酐接枝丁腈橡胶（MAH-g-NBR）对软木纤维进行接枝改性，提高软木纤维在橡胶基体中的相容性，提高材料的减震、吸声降噪性能，能有效改善车内环境的舒适度，有利于人们的身心健康。
（3）在外磁场的作用下，二氧化钛包覆镍核壳颗粒在丁腈橡胶基体内具有更高的相容性，可以在基体内形成有序的链状或柱状结构，具有更高的纯度和饱和磁化强度，以其制备的磁流变材料具有更高的磁流变特性，故具有较好的阻尼可调性。
（4）本发明中对玄武岩纤维采用酸刻蚀和高温活化改性处理后，可以使该材料生成许多空洞、裂纹和皮芯等结构，极大增加了其比表面积，使其吸音效果提升，并且使玄武岩纤维中的重要成分FeO和Fe2O3活化，与高温尾气中残余的氮氧化合物及硫氧化合物等污染物反应生成相对无害的物质，因此降低了尾气的环境污染。
具体实施方式
一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料，由以下重量份的原料组成：丁腈橡胶76，四氢呋喃180，马来酸酐51，过氧化苯甲酰5，乙醇适量，氢氧化次磷酸钠3，二甲苯适量，软木纤维34，硬脂酸2，炭黑4，硫磺2，去离子水适量，三乙醇胺2，镍粉5，6mol/LNaOH水溶液适量，钛酸四丁酯6，玄武岩纤维7，丙酮适量，1.0mol/L HCl溶液适量。
具体步骤如下：
（1）马来酸酐接枝丁腈橡胶（MAH-g-NBR）的制备：
将丁腈橡胶完全溶解于四氢呋喃中，用滴液漏斗逐滴加入马来酸酐与过氧化苯甲酰的混合溶液，通入氮气保护，升温至70℃，恒温反应8小时，之后用乙醇沉淀出接枝产物，用乙醇洗涤数次，将洗涤后的接枝产物置于40℃真空干燥箱中烘干，即得到MAH-g-NBR，备用；
（2）MAH-g-NBR接枝软木纤维：
在装有冷凝管的平底烧瓶中加入二甲苯、氢氧化次磷酸钠以及步骤（1）得到的MAH-g-NBR，之后将充分干燥的软木纤维浸入混合溶液中，控制温度在130℃下反应3小时，反应完成后，用索氏抽提器除去溶剂，于100℃烘干至恒重，即得MAH-g-NBR接枝软木纤维；
（3）二氧化钛包覆镍核壳结构颗粒的制备：
①、将平均粒径在80-150nm的镍粉放入6mol/L NaOH水溶液中浸泡25分钟进行羟基化处理，从溶液中磁性分离出颗粒，向颗粒中加入钛酸四丁酯的乙醇溶液，超声搅拌并分离颗粒；
②、然后加入含有去离子水、三乙醇胺的乙醇混合溶液，超声搅拌30分钟并分离颗粒，烘干后再将颗粒放入6mol/L NaOH水溶液中重复上述包覆过程2次，获得二氧化钛包覆镍核壳结构颗粒；
（4）混炼：
①、将玄武岩纤维用丙酮洗涤后，用水冲洗丙酮烘干，将干燥后的玄武岩纤维在1.0mol/L HCl溶液中以温度为60℃酸刻蚀2小时后，用水冲洗盐酸，之后在350℃下煅烧4小时，降温得到活化的玄武岩纤维；
②、在28℃条件下，将步骤（2）得到的MAH-g-NBR接枝软木纤维在开炼机上塑炼7分钟，然后加入硬脂酸、炭黑、上述活化处理后的玄武岩纤维以及步骤（3）制备的二氧化钛包覆镍核壳结构颗粒混炼30分钟，之后加入硫磺混炼均匀，制备得混炼胶；
（5）预结构化：
将装有混炼胶的模具放在温度为130℃的加热板上，在外部磁场为1300mT的作用下对其进行预结构化18分钟；
（6）固化：
在温度160℃，压强13MPa条件下，将步骤（5）经预结构化处理后的混炼胶放在平板硫化机上硫化15分钟，制得一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料。
其中，所述的软木纤维是用废工业源白针叶木浆板机械解离和分散而成，其长度分布范围2mm-3.5mm，宽度分布是34.2μm-73.1μm，长宽比为72.6。
性能测试：
