CN107200883A - 一种阻尼橡胶材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻尼橡胶材料，属于橡胶材料制备技术领域。本发明将碳纤维与乙醇溶液混合分散后与正硅酸乙酯反应过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤后烘干得干燥滤饼，再将其于氩气氛围下保温反应，得填料，随后取丁腈橡胶、丁基橡胶和三元乙丙橡胶塑炼，再加入聚氨酯树脂、填料等混炼出料，得混炼胶，再将所得混炼胶放入硫化机硫化处理，最后出料冷却，即得阻尼橡胶材料，本发明所得阻尼橡胶材料具有较宽的阻尼温域和优异的力学性能，同时材料的耐老化性能良好，有效延长了材料使用寿命，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明公开了一种阻尼橡胶材料，属于橡胶材料制备技术领域。
背景技术
振动和噪声产生于汽车、轨道列车等交通工具的运行过程中，这会加速交通工具相关零部件的疲劳损坏，也会污染城市环境以及危害人体健康。因此，开发新型阻尼材料，改善其阻尼减振效果，优化交通工具零部件的工作环境，对于城市安全及经济健康发展至关重要。
阻尼材料能吸收振动机械能并把它转化为热能而损耗掉。阻尼材料可分为陶瓷阻尼材料、压电阻尼材料、高阻尼合金材料、高分子阻尼材料以及有机-无机杂化阻尼材料等。其中高分子阻尼材料是研究最广泛的一类阻尼材料。而橡胶类阻尼材料则是高分子阻尼材料的重要种类之一，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。采用橡胶阻尼材料，不仅可以最大限度地降低机械噪声和减轻机械振动，提高工作效率，而且十分利于提高产品质量。
目前，对于阻尼橡胶材料的制备方法主要包括共混改性、填充复合和共聚改性等。这些方法一般是通过提高橡胶本体玻璃化转变温度或引入在室温区域具有玻璃化转变的第二组分来实现阻尼性能的提升。如卢珣等公开的氯丁橡胶、丁腈橡胶与丁基橡胶制备的宽温域阻尼材料（专利申请号CN201110165757.2），该工艺首先在40～100℃，将按重量份数计的丁基类橡胶100份、丁腈橡胶10～40份以及氯丁橡胶10～60份，分别塑炼1～20min后，共混，再将硫化剂2～32份、硫化助剂7～17份以及填料5～100份添加到三种橡胶的共混物中制备成混炼胶，最后将混炼胶停放8～24h，然后于100～200℃，5～20MPa下，硫化1～60min，即可制得所需三元橡胶组合物。又如申请专利号CN200910236782.8公开了一种制备硫磺改性梯度结构橡胶材料的方法，以天然橡胶为基体，硫磺为硫化剂，通过对橡胶基体进行塑炼得到两种不同厚度、不同含硫量的混炼胶片，将多层这两种混炼胶片进行交替叠合层压，采用两段硫化法进行硫化处理，第一段硫化处理的温度为60～150℃，硫化时间为2～200h，第二段硫化处理的温度为130～200℃，硫化时间为0.5～20h，最终得到橡胶阻尼梯度材料。现有方法虽然能得到具有一定阻尼性能的橡胶材料，但是也存在一定缺陷，主要是所得橡胶材料的阻尼温域较窄，超出阻尼温域后力学性能急剧下降，难以满足实际应用的要求。
因此，研发出一种在具备较宽阻尼温域的同时，又具有优异力学性能的新型阻尼橡胶材料，成为业内亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对传统阻尼橡胶材料阻尼温域窄，超出阻尼温域后力学性能急剧下降的问题，提供了一种阻尼橡胶材料。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种阻尼橡胶材料，是由以下重量份数的原料组成：60～80份丁腈橡胶，30～40份丁基橡胶，20～30份三元乙丙橡胶，20～30份聚氨酯树脂，6～10份聚甲基丙烯酸甲酯，60～80份填料，3～5份硫磺，1～3份促进剂，1～3份防老剂，1～3份增塑剂；
所述填料具体制备步骤为：按质量比为1：30～1：50将碳纤维分散于乙醇溶液中，再向乙醇溶液中加入碳纤维质量0.3～0.6倍的正硅酸乙酯，恒温搅拌反应2～4h后，过滤、洗涤、干燥和高温反应，即得填料；
所述阻尼橡胶材料具体制备步骤如下：
（1）将丁腈橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶于温度为40～80℃条件下塑炼20～30min后，再加入聚氨酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、填料、硫磺、促进剂、防老剂和增塑剂，混炼5～15min后，静置8～12h，得混炼胶；
（2）将上述所得混炼胶进行硫化20～60min，出料，即得阻尼橡胶材料。
