CN108250682A - 一种宽温域阻尼减振复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽温域阻尼减振复合材料及其制备方法，属于功能材料技术领域。本发明通过对氧化锌晶须进行表面处理，使其结构表面更好地被聚合物链段包覆，链段运动时产生更多的界面阻尼效应，并和笼型聚倍半硅氧烷结合，两者之间的滑移可以有效增加损耗，再引入质量弹簧模型，把聚氨酯弹性体看成弹簧，具有质量的氧化锌晶须作为振子，形成局域共振，最后分散在橡胶中，在粘弹性耗能的同时，外部的振动与内部的质量块发生谐振，使振动逐渐衰减，从阻尼复合材料的整体结构上看，和内部的质量块的局域共振与外部的粘弹性耗能协同作用，提高阻尼复合材料的阻尼性能。

Description

一种宽温域阻尼减振复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种宽温域阻尼减振复合材料及其制备方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
随着科学技术和现代工业的发展，机械设备趋于高速化和自动化，大功率机械不断增多，随之引起的振动、噪声和疲劳失效问题也日益严重。振动不仅影响了机械设备性能的提高，严重破坏了机械设备运行的稳定性和可靠性，并引起了设备的疲劳和使用寿命的下降，这不可避免地增加了企业保养、维修以及替代的成本；而且振动产生的大量噪音污染了环境，同时也干扰了人们的生活，危害了人们的身体健康，使人疲倦、耳鸣，严重者甚至丧失工作能力，如果长期在85dB以上的环境中，就会导致噪声性耳聋。
为了解决工程中振动和噪声问题，人们研究并开发了多种方法和技术措施，其中阻尼技术是控制结构共振和噪声的最有效方法，是解决减振、降噪问题的最重要手段。通常把系统损耗振动能或声能的能力称为阻尼。阻尼越大，系统从受激振动到回复到受激前的状态所经历的时间就越短，所以阻尼也可以理解为系统受激后恢复到受激前状态的一种能力。
阻尼的基本原理是损耗能量，各种阻尼技术都是围绕如何把受激振动机械能转化为其他形式的能量，如热能、变形能等，从而达到减振降噪的功能和目的。随着高新技术的发展，对阻尼材料的要求愈来愈高。无论是传统的军工、机械领域，还是宇航工业、家电、建筑领域，阻尼材料作为一类环保功能材料，将向着高性能、宽温域、智能化、精细化的方向发展，但是在拓宽阻尼温度范围的同时，不可避免地降低了阻尼峰的高度。因此，研制和开发综合性能优异的阻尼材料已成为研究热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对阻尼材料在拓宽阻尼温度范围的同时，不可避免地降低了阻尼峰的高度的问题，提供了一种宽温域阻尼减振复合材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种宽温域阻尼减振复合材料，所述阻尼减振复合材料包括下述重量份原料：
25～35份乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM800，25～35份乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM900，1～2份硬脂酸，1～3份防老剂，50～70份弹性体振子，10～15份邻苯二甲酸二辛酯，5～8份偶氮二酰胺，1～2份二硫化四甲基秋兰姆，1～2份升华硫。
所述弹性体振子由聚氨酯SMPU402、环氧树脂、聚醚胺D400、改性氧化锌晶须、笼型聚倍半硅氧烷固化制得。
所述各物料的重量份为20～30份聚氨酯SMPU402，70～80份环氧树脂，20～25份聚醚胺D400，1～2份改性氧化锌晶须，3～5份笼型聚倍半硅氧烷。
所述环氧树脂为CYD-127、E-51、E-55中的任意一种。
所述改性氧化锌晶须为氧化锌晶须经其质量10%的硅烷偶联剂KH-550改性制得。
所述防老剂为防老剂RD、4010NA中的一种或两种。
所述的一种宽温域阻尼减振复合材料的制备方法，具体步骤为：
（1）将硅烷偶联剂KH-550加入乙醇溶液中水解，再加入氧化锌晶须搅拌5～12h，过滤水洗后干燥，得改性氧化锌晶须；
（2）取聚氨酯SMPU402、环氧树脂、聚醚胺D400、改性氧化锌晶须、笼型聚倍半硅氧烷混合均匀后蒸发2～3h，真空脱泡后在80～120℃下固化8～12h，冷却脱模后粉碎，过40目筛，得弹性体振子；
