CN108047628A - 一种宽温域阻尼减振弹性体复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种宽温域阻尼减振弹性体复合材料及其制备方法，其配方包括纤维素醚：20%～50%、弹性体：10%～45%、烷烃：15%～30%、填料：8%～15%、消泡剂：0.3%～1%、流平剂：0.3%～1%，其制备方法包括以下步骤：将烷烃与纤维素醚混合后加热至110℃，然后加入热塑性弹性体，升温到150‑170℃完全熔化后加入填料、消泡剂和流平剂等助剂，混合均匀后在150℃保温30分钟后浇入模具中，冷却后脱模得到宽温域阻尼减振弹性体复合材料。本发明以纤维素醚为基体材料，并加入阻尼性能较好的热塑性弹性体作为主要的复合组分，使该宽温域阻尼减振弹性体复合材料在‑20～100℃范围内均具有良好的阻尼减振性能，可以满足宽温域的使用要求。

Description

一种宽温域阻尼减振弹性体复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种弹性体复合材料及其制备方法，特别是涉及一种在较宽的温度范围具有阻尼减振特性的弹性体复合材料及其制备方法。
背景技术
机械加工中由于切削会产生剧烈的振动严重影响器件加工效率和精度，为了使振动减弱，传统采用降低加工参数、使用相关支撑结构或减振固定结构等方式。机械结构受外力冲击或交变应力时也极容易产生破坏性的振动。
阻尼是将振动过程中系统振动的能量转变为其它形式能量而耗散掉的过程，其它形式的能量包括热能、电能、磁能等。阻尼性能取决于损耗因子，损耗因子越大，阻尼材料在粘弹区时，内耗越大，应力、应变的范围越大，拉伸回缩循环过程损耗的能量越大，以热形式散发的能量也越大。因此损耗因子越大，说明阻尼材料性能越好。
粘弹性是高分子材料的固有特征，粘弹性阻尼减振材料，兼有粘性液体在流动状态下损耗能量的特性和弹性固体材料存储能量的特性。高分子材料在受到交变力场的作用下发生位移滞后现象，力学损耗是其产生阻尼作用的根本原因。
温度对高分子材料的粘弹性影响很大，具有阻尼特性的高分子材料随温度的变化呈现三种力学状态：玻璃态、高弹态和粘流态。高分子材料在玻璃态时，其弹性模量很高，分子运动的能量很低，不足以克服主链内旋转的位垒，主链段几乎处于被冻结状态。在此状态下，不能将机械能转变为热能耗散掉，只能作为位能储存，阻尼因子很小。在高弹态或粘流态时，分子链段运动很容易，分子链易适应于外力作用而卷曲或伸展，因而不能吸收足够的机械能，阻尼因子也小，同样不能起到良好的减振效果。只有在由玻璃态转变为高弹态的温度范围内，部分链段作协同运动，但分子链的整体运动还不能实现，此时高聚物的弹性模量大幅度下降，并伴随着明显的力学阻尼特性，具有较高的阻尼因子，能够吸收大量的振动能量。
传统高分子阻尼材料的阻尼温域范围较小，一般只有10-20oC的温度范围，大大限制了应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽温域阻尼减振弹性体复合材料及其制备方法。
本发明的宽温域阻尼减振弹性体复合材料，其配方组成百分含量为：
纤维素醚： 20%～50%
弹性体： 10%～45%
烷烃： 15%～30%
填料： 8%～15%
消泡剂： 0.3%～1%
流平剂： 0.3%～1%
所述的纤维素醚为醚含量20～50%的甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种，也可以是上述任意两种纤维素醚的混合物，其质量百分含量为20%～50%。
所述的弹性体为乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS）、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）、热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）中的一种，也可以是上述任意两种弹性体的混合物，其质量百分含量为10%～25%。
所述的烷烃为碳链长度为C8～C20的混合直链烷烃，其质量百分含量为15%～30%。
所述的填料为碳酸钙、云母粉、滑石粉中一种，其质量百分含量为8%～15%。
所述的消泡剂为有机硅类复合消泡剂，其质量百分含量为0.3%～1%。
所述的流平剂为改性有机硅氧烷流平剂，其质量百分含量为0.3%～0.8%。
本发明的宽温域阻尼减振弹性体复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将烷烃与纤维素醚混合物后投入反应釜中，反应釜升温到110℃，保温30分钟，完全熔化搅拌均匀；
