CN108485090A - 一种高阻尼橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种高阻尼橡胶，其特征在于，按质量份数计，包括如下原料：氯化丁基橡胶80‑120份、碳黑20‑60份、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末10‑50份、低分子蜡2‑5份、环烷油6‑15份、氧化镁0.2‑1份、硫磺1‑3份、硫化剂1‑5份、氧化锌2‑6份、促进剂0.5‑1.5份、石油树脂1‑6份。本发明高阻尼橡胶，通过填充一定份数的石墨烯包覆PZT颗粒，使得橡胶峰值阻尼系数提高，从而使提升橡胶的减振效果。另外，不需额外填加导电物质使得橡胶的加工更方便、综合性能更优异，有效克服常规PZT陶瓷和导电碳黑复合填充的橡胶综合性能差的技术问题。

Description

一种高阻尼橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶技术领域，具体涉及一种高阻尼橡胶及其制备方法。

背景技术

振动现象普遍存在于人们的生产和生活中，振动的危害几乎涉及到国民经济的主要工业领域。据有关统计显示，除工厂和建筑施工之外，轨道交通系统引起的环境振动，主要是建筑物的振动，是公众反映最强烈的振动污染。另外，航空航天和航海等领域均存在不同程度的振动和噪声问题。火箭、卫星失效分析结果表明，约2/3的故障与振动和噪声有关。并且，强的噪声会引起耳部的不适，如造成耳鸣、耳痛、听力损伤，据测定，超过115dB的噪声还会造成耳聋。噪声污染已列入当今世界影响人类生存状态的三大环境公害之一。因此振动和噪声问题是当前环境工程领域急需解决的重要课题。阻尼材料是一种具有减振降噪和一定密封性的特种材料，可广泛用于飞机、船舶、车辆和各种机械，高分子阻尼材料是阻尼材料中最有效的一类，其阻尼性能比高阻尼合金高出1-2个数量级，因此高分子阻尼材料已成为阻尼材料的主要研究方向。

橡胶阻尼材料以其优异的减振降噪性能在汽车、船舶、航空航天等诸多领域得到了越来越多的应用能功率模块发热较大，因此需要良好的散热设计以解决可靠性问题，现有的对于提升橡胶类阻尼材料的阻尼系数的方案中有使用PZT陶瓷粉末与橡胶进行复合来制作高阻尼橡胶材料的技术方案，但需要填加大量的导电碳黑进行导电链的构建，才能将压电电荷导出耗散掉，这种做法不仅阻尼系数提升幅度较低，而且还影响橡胶的加工制备和最终的力学性能。

发明内容：

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高阻尼橡胶，旨在解决常规PZT陶瓷和导电碳黑复合填充的橡胶阻尼系数低和导致的综合性能变差的技术问题。

本发明采用以下技术方案：

一种高阻尼橡胶，其特征在于，按质量份数计，包括如下原料：氯化丁基橡胶80-120份、碳黑20-60份、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末10-50份、低分子蜡2-5份、环烷油6-15份、氧化镁0.2-1份、硫磺1-3份、硫化剂1-5份、氧化锌2-6份、促进剂0.5-1.5份、石油树脂1-6份。

优选地，包括如下原料：氯化丁基橡胶100份、碳黑40份、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末30份、低分子蜡3份、环烷油10份、氧化镁0.5份、硫磺2份、硫化剂3份、氧化锌5份、促进剂1份、石油树脂5份。

进一步优选地，所述碳黑为高耐磨炉黑。

进一步优选地，所述硫化剂为氨基甲酸乙酯。

进一步优选地，所述促进剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬质酸钡、及硬脂酸钙中的一种或多种组合。