（3）取乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM800、乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM900、硬脂酸、防老剂，加入转矩流变仪中进行混炼8～12min，控制温度为120～160℃，转速为80～100r/min，再加入弹性体振子、邻苯二甲酸二辛酯，继续混炼8～12min，冷却至室温得混炼胶；
（4）将混炼胶转入开炼机中开炼，控制温度为60～80℃，辊速为20～30r/min，再加入偶氮二酰胺、二硫化四甲基秋兰姆、升华硫，薄通3～6次后出片，静置20～24h后置于平板硫化机上，在160～180℃，12～15MPa下模压硫化10～15min，取出后室温放置20～24h，得宽温域阻尼减振复合材料。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明通过对氧化锌晶须进行表面处理，使其结构表面更好地被聚合物链段包覆，链段运动时产生更多的界面阻尼效应，并和笼型聚倍半硅氧烷结合，两者之间的滑移可以有效增加损耗，氧化锌晶须的三维空间结构可以在金属与活性介质中形成物理屏障，阻碍渗透扩散的进行，同时氧化锌晶须与笼型聚倍半硅氧烷之间形成很多个独立的错层式结构，产生一种特定的“错位”效应，相对滑移更加容易，除了可以形成许多小空间降低收缩应力和膨胀系数又可以通过片层之间的相对滑移增加更多的能量耗散从而提高阻尼性；
（2）本发明在阻尼复合材料中引入质量弹簧模型，把聚氨酯弹性体看成弹簧，具有质量的氧化锌晶须作为振子，形成局域共振，在粘弹性耗能的同时，外部的振动与内部的质量块发生谐振，使振动逐渐衰减，从阻尼复合材料的整体结构上看，和内部的质量块的局域共振与外部的粘弹性耗能协同作用，提高阻尼复合材料的阻尼性能；
（3）本发明将多种聚合物以物理或化学的方式混合，制备互穿网络聚合物，拓宽材料的有效阻尼温域，有效阻尼温域△T最宽可达40～60℃。
具体实施方式
取0.3～0.5g硅烷偶联剂KH-550，加入50～80g质量分数为90%乙醇溶液中，在50～60℃下，以300～400r/min搅拌20～30min，再加入3～5g氧化锌晶须，继续搅拌5～12h，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣3～5次，再置于真空干燥箱中，在80～90℃下干燥12～24h，得改性氧化锌晶须，取20～30g聚氨酯SMPU402，70～80g环氧树脂，20～25g聚醚胺D400，1～2g改性氧化锌晶须，3～5g笼型聚倍半硅氧烷，以300～400r/min搅拌30～40min，并置于旋转蒸发仪上减压蒸发2～3h，真空脱泡后置于烘箱中，在80～120℃下固化8～12h，冷却脱模后加入粉碎机中粉碎，过40目筛，得弹性体振子，取25～35g乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM800，25～35g乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM900，1～2g硬脂酸，1～3g防老剂，加入转矩流变仪中进行混炼8～12min，控制温度为120～160℃，转速为80～100r/min，再加入50～70g弹性体振子，10～15g邻苯二甲酸二辛酯，继续混炼8～12min，冷却至室温得混炼胶，将混炼胶转入开炼机中开炼，控制温度为60～80℃，辊速为20～30r/min，再加入5～8g偶氮二酰胺，1～2g二硫化四甲基秋兰姆，1～2g升华硫，薄通3～6次后出片，静置20～24h后置于平板硫化机上，在160～180℃，12～15MPa下模压硫化10～15min，取出后室温放置20～24h，得宽温域阻尼减振复合材料。
实例1