（2）将热塑性弹性体加入步骤（1）混合物反应釜中，升温到150~170℃，保温30分钟，完全熔化搅拌均匀；
（3）将填料、消泡剂、流平剂加入步骤（2）的混合物中，快速搅拌均匀，降温到150℃并保温静置30 分钟；
（4）将步骤（3）得到的混合物迅速浇注入模具中；
（5）将步骤（4）已注入物料的模具冷却至室温后脱模得到所需宽温域阻尼减振弹性体复合材料。
本发明所制备的宽温域阻尼减振弹性体复合材料特征在于：
本发明采用具有热塑性的纤维素醚为基体材料，复合了几种热塑性弹性体材料，因此该宽温域阻尼减振弹性体复合材料具有良好的热塑性，可以多次回收加工再利用。热塑性弹性体本身具有良好的阻尼效果，通过添加纤维素复合有利于提高弹性体复合材料玻璃化转变温度，通过其它添加物进一步增强了弹性体复合材料的综合性能。该宽温域阻尼减振弹性体复合材料的制备方法采用熔融法，温度条件温和，制备方法简单。该宽温域阻尼减振弹性体复合材料与振动部件接触后可以大幅减弱该部件的机械振动，且在非常宽的温度范围（-20～100℃）内均可以维持很好的阻尼性能。
附图说明
图1是实施例1的宽温域阻尼减振弹性体复合材料在-20oC时对振动幅值的降低作用。
图2是实施例2的宽温域阻尼减振弹性体复合材料在25oC时对振动幅值的降低作用。
图3是实施例3的宽温域阻尼减振弹性体复合材料在100oC时对振动幅值的降低作用。
图4是实施例4的宽温域阻尼减振弹性体复合材料在-20oC时对振动幅值的降低作用。
图5是实施例5的宽温域阻尼减振弹性体复合材料在25oC时对振动幅值的降低作用。
图6是实施例6的宽温域阻尼减振弹性体复合材料在100oC时对振动幅值的降低作用。
图7是实施例7的宽温域阻尼减振弹性体复合材料在-20oC时对振动幅值的降低作用。
图8是实施例8的宽温域阻尼减振弹性体复合材料在25oC时对振动幅值的降低作用。
图9是实施例9的宽温域阻尼减振弹性体复合材料在100oC时对振动幅值的降低作用。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，其目的仅在于更好地理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。
实施例1
将26份醚含量为45%的乙基纤维素与17份烷烃混合后加入反应釜中，缓慢加热到110oC，恒温30min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入43份SEBS，逐渐升温到150oC，待热塑性SEBS完全熔化并混合均匀后加入13份碳酸钙填料、0.5份有机硅消泡剂、0.5份有机硅氧烷流平剂，快速搅拌10min，完全混合均匀后在150oC保温30min。浇注于40oC模具中，冷却到室温后，脱模得到宽温域阻尼减振弹性体复合材料。
将厚度为1mm宽温域阻尼减振弹性体复合材料贴于被加工试片下表面，加工试片固定于带温度控制功能的加工台上（可在-40oC到100oC的范围内随意设定温度，控制精度正负5摄氏度），加工台的温度为-20oC，在同一加工条件下通过加速度传感器测得的工件振动结果如图1，图中幅值越低表明振动越弱。结果表明在-20oC宽温域阻尼减振弹性体复合材料具有优异的减振性能，振动幅值最高减弱率为97.93%。
实施例2
将26份醚含量为45%的乙基纤维素与17份烷烃混合后加入反应釜中，缓慢加热到110oC，恒温30 min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入43份SEBS，逐渐升温到150oC，待热塑性SEBS完全熔化并混合均匀后加入13份碳酸钙填料、0.5份有机硅消泡剂、0.5份有机硅氧烷流平剂，快速搅拌10 min，完全混合均匀后在150oC保温30 min。浇注于40oC模具中，冷却到室温后，脱模得到宽温域阻尼减振弹性体复合材料。
将厚度为1mm宽温域阻尼减振弹性体复合材料贴于被加工试片下表面，加工试片固定于带温度控制功能的加工台上（可在-40oC到100oC的范围内随意设定温度，控制精度正负5摄氏度），加工台的温度为25℃，在同一加工条件下通过加速度传感器测得的工件振动结果如图2，图中幅值越低表明振动越弱。结果表明在25oC宽温域阻尼减振弹性体复合材料具有优异的减振性能，振动幅值最高减弱率为97.93%。
实施例3
将26份醚含量为45%的乙基纤维素与17份烷烃混合后加入反应釜中，缓慢加热到110oC，恒温30 min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入43份SEBS，逐渐升温到150oC，待热塑性SEBS完全熔化并混合均匀后加入13份碳酸钙填料、0.5份有机硅消泡剂、0.5份有机硅氧烷流平剂，快速搅拌10 min，完全混合均匀后在150oC保温30 min。浇注于40oC模具中，冷却到室温后，脱模得到宽温域阻尼减振弹性体复合材料。