按照实施例制备对其材料进行测试，结果如下：
密度：1.203g/cm3，减震性能（23℃，200HZ）：0.15，断裂延伸率：597%，拉伸强度：148Mpa，耐老化性：4级。

Claims (3)

1.一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：丁腈橡胶67-80份，四氢呋喃140-190份，马来酸酐52-68份，过氧化苯甲酰2-5份，乙醇适量，氢氧化次磷酸钠2-4份，二甲苯适量，软木纤维30-37份，硬脂酸1-2份，炭黑2-6份，硫磺1-2份，去离子水适量，三乙醇胺1-3份，镍粉3-8份，6mol/L NaOH水溶液适量，钛酸四丁酯4-7份，玄武岩纤维3-8份，丙酮适量，1.0mol/L HCl溶液适量。
2.根据权利要求书1所述的一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）马来酸酐接枝丁腈橡胶（MAH-g-NBR）的制备：
将丁腈橡胶完全溶解于四氢呋喃中，用滴液漏斗逐滴加入马来酸酐与过氧化苯甲酰的混合溶液，通入氮气保护，升温至60-72℃，恒温反应6-9小时，之后用乙醇沉淀出接枝产物，用乙醇洗涤数次，将洗涤后的接枝产物置于38-45℃真空干燥箱中烘干，即得到MAH-g-NBR，备用；
（2）MAH-g-NBR接枝软木纤维：
在装有冷凝管的平底烧瓶中加入二甲苯、氢氧化次磷酸钠以及步骤（1）得到的MAH-g-NBR，之后将充分干燥的软木纤维浸入混合溶液中，控制温度在125-140℃下反应2-4小时，反应完成后，用索氏抽提器除去溶剂，于95-105℃烘干至恒重，即得MAH-g-NBR接枝软木纤维；
（3）二氧化钛包覆镍核壳结构颗粒的制备：
①、将平均粒径在80-150nm左右的镍粉放入6mol/L NaOH水溶液中浸泡20-30分钟进行羟基化处理，从溶液中磁性分离出颗粒，向颗粒中加入钛酸四丁酯的乙醇溶液，超声搅拌并分离颗粒；
②、然后加入含有去离子水、三乙醇胺的乙醇混合溶液，超声搅拌20-40分钟并分离颗粒，烘干后再将颗粒放入6mol/L NaOH水溶液中重复上述包覆过程2-3次，获得二氧化钛包覆镍核壳结构颗粒；
（4）混炼：
①、将玄武岩纤维用丙酮洗涤后，用水冲洗丙酮烘干，将干燥后的玄武岩纤维在1.0mol/L HCl溶液中以温度为50-70℃酸刻蚀1-3小时后，用水冲洗盐酸，之后在330-360℃下煅烧3-5小时，降温得到活化的玄武岩纤维；
②、在20-30℃条件下，将步骤（2）得到的MAH-g-NBR接枝软木纤维在开炼机上塑炼3-8分钟，然后加入硬脂酸、炭黑、上述活化处理后的玄武岩纤维以及步骤（3）制备的二氧化钛包覆镍核壳结构颗粒混炼20-40分钟，之后加入硫磺混炼均匀，制备得混炼胶；
（5）预结构化：
将装有混炼胶的模具放在温度为120-140℃的加热板上，在外部磁场为1300mT的作用下对其进行预结构化10-25分钟；
（6）固化：
在温度150-170℃，压强10-14MPa条件下，将步骤（5）经预结构化处理后的混炼胶放在平板硫化机上硫化12-20分钟，制得一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料。
3.根据权利要求书1、2所述的一种具有尾气净化功能的丁腈橡胶基磁流变弹性材料的制备方法，其特征在于，所述的软木纤维是用废工业源白针叶木浆板机械解离和分散而成，其长度分布范围2mm-3.5mm，宽度分布是34.2μm-73.1μm，长宽比为72.6。
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