取0.3g硅烷偶联剂KH-550，加入50g质量分数为90%乙醇溶液中，在50℃下，以300r/min搅拌20min，再加入3g氧化锌晶须，继续搅拌5h，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣3次，再置于真空干燥箱中，在80℃下干燥12h，得改性氧化锌晶须，取20g聚氨酯SMPU402，80g环氧树脂，20g聚醚胺D400，1g改性氧化锌晶须，3g笼型聚倍半硅氧烷，以300r/min搅拌30min，并置于旋转蒸发仪上减压蒸发2h，真空脱泡后置于烘箱中，在80℃下固化8h，冷却脱模后加入粉碎机中粉碎，过40目筛，得弹性体振子，取25g乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM800，25g乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM900，1g硬脂酸，1g防老剂，加入转矩流变仪中进行混炼8min，控制温度为120℃，转速为80r/min，再加入50g弹性体振子，10g邻苯二甲酸二辛酯，继续混炼8min，冷却至室温得混炼胶，将混炼胶转入开炼机中开炼，控制温度为60℃，辊速为20r/min，再加入5g偶氮二酰胺，1g二硫化四甲基秋兰姆，1g升华硫，薄通3次后出片，静置20h后置于平板硫化机上，在160℃，12MPa下模压硫化10min，取出后室温放置20h，得宽温域阻尼减振复合材料。
实例2
取0.4g硅烷偶联剂KH-550，加入60g质量分数为90%乙醇溶液中，在55℃下，以350r/min搅拌25min，再加入4g氧化锌晶须，继续搅拌8h，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣4次，再置于真空干燥箱中，在85℃下干燥16h，得改性氧化锌晶须，取25g聚氨酯SMPU402，75g环氧树脂，22g聚醚胺D400，1.5g改性氧化锌晶须，4g笼型聚倍半硅氧烷，以350r/min搅拌35min，并置于旋转蒸发仪上减压蒸发2h，真空脱泡后置于烘箱中，在100℃下固化10h，冷却脱模后加入粉碎机中粉碎，过40目筛，得弹性体振子，取30g乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM800，30g乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM900，1g硬脂酸，2g防老剂，加入转矩流变仪中进行混炼10min，控制温度为140℃，转速为90r/min，再加入60g弹性体振子，12g邻苯二甲酸二辛酯，继续混炼10min，冷却至室温得混炼胶，将混炼胶转入开炼机中开炼，控制温度为70℃，辊速为25r/min，再加入6g偶氮二酰胺，1g二硫化四甲基秋兰姆，1g升华硫，薄通4次后出片，静置22h后置于平板硫化机上，在170℃，13MPa下模压硫化12min，取出后室温放置22h，得宽温域阻尼减振复合材料。
实例3
取0.5g硅烷偶联剂KH-550，加入80g质量分数为90%乙醇溶液中，在60℃下，以400r/min搅拌30min，再加入5g氧化锌晶须，继续搅拌12h，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣5次，再置于真空干燥箱中，在90℃下干燥24h，得改性氧化锌晶须，取30g聚氨酯SMPU402，80g环氧树脂，25g聚醚胺D400，2g改性氧化锌晶须，5g笼型聚倍半硅氧烷，以400r/min搅拌40min，并置于旋转蒸发仪上减压蒸发3h，真空脱泡后置于烘箱中，在120℃下固化12h，冷却脱模后加入粉碎机中粉碎，过40目筛，得弹性体振子，取35g乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM800，35g乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM900，2g硬脂酸，3g防老剂，加入转矩流变仪中进行混炼12min，控制温度为160℃，转速为100r/min，再加入70g弹性体振子，15g邻苯二甲酸二辛酯，继续混炼12min，冷却至室温得混炼胶，将混炼胶转入开炼机中开炼，控制温度为80℃，辊速为30r/min，再加入8g偶氮二酰胺，2g二硫化四甲基秋兰姆，2g升华硫，薄通6次后出片，静置24h后置于平板硫化机上，在180℃，15MPa下模压硫化15min，取出后室温放置24h，得宽温域阻尼减振复合材料。
对照例：河南某公司生产的阻尼减振材料。
将实例及对照例的阻尼减振材料进行检测，具体检测如下：