将厚度为1mm宽温域阻尼减振弹性体复合材料贴于被加工试片下表面，加工试片固定于带温度控制功能的加工台上（可在-40oC到100oC的范围内随意设定温度，控制精度正负5摄氏度），加工台的温度为100oC，在同一加工条件下通过加速度传感器测得的工件振动结果如图3，图中幅值越低表明振动越弱。结果表明在100oC宽温域阻尼减振弹性体复合材料具有优异的减振性能，振动幅值最高减弱率为97.93%
实施例4
将37份醚含量为32%的羧甲基纤维素与19份烷烃混合后加入反应釜中，缓慢加热到110oC，恒温30min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入33份SIS，逐渐升温到170oC，待热塑性SIS完全熔化并混合均匀后加入10份滑石粉填料、0.5份有机硅消泡剂、0.5份有机硅氧烷流平剂，快速搅拌10min，完全混合均匀后降温到150oC保温30min。浇注于40oC模具中，冷却到室温后，脱模得到宽温域阻尼减振弹性体复合材料。
将厚度为1mm宽温域阻尼减振弹性体复合材料贴于被加工试片下表面，加工试片固定于带温度控制功能的加工台上（可在-40oC到100oC的范围内随意设定温度，控制精度正负5摄氏度），加工台的温度为-20℃，在同一加工条件下通过加速度传感器测得的工件振动结果如图4，图中幅值越低表明振动越弱。结果表明在-20oC宽温域阻尼减振弹性体复合材料具有优异的减振性能，振动幅值最高减弱率为97.93%。
实施例5
将37份醚含量为32%的羧甲基纤维素与19份烷烃混合后加入反应釜中，缓慢加热到110oC，恒温30 min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入33份SIS，逐渐升温到170oC，待热塑性SIS完全熔化并混合均匀后加入10份滑石粉填料、0.5份有机硅消泡剂、0.5份有机硅氧烷流平剂，快速搅拌10 min，完全混合均匀后降温到150oC保温30 min。浇注于40oC模具中，冷却到室温后，脱模得到宽温域阻尼减振弹性体复合材料。
将厚度为1mm宽温域阻尼减振弹性体复合材料贴于被加工试片下表面，加工试片固定于带温度控制功能的加工台上（可在-40oC到100oC的范围内随意设定温度，控制精度正负5摄氏度），加工台的温度为25℃，在同一加工条件下通过加速度传感器测得的工件振动结果如图5，图中幅值越低表明振动越弱。结果表明在25oC宽温域阻尼减振弹性体复合材料具有优异的减振性能，振动幅值最高减弱率为97.93%。
实施例6
将37份醚含量为32%的羧甲基纤维素与19份烷烃混合后加入反应釜中，缓慢加热到110oC，恒温30 min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入33份SIS，逐渐升温到170oC，待热塑性SIS完全熔化并混合均匀后加入10份滑石粉填料、0.5份有机硅消泡剂、0.5份有机硅氧烷流平剂，快速搅拌10 min，完全混合均匀后降温到150oC保温30 min。浇注于40oC模具中，冷却到室温后，脱模得到宽温域阻尼减振弹性体复合材料。
将厚度为1mm宽温域阻尼减振弹性体复合材料贴于被加工试片下表面，加工试片固定于带温度控制功能的加工台上（可在-40oC到100oC的范围内随意设定温度，控制精度正负5摄氏度），加工台的温度为100℃，在同一加工条件下通过加速度传感器测得的工件振动结果如图6，图中幅值越低表明振动越弱。结果表明在100oC宽温域阻尼减振弹性体复合材料具有优异的减振性能，振动幅值最高减弱率为97.93%。
实施例7
将45份醚含量为32%的羧甲基纤维素与29份烷烃混合后加入反应釜中，缓慢加热到110oC，恒温30 min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入16份热塑性聚氨酯，逐渐升温到170oC，待热塑性聚氨酯完全熔化并混合均匀后加入9份滑石粉填料、0.5份有机硅消泡剂、0.5份有机硅氧烷流平剂，快速搅拌10 min，完全混合均匀后降温到150oC保温30min。浇注于40oC模具中，冷却到室温后，脱模得到宽温域阻尼减振弹性体复合材料。
将厚度为1mm宽温域阻尼减振弹性体复合材料贴于被加工试片下表面，加工试片固定于带温度控制功能的加工台上（可在-40oC到100oC的范围内随意设定温度，控制精度正负5摄氏度），加工台的温度为-20℃，在同一加工条件下通过加速度传感器测得的工件振动结果如图7，图中幅值越低表明振动越弱。结果表明在-20oC宽温域阻尼减振弹性体复合材料具有优异的减振性能，振动幅值最高减弱率为97.93%。