所述的促进剂为促进剂TMTD，促进剂M或促进剂ZDMC中的任意一种。
所述的防老剂为防老剂288、防老剂RD和微晶蜡按质量比为1：1：1复配而成。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯或环氧硬脂酸辛酯中的任意一种。
所述的高温反应条件为：于管式炉中，以60～80mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以8～10℃/min速率程序升温至1200～1400℃，保温反应2～4h后，随炉冷却至室温。
步骤（1）所述的混炼条件为：混炼温度为130～160℃。
步骤（2）所述的硫化条件为：硫化温度160～200℃，硫化压力为20～30MPa。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先以丁基橡胶、丁腈橡胶和三元乙丙橡胶为橡胶基材，其中，丁基橡胶因分子链上侧甲基密集，可形成蠕虫状结构，因而在体系中可提供较高的损耗因子，保证体系较高的阻尼系数，丁腈橡胶受益于丁腈基的强极性，因此也具备较大的损耗因子，另外，三元乙丙橡胶在具有侧甲基的同时，又具有良好的综合性能，将三者配合使用，可以保证产品优良的阻尼性能，另外，三者具有不同的阻尼温度区域，通过共混改性，能有效提高产品的玻璃化转变温度，增加玻璃化转变峰的宽度，从而显著拓宽产品的阻尼温域；
（2）本发明通过在体系中添加聚甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯树脂，利用聚甲基丙烯酸甲酯及聚氨酯树脂与橡胶的玻璃化温度相差较大的特性，橡胶在常温下处于弹性态，而聚甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯树脂处于玻璃态，三者的共混可进一步提高产品的玻璃化转变温度，另外，聚氨酯树脂的加入，可增加橡胶分子的极性，提高内聚强度和表面能，从而提高产品与金属基材的粘合强度，延长了材料使用寿命；
（3）本发明以碳纤维为填料基体，利用碳纤维优异的吸附性能，吸附正硅酸乙酯水解产生的二氧化硅成分，再于高温条件下使表面吸附的二氧化硅与碳纤维中的碳反应，形成牢固的化学键合，从而在碳纤维表面形成粗糙的二氧化硅和碳化硅复合层，在硫化过程中，线性的橡胶分子链会交联形成网络结构，将碳纤维固定于网络结构中，橡胶分子链无规则的挂靠于碳纤维表面的粗糙结构上，在受力变形过程中，可有效提高橡胶分子链运动阻力，使体系内摩擦力急剧上升，将机械能转化为热能而耗散掉，使产品阻尼性能有效提高，同时在受力过程中，碳纤维可与橡胶分子链共同分担外力，使应力分散，起到补强效果，有效限制产品在外力作用下的大尺寸形变，使产品力学性能进一步提升；
（4）本发明通过在体系中添加少量微晶蜡，在硫化过程中，微晶蜡可迁移到材料表面，形成一层保护膜，可有效提高产品在使用过程中的抗老化性能。
具体实施方式
按质量比为1：30～1：50将碳纤维与质量分数为60～80%乙醇溶液混合后倒入烧杯，并将烧杯移入超声分散仪，于超声频率为40～50kHz条件下，超声分散10～30min，得分散悬浮液，再向所得分散悬浮液中加入碳纤维质量0.3～0.6倍的正硅酸乙酯，随后于温度为55～65℃，转速为300～500r/min条件下，恒温搅拌反应2～4h，待反应结束，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3～5次，再将洗涤后的滤饼移入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，再将所得干燥滤饼移入管式炉，以60～80mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以8～10℃/min速率程序升温至1200～1400℃，保温反应2～4h后，随炉冷却至室温，出料，得填料，随后按重量份数计，依次取60～80份丁腈橡胶，30～40份丁基橡胶，20～30份三元乙丙橡胶，20～30份聚氨酯树脂，6～10份聚甲基丙烯酸甲酯，60～80份填料，3～5份硫磺，1～3份促进剂，1～3份防老剂，1～3份增塑剂，先将丁腈橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶于温度为40～80℃条件下塑炼20～30min，再加入聚氨酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、填料、硫磺、促进剂、防老剂和增塑剂，于温度为130～160℃条件下混炼5～15min，出料，于室温条件下静置8～12h，得混炼胶，再将所得混炼胶置于平板硫化机，于温度为160～200℃，压力为20～30MPa条件下，硫化20～60min，出料，待自然冷却至室温，即得阻尼橡胶材料。所述的促进剂为促进剂TMTD，促进剂M或促进剂ZDMC中的任意一种。所述的防老剂为防老剂288、防老剂RD和微晶蜡按质量比为1：1：1复配而成。所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯或环氧硬脂酸辛酯中的任意一种。
