CN106543500B - 一种复合阻尼泡沫橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

一种复合阻尼泡沫橡胶材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种复合阻尼泡沫橡胶材料，材料含橡胶、补强填料以及助剂；助剂包括硫化剂、分散剂、防焦剂、防老剂、促进剂、助促进剂和软化剂；橡胶为硅橡胶、丁腈橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶和乙丙橡胶中选出的至少两种，助剂包括发泡剂。所得复合阻尼泡沫橡胶材料具有质轻、成本降低、兼具优良的耐变压器油性能及优良的电绝缘性能等优点，发泡产生的孔洞结构与橡胶材料的粘弹性阻尼协同作用加强声能耗散，提高复合阻尼泡沫橡胶材料的降噪性能，可作为吸声降噪材料应用于变压器本体减震降噪，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种复合阻尼泡沫橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种橡胶材料，具体涉及一种降噪复合阻尼泡沫橡胶材料及其制备方法。
背景技术
随着城市化进程推进，噪声对环境的污染逐渐成为人们关注的课题，对其关注程度已到与水及空气同样的高度，伴随着法律法规的日益严格以及人民群众环保意识的增强，降噪已经发展成为亟待解决的问题。采用橡胶阻尼材料，可以最大限度降低设备振动噪声。橡胶阻尼材料是一种以聚合物为基质的功能材料，能减少各种设备产生的噪音。现在，已有许多新材料和新技术应用于阻尼隔振，其中高分子阻尼隔振材料以其优异的性能引起人们的高度重视。
以变电站为例，变电站噪声问题已成为制约输变电发展的桎梏之一。目前针对变电站的噪声控制，往往采用辅助噪声控制措施，如针对全户内变电站大量应用吸声材料、隔声构件、消声装置、改良进排风系统等，有效阻隔噪声传播途径；而针对全户外或半户外变电站，由于噪声传播通路较多，采用声屏障、吸声板等很难有效做到完善的噪声控制。为有效遮断噪声通路，也有采用box-in、隔声罩、大型隔声间等措施，但由此会带来散热不佳、设备老化、安全干涉、成本高昂、检修困难等问题。因此，针对户外站或半户外站，有效控制声源本体噪声是最为有效的方法。而作为变电站的最主要声源，采用各类变压器本体降噪技术应用于低噪声变压器的制备，可以直接、有效的降低变电站噪声水平。
根据吸声机理的不同，吸声体可分为多孔性吸声材料和共振吸声结构，多孔吸声材料包括纤维类、泡沫类和颗粒类。这些材料需满足：(1)材料内部应有大量的微孔和间隙，不仅材料中空气体积与材料总体积之比(即孔隙率)要高，而且这些孔隙应尽可能细小，并在材料内部均匀分布，这样材料内部筋络总表面积大，有利于声能吸收。(2)材料内部的微孔应该是互相贯通的，而不应是密闭的，单独的气泡和密闭间隙不起吸声作用。(3)微孔向外敞开，使声波易于进入微孔内，不具有敞开微孔仅有凹凸表面的材料不会有好的吸声性能。
一般来说，吸声橡胶材料采用常规的橡胶成型工艺得到，通过改变橡胶类型及其含量比达到提高其吸声能力的目的。如CN 101423629A号发明专利提供了一种用常规的橡胶成型工艺制备吸声材料，通过改变苯乙烯在丁苯橡胶的含量和使用卤化丁基橡胶和丁苯橡胶共混制备吸声橡胶材料。其存在的不足是，当苯乙烯含量为50％左右时，丁苯橡胶吸声能力相对较大；单纯靠通过改变含量比来提高吸声能力的空间较小，所以要显著改善吸声性能受到限制。
常用的橡胶阻尼材料有聚丙烯酸酯橡胶、聚氨酯、丁基橡胶和丁腈橡胶。这些材料除吸声性能效果较差外，变压器橡胶使用环境特殊，需要橡胶电气性能好，耐油性好，能够在-25℃到120℃之间长期保持性能稳定。本发明通过添加发泡剂和改变橡胶类型，从材料结构和成分两方面入手，得到复合阻尼泡沫橡胶吸声材料，所得吸声降噪橡胶产品吸声性能好，电气性能好，耐油，耐温，适用于变压器本体降噪。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于变压器本体降噪用的复合阻尼泡沫橡胶的制备，通过合理的主料生胶配比，合理的发泡技术工艺，在橡胶内部产生封闭的气泡，形成橡胶筋络，加强声能耗散，同时橡胶具有好的电气性能及耐油性，以满足在变压器内的应用，同时达到变压器本体降噪的目的。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合阻尼泡沫橡胶材料，材料含橡胶、补强填料以及助剂；助剂包括硫化剂、分散剂、防焦剂、防老剂、促进剂、助促进剂和软化剂；橡胶为硅橡胶、丁腈橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶和乙丙橡胶中至少两种，助剂含有发泡剂。
所述一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第一优选方案，所述复合阻尼泡沫橡胶材料由按质量份计的下述成分制成：
丁腈橡胶10-90份，硅橡胶90-10份，补强填料5-40份，发泡剂1-12份，助促进剂5份，硫化剂1.5-3.5份，分散剂0.5-1.5份，防焦剂0.1-1份，防老剂0.5-2.5份，促进剂1-3份，软化剂10-30份。