实施例8
将45份醚含量为32%的羧甲基纤维素与29份烷烃混合后加入反应釜中，缓慢加热到110oC，恒温30 min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入16份热塑性聚氨酯，逐渐升温到170oC，待热塑性聚氨酯完全熔化并混合均匀后加入9份滑石粉填料、0.5份有机硅消泡剂、0.5份有机硅氧烷流平剂，快速搅拌10 min，完全混合均匀后降温到150oC保温30min。浇注于40oC模具中，冷却到室温后，脱模得到宽温域阻尼减振弹性体复合材料。
将厚度为1mm宽温域阻尼减振弹性体复合材料贴于被加工试片下表面，加工试片固定于带温度控制功能的加工台上（可在-40oC到100oC的范围内随意设定温度，控制精度正负5摄氏度），加工台的温度为25℃，在同一加工条件下通过加速度传感器测得的工件振动结果如图8，图中幅值越低表明振动越弱。结果表明在25oC宽温域阻尼减振弹性体复合材料具有优异的减振性能，振动幅值最高减弱率为97.93%。
实施例9
将45份醚含量为32%的羧甲基纤维素与29份烷烃混合后加入反应釜中，缓慢加热到110oC，恒温30 min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入16份热塑性聚氨酯，逐渐升温到170oC，待热塑性聚氨酯完全熔化并混合均匀后加入9份滑石粉填料、0.5份有机硅消泡剂、0.5份有机硅氧烷流平剂，快速搅拌10 min，完全混合均匀后降温到150oC保温30min。浇注于40oC模具中，冷却到室温后，脱模得到宽温域阻尼减振弹性体复合材料。
将厚度为1mm宽温域阻尼减振弹性体复合材料贴于被加工试片下表面，加工试片固定于带温度控制功能的加工台上（可在-40oC到100oC的范围内随意设定温度，控制精度正负5摄氏度），加工台的温度为100℃，在同一加工条件下通过加速度传感器测得的工件振动结果如图9，图中幅值越低表明振动越弱。结果表明在100oC宽温域阻尼减振弹性体复合材料具有优异的减振性能，振动幅值最高减弱率为97.93%。

Claims (8)

1.一种宽温域阻尼减振弹性体复合材料，其特征在于配方组成的质量百分含量为：
纤维素醚： 20%～50%
弹性体： 10%～45%
烷烃： 15%～30%
填料： 8%～15%
消泡剂： 0.3%～1%
流平剂： 0.3%～1%
所述的宽温域温度范围为-20～100℃。
2.根据权利要求1所述的宽温域阻尼减振弹性体复合材料，其特征在于所述的纤维素醚为醚含量20～50%的甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种，也可以是上述任意两种纤维素醚的混合物。
3.根据权利要求1所述的宽温域阻尼减振弹性体复合材料，其特征在于所述的弹性体为乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS）、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）、热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）中的一种，也可以是上述任意两种弹性体的混合物。
4.根据权利要求1所述的宽温域阻尼减振弹性体复合材料，其特征在于所述的烷烃为碳链长度为C8～C20的混合烷烃。
5.根据权利要求1所述的宽温域阻尼减振弹性体复合材料，其特征在于所述的填料为碳酸钙、云母粉、滑石粉中一种。
6.根据权利要求1所述的宽温域阻尼减振弹性体复合材料，其特征在于所述的消泡剂为有机硅类复合消泡剂。
7.根据权利要求1所述的宽温域阻尼减振弹性体复合材料，其特征在于所述的流平剂为改性有机硅氧烷流平剂。
8.根据权利要求1所述的宽温域阻尼减振弹性体复合材料的方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：将烷烃与纤维素醚混合物后投入反应釜中，反应釜升温到110 ℃，保温30分钟，完全熔化搅拌均匀；将热塑性弹性体加入步骤（1）混合物反应釜中，升温到150~170℃，保温30分钟，完全熔化搅拌均匀；将填料、消泡剂、流平剂加入步骤（2）的混合物中，快速搅拌均匀，降温到150 ℃并保温静置30 分钟；将步骤（3）得到的混合物迅速浇注入模具中；将步骤（4）已注入物料的模具冷却至室温后脱模得到所需宽温域阻尼减振弹性体复合材料。
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