进一步优选地，所述低分子蜡为聚乙烯蜡。

进一步优选地，所述石墨烯包覆PZT陶瓷粉末的粒径范围是0.1μm-500μm。

进一步优选地，所述石墨烯包覆PZT陶瓷粉末的粒径范围是0.1μm-100μm。

进一步优选地，所述石墨烯包覆PZT陶瓷粉末制备方法，包括如下步骤：将PZT陶瓷粒子和乙醇水解的硅烷偶联剂KH550加入高速搅拌机内，在高速搅拌的条件下进行混合，将PZT陶瓷粒子在70-90度条件下，搅拌10-20分钟，逐渐加入含有2％环氧树脂和40％石墨烯的溶液，持续在70-90度加热条件下搅拌20-40分钟，将干燥后的石墨烯包覆PZT陶瓷粉末包装待用。

一种高阻尼橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将氯化丁基橡胶在开炼机上塑化炼胶5-10分钟，温度为50-80度；

(2)将步骤(1)得到的氯化丁基橡胶投入密炼机中，一次投入低分子蜡、石油树脂、碳黑、氧化镁、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末、环烷油、氧化锌，于70-85度条件下混炼5-15分钟，混合料冷却至室温，再加入硫磺、硫化剂以及促进剂，室温混炼5-15分钟，出料，得到高阻尼橡胶。

高阻尼橡胶在温度5度以下条件下存储。

本发明的有益效果：

(1)用于制作高阻尼橡胶的石墨烯包覆PZT陶瓷粉末，表面石墨烯良好的导电特性使得PZT陶瓷颗粒具有导电特性，不需要额外的导电物质来辅助导电链的构建，使得橡胶具有导电特性，容易将压电电荷进行传递耗散，从而提升电和热的转换效率，更有力于将振动能转化为热能耗散掉，从此提升橡胶的阻尼系数。

(2)本发明高阻尼橡胶，通过填充一定份数的石墨烯包覆PZT颗粒，使得橡胶峰值阻尼系数提高，从而使提升橡胶的减振效果。另外，不需额外填加导电物质使得橡胶的加工更方便、综合性能更优异，有效克服常规PZT陶瓷和导电碳黑复合填充的橡胶综合性能差的技术问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

高阻尼橡胶的制备

原料包括有氯化丁基橡胶100份、高耐磨炉黑40份、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末20份、聚乙烯蜡3份、环烷油10份、氧化镁0.5份、硫磺2份、氨基甲酸乙酯3份、氧化锌5份、硬脂酸1份、石油树脂5份。

制备包括表面包覆石墨烯的PZT陶瓷粒子：将市场购买的PZT陶瓷粒子和乙醇水解的硅烷偶联剂KH550加入高速搅拌机内，在高速搅拌的条件下进行混合，将PZT陶瓷粒子在80度条件下搅拌15分钟，实现粒子的表面处理，逐渐加入含有2％环氧树脂和40％石墨烯的溶液，持续在80度加热条件下搅拌30分钟，将干燥后的石墨烯包覆PZT陶瓷粉末包装待用。石墨烯包覆PZT陶瓷粉末的粒径范围是0.1μm-500μm。

制备高阻尼橡胶：氯化丁基橡胶在开炼机上60度下塑化炼胶5分钟，将氯化丁基橡胶投入密炼机中，一次投入低分子蜡、石油树脂、碳黑、氧化镁、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末、环烷油、氧化锌，于75度条件下混炼10分钟，混合料冷却至室温；再加入硫磺、硫化剂以及促进剂。室温混炼5分钟，出料，得到高阻尼橡胶。

高阻尼橡胶在温度5度以下条件下存储。

实施例2：

高阻尼橡胶的制备

原料包括有氯化丁基橡胶100份、高耐磨炉黑40份、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末30份、聚乙烯蜡3份、环烷油10份、氧化镁0.5份、硫磺2份、氨基甲酸乙酯3份、氧化锌5份、硬脂酸锌1份、石油树脂5份。

制备包括表面包覆石墨烯的PZT陶瓷粒子：将市场购买的PZT陶瓷粒子和乙醇水解的硅烷偶联剂KH550加入高速搅拌机内，在高速搅拌的条件下进行混合，将PZT陶瓷粒子在80度条件下搅拌15分钟，实现粒子的表面处理，逐渐加入含有2％环氧树脂和40％石墨烯的溶液，持续在80度加热条件下搅拌30分钟，将干燥后的石墨烯包覆PZT陶瓷粉末包装待用。石墨烯包覆PZT陶瓷粉末的粒径范围是0.1μm-100μm。