所述一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第二优选方案，按质量份计，丁腈橡胶60份，硅橡胶40份，补强填料5-40份，发泡剂1-12份，助促进剂5份，硫化剂1.5-3.5份，分散剂0.5-1.5份，防焦剂0.1-1份，防老剂0.5-2.5份，促进剂1-3份，软化剂10-30份。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第三优选方案，按质量份计，丁腈橡胶10-90份，硅橡胶90-10份，补强填料6份，发泡剂1-12份，助促进剂5份，硫化剂1.5-3.5份，分散剂0.5-1.5份，防焦剂0.1-1份，防老剂0.5-2.5份，促进剂1-3份，软化剂10-30份。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第四优选方案，按质量份计，丁腈橡胶10-90份，硅橡胶90-10份，补强填料5-40份，发泡剂6份，助促进剂5份，硫化剂2份，分散剂1份，防焦剂0.5份，防老剂2份，促进剂1.7份，软化剂15份。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第五优选方案，按质量份计，丁腈橡胶60份，硅橡胶40份，补强填料6份，发泡剂6份，助促进剂5份，硫化剂2份，分散剂1份，防焦剂0.5份，防老剂2份，促进剂1.7份，软化剂15份。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第六优选方案，发泡剂为偶氮二甲酰胺(AC)或4,4'-氧代双苯磺酰肼(OBSH)。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第七优选方案，补强填料为微米或纳米炭黑、白炭黑或蒙脱土中选出的。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第八优选方案，硫化剂为过氧化二异丙苯(DCP)或硫磺和4,4'-二硫化二吗啉(DTDM)。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第九优选方案，分散剂为石蜡或脂肪酸和金属脂肪酸盐。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第十优选方案，防焦剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰胺(CTP)。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第十一优选方案，防老剂为从防老剂RD、防老剂4010NA、防老剂D、防老剂4010中选出的。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第十二优选方案，促进剂为从二甲基二硫代氨基甲酸锌(ZDMC)、二乙基二硫代氨基甲酸锌(ZDC)、四甲基二硫化秋兰姆(TMTD)、N-乙基-N-苯基二硫代氨基甲酸锌(PX)、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺(CBS)中选出的。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第十三优选方案，助促进剂为氧化锌或O，O-二丁基二硫代磷酸锌。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第十四优选方案，软化剂为煤焦油或古马隆树脂和煤沥青。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第十五优选方案，炭黑为从碳黑N220、碳黑N234、碳黑N326、碳黑N330、碳黑N339、碳黑N375、碳黑N539、碳黑N550、碳黑N 660、碳黑N754、碳黑N774或碳黑N762中选出；白炭黑为从白炭黑HL-150、白炭黑HL-200、白炭黑HB-215、白炭黑M-5或白炭黑N-20中选出；蒙脱土为蒙脱土K-10或蒙脱土KSF。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第十六优选方案，所述复合阻尼泡沫橡胶材料由按质量份计的下述成分制成：
丁腈橡胶10-90份，硅橡胶90-10份，炭黑5-40份，4,4'-氧代双苯磺酰肼(OBSH)1-12份，氧化锌5份，过氧化二异丙苯(DCP)1.5-3.5份，石蜡0.5-1.5份，N-环己基硫代邻苯二甲酰胺(CTP)0.1-1份，防老剂4010NA 0.5-2.5份，四甲基二硫化秋兰姆(TMTD)1-3份，煤焦油10-30份；古马隆树脂3-12份。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第十七优选方案，按质量份计，所述丁腈橡胶35-70份，硅橡胶65-30份，炭黑4-8份，4,4'-氧代双苯磺酰肼(OBSH)3-8份，氧化锌5份，过氧化二异丙苯(DCP)1.5-2.5份，石蜡0.8-1.2份，N-环己基硫代邻苯二甲酰胺(CTP)0.3-0.7份，防老剂4010NA 1-2.8份，四甲基二硫化秋兰姆(TMTD)1.2-2.5份，煤焦油12-20份；古马隆树脂4-10份。