实例1
按质量比为1：30将碳纤维与质量分数为60%乙醇溶液混合后倒入烧杯，并将烧杯移入超声分散仪，于超声频率为40kHz条件下，超声分散10min，得分散悬浮液，再向所得分散悬浮液中加入碳纤维质量0.3倍的正硅酸乙酯，随后于温度为55℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌反应2h，待反应结束，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼移入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，再将所得干燥滤饼移入管式炉，以60mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以8℃/min速率程序升温至1200℃，保温反应2h后，随炉冷却至室温，出料，得填料，随后按重量份数计，依次取60份丁腈橡胶，30份丁基橡胶，20份三元乙丙橡胶，20份聚氨酯树脂，6份聚甲基丙烯酸甲酯，60份填料，3份硫磺，1份促进剂TMTD，1份防老剂，1份邻苯二甲酸二辛酯，先将丁腈橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶于温度为40℃条件下塑炼20min，再加入聚氨酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、填料、硫磺、促进剂TMTD、防老剂和邻苯二甲酸二辛酯，于温度为130℃条件下混炼5min，出料，于室温条件下静置8h，得混炼胶，再将所得混炼胶置于平板硫化机，于温度为160℃，压力为20MPa条件下，硫化20min，出料，待自然冷却至室温，即得阻尼橡胶材料。所述的防老剂为防老剂288、防老剂RD和微晶蜡按质量比为1：1：1复配而成。
实例2
按质量比为1：40将碳纤维与质量分数为70%乙醇溶液混合后倒入烧杯，并将烧杯移入超声分散仪，于超声频率为45kHz条件下，超声分散20min，得分散悬浮液，再向所得分散悬浮液中加入碳纤维质量0.5倍的正硅酸乙酯，随后于温度为60℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌反应3h，待反应结束，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼4次，再将洗涤后的滤饼移入烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，再将所得干燥滤饼移入管式炉，以70mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以9℃/min速率程序升温至1300℃，保温反应3h后，随炉冷却至室温，出料，得填料，随后按重量份数计，依次取70份丁腈橡胶，35份丁基橡胶，25份三元乙丙橡胶，25份聚氨酯树脂，8份聚甲基丙烯酸甲酯，70份填料，4份硫磺，2份促进剂M，2份防老剂，2份己二酸二辛酯，先将丁腈橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶于温度为60℃条件下塑炼25min，再加入聚氨酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、填料、硫磺、促进剂M、防老剂和己二酸二辛酯，于温度为145℃条件下混炼10min，出料，于室温条件下静置10h，得混炼胶，再将所得混炼胶置于平板硫化机，于温度为180℃，压力为25MPa条件下，硫化40min，出料，待自然冷却至室温，即得阻尼橡胶材料。所述的防老剂为防老剂288、防老剂RD和微晶蜡按质量比为1：1：1复配而成。
实例3