制备高阻尼橡胶：氯化丁基橡胶在开炼机上60度下塑化炼胶5分钟，将氯化丁基橡胶投入密炼机中，一次投入低分子蜡、石油树脂、碳黑、氧化镁、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末、环烷油、氧化锌，于75度条件下混炼10分钟，混合料冷却至室温；再加入硫磺、硫化剂以及促进剂。室温混炼5分钟，出料，得到高阻尼橡胶。

高阻尼橡胶在温度5度以下条件下存储。

实施例3：

高阻尼橡胶的制备

原料包括有氯化丁基橡胶100份、高耐磨炉黑40份、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末50份、聚乙烯蜡3份、环烷油10份、氧化镁0.5份、硫磺2份、氨基甲酸乙酯3份、氧化锌5份、硬质酸钡1份、石油树脂5份。

制备包括表面包覆石墨烯的PZT陶瓷粒子：将市场购买的PZT陶瓷粒子和乙醇水解的硅烷偶联剂KH550加入高速搅拌机内，在高速搅拌的条件下进行混合，将PZT陶瓷粒子在80度条件下搅拌15分钟，实现粒子的表面处理，逐渐加入含有2％环氧树脂和40％石墨烯的溶液，持续在80度加热条件下搅拌30分钟，将干燥后的石墨烯包覆PZT陶瓷粉末包装待用。石墨烯包覆PZT陶瓷粉末的粒径范围是0.1μm-500μm。

制备高阻尼橡胶：氯化丁基橡胶在开炼机上60度下塑化炼胶5分钟，将氯化丁基橡胶投入密炼机中，一次投入低分子蜡、石油树脂、碳黑、氧化镁、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末、环烷油、氧化锌，于75度条件下混炼10分钟，混合料冷却至室温；再加入硫磺、硫化剂以及促进剂。室温混炼5分钟，出料，得到高阻尼橡胶。

高阻尼橡胶在温度5度以下条件下存储。

实施例4：

高阻尼橡胶的制备

原料包括有氯化丁基橡胶80份、高耐磨炉黑20份、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末30份、聚乙烯蜡5份、环烷油15份、氧化镁0.2份、硫磺3份、氨基甲酸乙酯1份、氧化锌6份、硬脂酸钙0.5份、石油树脂1份。

制备包括表面包覆石墨烯的PZT陶瓷粒子：将市场购买的PZT陶瓷粒子和乙醇水解的硅烷偶联剂KH550加入高速搅拌机内，在高速搅拌的条件下进行混合，将PZT陶瓷粒子在70度条件下搅拌20分钟，实现粒子的表面处理，逐渐加入含有2％环氧树脂和40％石墨烯的溶液，持续在90度加热条件下搅拌20分钟，将干燥后的石墨烯包覆PZT陶瓷粉末包装待用。石墨烯包覆PZT陶瓷粉末的粒径范围是0.1μm-100μm。

制备高阻尼橡胶：氯化丁基橡胶在开炼机上50度下塑化炼胶8分钟，将氯化丁基橡胶投入密炼机中，一次投入低分子蜡、石油树脂、碳黑、氧化镁、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末、环烷油、氧化锌，于70度条件下混炼15分钟，混合料冷却至室温；再加入硫磺、硫化剂以及促进剂。室温混炼15分钟，出料，得到高阻尼橡胶。

高阻尼橡胶在温度5度以下条件下存储。

实施例5：

高阻尼橡胶的制备

原料包括有氯化丁基橡胶120份、高耐磨炉黑60份、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末10份、聚乙烯蜡2份、环烷油6份、氧化镁1份、硫磺1份、氨基甲酸乙酯5份、氧化锌2份、硬脂酸钙0.5份、硬脂酸锌0.5份、硬脂酸钡0.5份石油树脂6份。