所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的第十八优选方案，按质量份计：所述丁腈橡胶60份，硅橡胶40份，炭黑6份，4,4'-氧代双苯磺酰肼(OBSH)6份，氧化锌5份，过氧化二异丙苯(DCP)2份，石蜡1份，N-环己基硫代邻苯二甲酰胺(CTP)0.5份，防老剂4010NA 2份，四甲基二硫化秋兰姆(TMTD)1.7份，煤焦油15份；古马隆树脂6份。
一种复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)制备共混胶：
①45-70℃下，用开炼机将丁腈橡胶塑炼1-3分钟；
②45-70℃下，于开炼机中加入硅橡胶，与丁腈橡胶共混3-5分钟；
③45-70℃下，于开炼机中依次加入氧化锌，防焦剂和防老剂共混1-3分钟；
④45-70℃下，于开炼机中依次加入增强填料，石蜡和软化剂共混3-5分钟；
(2)薄通处理：
①向开炼机中加入硫化剂和促进剂共混3-8分钟，打三角包，薄通分别进行三次，交替配合使用，使胶料混炼均匀，共混温度45-70℃；
②加入发泡剂，用开炼机在45-70℃下共混5-15分钟共混温度，将辊距调至4mm出片，得复合橡胶混炼胶；
(3)硫化处理：
于9-11MPa下，将步骤(2)得到的混炼胶置于平板硫化机进行硫化处理，
①150-170℃下，硫化及发泡时间为5-20分钟；
②145-155℃下，硫化1.5-2.5小时；
③155-165℃下，硫化2.5-3.5小时。
所述复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法的第一优选方案，步骤(1)的①中塑炼时间为2分钟，温度60℃。
所述复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法的第二优选方案，步骤(1)的②中共混时间为4分钟，温度60℃。
所述复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法的第三优选方案，步骤(1)的③中共混时间为2分钟，温度60℃。
所述复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法的第四优选方案，步骤(1)的④中共混时间为4分钟，温度60℃
所述复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法的第五优选方案，步骤(2)的①中共混时间为6分钟，温度60℃。
所述复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法的第六优选方案，步骤(2)的②中共混时间为10分钟，温度60℃。
所述复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法的第七优选方案，步骤(3)中所述压力为10MPa。
所述复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法的第八优选方案，步骤(3)的①中温度为160℃，硫化及发泡时间15分钟。
所述复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法的第九优选方案，步骤(3)的②中温度为150℃，硫化时间2小时。
所述复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法的第十优选方案，步骤(3)的③中温度为160℃，硫化时间3小时。
与最接近的现有技术相比，本发明具有以下优异效果：
1、使用硅橡胶和丁腈橡胶共混制备复合橡胶，优化主料生胶配比，以提高橡胶的吸声性能，加工工艺简单，生产成本低，吸声效果提高明显；
2、利用合理的发泡技术工艺，在橡胶内部产生封闭的气泡，形成橡胶筋络，加强声能耗散；
3、通过优化补强填料和助剂的加入量，使得制备出的橡胶材料的吸声性能性能达到较高的水平，整个加工过程可操作性强，设备要求低，材料来源广泛，可实现大规模自动化生产；
4、吸声性能比现有技术得到显著提高，在500Hz、1000Hz下，提高达到200％左右，并能维持良好的电气性能和耐油性能；
5、环境友好、性能稳定。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种变压器本体降噪用橡胶材料，按质量份配比计，所述橡胶材料由如下成分制成：
上述复合阻尼泡沫橡胶的制备，包含以下步骤：
a.按上述配方称量各组分，备用；
b.温度60℃下，开炼机上将丁腈橡胶60份塑炼2分钟；
c.温度60℃下，于开炼机中加入硅橡胶40份，与丁腈橡胶共混4分钟；
d.温度60℃下，于开炼机中依次加入氧化锌5份，防焦剂CTP 0.5份，防老剂4010NA2份共混2分钟；
e.温度60℃下，于开炼机中依次加入炭黑60份，石蜡1份，煤焦油15份，古马隆树脂6份共混4分钟；
f.在开炼机中加入过氧化二异丙苯2份，四甲基二硫化秋兰姆1.7份，共混6分钟，打三角包，薄通分别进行三次，交替配合使用，使胶料混炼均匀，共混温度60℃；