按质量比为1：50将碳纤维与质量分数为80%乙醇溶液混合后倒入烧杯，并将烧杯移入超声分散仪，于超声频率为50kHz条件下，超声分散30min，得分散悬浮液，再向所得分散悬浮液中加入碳纤维质量0.6倍的正硅酸乙酯，随后于温度为65℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应4h，待反应结束，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼移入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，再将所得干燥滤饼移入管式炉，以80mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以10℃/min速率程序升温至1400℃，保温反应4h后，随炉冷却至室温，出料，得填料，随后按重量份数计，依次取80份丁腈橡胶，40份丁基橡胶，30份三元乙丙橡胶，30份聚氨酯树脂，10份聚甲基丙烯酸甲酯，80份填料，5份硫磺，3份促进剂ZDMC，3份防老剂，3份环氧硬脂酸辛酯，先将丁腈橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶于温度为80℃条件下塑炼30min，再加入聚氨酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、填料、硫磺、促进剂ZDMC、防老剂和环氧硬脂酸辛酯，于温度为160℃条件下混炼15min，出料，于室温条件下静置12h，得混炼胶，再将所得混炼胶置于平板硫化机，于温度为200℃，压力为30MPa条件下，硫化60min，出料，待自然冷却至室温，即得阻尼橡胶材料。所述的防老剂为防老剂288、防老剂RD和微晶蜡按质量比为1：1：1复配而成。
对比例：衡水某工程橡胶有限公司生产的阻尼橡胶。
对本发明制得的阻尼橡胶材料和对比例的阻尼橡胶进行性能检测，其检测结果如表1所示：
表1
耐老化性能：老化条件为100℃×72h，性能保持率=老化后性能/老化前性能×100%。
综上所述，本发明所得阻尼橡胶材料具有较宽的阻尼温域和优异的力学性能，同时材料的耐老化性能良好，有效延长了材料使用寿命，具有较好的应用前景。
Claims (7)
1.一种阻尼橡胶材料，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：60～80份丁腈橡胶，30～40份丁基橡胶，20～30份三元乙丙橡胶，20～30份聚氨酯树脂，6～10份聚甲基丙烯酸甲酯，60～80份填料，3～5份硫磺，1～3份促进剂，1～3份防老剂，1～3份增塑剂；
所述填料具体制备步骤为：按质量比为1：30～1：50将碳纤维分散于乙醇溶液中，再向乙醇溶液中加入碳纤维质量0.3～0.6倍的正硅酸乙酯，恒温搅拌反应2～4h后，过滤、洗涤、干燥和高温反应，即得填料；
所述阻尼橡胶材料具体制备步骤如下：
（1）将丁腈橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶于温度为40～80℃条件下塑炼20～30min后，再加入聚氨酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、填料、硫磺、促进剂、防老剂和增塑剂，混炼5～15min后，静置8～12h，得混炼胶；
（2）将上述所得混炼胶进行硫化20～60min，出料，即得阻尼橡胶材料。
2.根据权利要求1所述的一种阻尼橡胶材料，其特征在于：所述的促进剂为促进剂TMTD，促进剂M或促进剂ZDMC中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种阻尼橡胶材料，其特征在于：所述的防老剂为防老剂288、防老剂RD和微晶蜡按质量比为1：1：1复配而成。
4.根据权利要求1所述的一种阻尼橡胶材料，其特征在于：所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯或环氧硬脂酸辛酯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种阻尼橡胶材料，其特征在于：所述的高温反应条件为：于管式炉中，以60～80mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以8～10℃/min速率程序升温至1200～1400℃，保温反应2～4h后，随炉冷却至室温。
6.根据权利要求1所述的一种阻尼橡胶材料，其特征在于：步骤（1）所述的混炼条件为：混炼温度为130～160℃。
7.根据权利要求1所述的一种阻尼橡胶材料，其特征在于：步骤（2）所述的硫化条件为：硫化温度160～200℃，硫化压力为20～30MPa。
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Granted publication date: 20181123 Termination date: 20190628 |
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