硫化特性按GB/T9869-2014测试；拉伸性能按GB/T528-2009测试，试样为哑铃状，拉伸速度500mm/min；撕裂性能按GB/T529-2008测试，试样为直角形，拉伸速度500mm/min。 DMA测试：采用动态力学分析仪对试样进行测试。测试条件：拉伸形变模式，频率10Hz，升温速率3℃/min，测试温度范围－100～100℃，最大振幅为15μm。 SEM测试：采用扫描电镜进行测试。 DIN磨耗：采用DIN磨耗试验机，按GB/T9867－2008测定。 耐疲劳性：采用橡胶压缩生热试验机，按GB/T1687－1993测定硫化胶的压缩疲劳性能。试样为高25mm、直径为18mm的圆柱体，实验温度为55℃，负荷为1MPa，冲程为4.45mm，压缩频率为30Hz，测试试样在压缩过程中的疲劳温升和变形率。
具体检测结果如表1。
表1性能表征对比表
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
拉伸强度，MPa 13.1 13.6 13.8 11.5
撕裂强度，kN/m 32.7 33.5 33.8 29.6
磨耗，cm3/40m 0.078 0.072 0.069 0.122
有效阻尼温域△T，℃ 46.2 53.6 60.1 28.4
阻尼损耗因子 0.49 0.51 0.57 0.44
由表1可知，本发明制备的宽温域阻尼减振复合材料具有良好的有效阻尼温域，阻尼性能好。

Claims (7)

1.一种宽温域阻尼减振复合材料，其特征在于，所述阻尼减振复合材料包括下述重量份原料：
25～35份乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM800，25～35份乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM900，1～2份硬脂酸，1～3份防老剂，50～70份弹性体振子，10～15份邻苯二甲酸二辛酯，5～8份偶氮二酰胺，1～2份二硫化四甲基秋兰姆，1～2份升华硫。
2.如权利要求1所述的一种宽温域阻尼减振复合材料，其特征在于，所述弹性体振子由聚氨酯SMPU402、环氧树脂、聚醚胺D400、改性氧化锌晶须、笼型聚倍半硅氧烷固化制得。
3.如权利要求2所述的一种宽温域阻尼减振复合材料，其特征在于，所述各物料的重量份为20～30份聚氨酯SMPU402，70～80份环氧树脂，20～25份聚醚胺D400，1～2份改性氧化锌晶须，3～5份笼型聚倍半硅氧烷。
4.如权利要求2所述的一种宽温域阻尼减振复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为CYD-127、E-51、E-55中的任意一种。
5.如权利要求2所述的一种宽温域阻尼减振复合材料，其特征在于，所述改性氧化锌晶须为氧化锌晶须经其质量10%的硅烷偶联剂KH-550改性制得。
6.如权利要求1所述的一种宽温域阻尼减振复合材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂RD、4010NA中的一种或两种。
7.如权利要求1～6任意一项所述的一种宽温域阻尼减振复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）将硅烷偶联剂KH-550加入乙醇溶液中水解，再加入氧化锌晶须搅拌5～12h，过滤水洗后干燥，得改性氧化锌晶须；
（2）取聚氨酯SMPU402、环氧树脂、聚醚胺D400、改性氧化锌晶须、笼型聚倍半硅氧烷混合均匀后蒸发2～3h，真空脱泡后在80～120℃下固化8～12h，冷却脱模后粉碎，过40目筛，得弹性体振子；
（3）取乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM800、乙烯－醋酸乙烯酯橡胶EVM900、硬脂酸、防老剂，加入转矩流变仪中进行混炼8～12min，控制温度为120～160℃，转速为80～100r/min，再加入弹性体振子、邻苯二甲酸二辛酯，继续混炼8～12min，冷却至室温得混炼胶；
（4）将混炼胶转入开炼机中开炼，控制温度为60～80℃，辊速为20～30r/min，再加入偶氮二酰胺、二硫化四甲基秋兰姆、升华硫，薄通3～6次后出片，静置20～24h后置于平板硫化机上，在160～180℃，12～15MPa下模压硫化10～15min，取出后室温放置20～24h，得宽温域阻尼减振复合材料。
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