g.加入4,4'-氧代双苯磺酰肼6份，温度60℃下，在开炼机上共混10分钟，将辊距调至4mm出片，制得复合橡胶混炼胶；
h.将步骤g得到的混炼胶置于平板硫化机上于温度160℃，压力10MPa，硫化及发泡15分钟，150℃下硫化2小时，160℃下硫化3小时，获得硅橡胶/丁腈橡胶复合阻尼泡沫橡胶。
实施例2
一种变压器本体降噪用橡胶材料，按质量份配比计，所述橡胶材料由如下成分制成：
该复合阻尼泡沫橡胶的制备方法如实施例一所述。
实施例3
一种变压器本体降噪用橡胶材料，按质量份配比计，所述橡胶材料由如下成分制成：
该复合阻尼泡沫橡胶的制备方法如实施例一所述。
实施例4
一种变压器本体降噪用橡胶材料，按质量份配比计，所述橡胶材料由如下成分制成：
该复合阻尼泡沫橡胶的制备方法如实施例一所述。
实施例5
一种变压器本体降噪用橡胶材料，按质量份配比计，所述橡胶材料由如下成分制成：
将6份4,4'-氧代双苯磺酰肼替代为3份偶氮二甲酰胺，复合阻尼泡沫橡胶的制备方如实施例一所述。
对上述实施例制备的橡胶材料进行性能检测，如表1、表2所示。通过合理的主料生胶配比，合理的发泡技术工艺，发泡产生的孔洞结构与橡胶材料的粘弹性阻尼协同作用加强声能耗散，本发明提供的制备方法所得复合阻尼泡沫橡胶材料的吸声效果提高显著，降噪效果明显。
表1橡胶性能
表2橡胶的吸声系数
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种复合阻尼泡沫橡胶材料，所述材料含橡胶、补强填料以及助剂，所述助剂包括硫化剂、分散剂、防焦剂、防老剂、促进剂、助促进剂和软化剂，所述助剂包括发泡剂；
所述橡胶为硅橡胶和丁腈橡胶；所述发泡剂为4,4'-氧代双苯磺酰肼(OBSH)；所述补强填料为炭黑或白炭黑；所述硫化剂为过氧化二异丙苯(DCP)；所述分散剂为石蜡；所述防焦剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰胺(CTP)；所述防老剂为防老剂4010NA；所述促进剂为四甲基二硫化秋兰姆(TMTD)；所述助促进剂为氧化锌；所述软化剂为煤焦油和古马隆树脂；
所述复合阻尼泡沫橡胶材料由按质量份计的下述成分制成：
丁腈橡胶10-90份，硅橡胶90-10份，炭黑5-40份，4,4'-氧代双苯磺酰肼(OBSH)1-12份，氧化锌5份，过氧化二异丙苯(DCP)1.5-3.5份，石蜡0.5-1.5份，N-环己基硫代邻苯二甲酰胺(CTP)0.1-1份，防老剂4010NA 0.5-2.5份，四甲基二硫化秋兰姆(TMTD)1-3份，煤焦油10-30份；古马隆树脂3-12份。
2.根据权利要求1所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料，其特征在于，按质量份计：所述丁腈橡胶60份，硅橡胶40份，炭黑6份，4,4'-氧代双苯磺酰肼(OBSH)6份，氧化锌5份，过氧化二异丙苯(DCP)2份，石蜡1份，N-环己基硫代邻苯二甲酰胺(CTP)0.5份，防老剂4010NA 2份，四甲基二硫化秋兰姆(TMTD)1.7份，煤焦油15份；古马隆树脂6份。
3.根据权利要求1所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料，其特征在于，所述炭黑为从碳黑N220、碳黑N234、碳黑N326、碳黑N330、碳黑N339、碳黑N375、碳黑N539、碳黑N550、碳黑N660、碳黑N754、碳黑N774或碳黑N762选出的。
4.权利要求1-3任一项所述的一种复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)制备共混胶：于45-70℃下，
①用开炼机将丁腈橡胶塑炼1-3分钟；
②于开炼机中加入硅橡胶，与丁腈橡胶共混3-5分钟；
③于开炼机中依次加入氧化锌，防焦剂和防老剂共混1-3分钟；
④于开炼机中依次加入增强填料，石蜡和软化剂共混3-5分钟；
(2)薄通处理：于45-70℃下
①向开炼机中加入硫化剂和促进剂共混3-8分钟，打三角包，薄通分别进行三次，交替配合使用，使胶料混炼均匀；
②向开炼机中加入发泡剂，共混5-15分钟，将辊距调至4mm出片，得复合橡胶混炼胶；
(3)硫化处理：
于9-11MPa下，将步骤(2)得到的混炼胶置于平板硫化机进行硫化处理，
①150-170℃下，硫化及发泡时间为5-20分钟；
②145-155℃下，硫化1.5-2.5小时；
③155-165℃下，硫化2.5-3.5小时。
5.根据权利要求4所述一种复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)，温度60℃，①中塑炼时间2分钟，②中共混时间4分钟，③中共混时间2分钟，④中共混时间4分钟；所述步骤(2)，温度60℃，①中共混时间6分钟，②中共混时间10分钟。
6.根据权利要求4所述一种复合阻尼泡沫橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)，压力10MPa；①中温度为160℃，硫化及发泡时间为15分钟；②中温度150℃，硫化时间2小时；③中温度160℃，硫化时间3小时。
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