制备包括表面包覆石墨烯的PZT陶瓷粒子：将市场购买的PZT陶瓷粒子和乙醇水解的硅烷偶联剂KH550加入高速搅拌机内，在高速搅拌的条件下进行混合，将PZT陶瓷粒子在90度条件下搅拌10分钟，实现粒子的表面处理，逐渐加入含有2％环氧树脂和40％石墨烯的溶液，持续在70度加热条件下搅拌40分钟，将干燥后的石墨烯包覆PZT陶瓷粉末包装待用。石墨烯包覆PZT陶瓷粉末的粒径范围是0.1μm-500μm。

制备高阻尼橡胶：氯化丁基橡胶在开炼机上80度下塑化炼胶5分钟，将氯化丁基橡胶投入密炼机中，一次投入低分子蜡、石油树脂、碳黑、氧化镁、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末、环烷油、氧化锌，于85度条件下混炼5分钟，混合料冷却至室温；再加入硫磺、硫化剂以及促进剂。室温混炼10分钟，出料，得到高阻尼橡胶。

高阻尼橡胶在温度5度以下条件下存储。

对比例：

高阻尼橡胶的制备

原料包括有氯化丁基橡胶100份、高耐磨炉黑40份、导电碳黑30份、PZT陶瓷粉末50份、聚乙烯蜡3份、环烷油10份、氧化镁0.5份、硫磺2份、氨基甲酸乙酯3份、氧化锌5份、硬脂酸1份、石油树脂5份。

制作方法参照实施例1中制备高阻尼橡胶的方法。

性能测试：

将上述实施例1-3和对比例制备的高阻尼橡胶性能进行测定，各项性能测试结果见下表：

从上表1的实施例1-3可以看出，石墨烯包覆PZT陶瓷粉末提升了阻尼系数，加工更容易，力学性能更优异。对比例则性能较差，未经过石墨烯处理的PZT陶瓷粉末与导电碳黑组合加工难度大，力学性能差，阻尼性能差于实施例3。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高阻尼橡胶，其特征在于，按质量份数计，包括如下原料：氯化丁基橡胶80-120份、碳黑20-60份、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末10-50份、低分子蜡2-5份、环烷油6-15份、氧化镁0.2-1份、硫磺1-3份、硫化剂1-5份、氧化锌2-6份、促进剂0.5-1.5份、石油树脂1-6份。

2.根据权利要求1所述的一种高阻尼橡胶，其特征在于，包括如下原料：氯化丁基橡胶100份、碳黑40份、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末30份、低分子蜡3份、环烷油10份、氧化镁0.5份、硫磺2份、硫化剂3份、氧化锌5份、促进剂1份、石油树脂5份。

3.根据权利要求1或2所述的一种高阻尼橡胶，其特征在于，所述碳黑为高耐磨炉黑。

4.根据权利要求1或2所述的一种高阻尼橡胶，其特征在于，所述硫化剂为氨基甲酸乙酯。

5.根据权利要求1或2所述的一种高阻尼橡胶，其特征在于，所述促进剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬质酸钡、及硬脂酸钙中的一种或多种组合。

6.根据权利要求1或2所述的一种高阻尼橡胶，其特征在于，所述低分子蜡为聚乙烯蜡。

7.根据权利要求1或2所述的一种高阻尼橡胶，其特征在于，所述石墨烯包覆PZT陶瓷粉末的粒径范围是0.1μm-500μm。

8.根据权利要求7所述的一种高阻尼橡胶，其特征在于，所述石墨烯包覆PZT陶瓷粉末的粒径范围是0.1μm-100μm。

9.根据权利要求1或2所述的一种高阻尼橡胶，其特征在于，所述石墨烯包覆PZT陶瓷粉末制备方法，包括如下步骤：将PZT陶瓷粒子和乙醇水解的硅烷偶联剂KH550加入高速搅拌机内，在高速搅拌的条件下进行混合，将PZT陶瓷粒子在70-90度条件下，搅拌10-20分钟，逐渐加入含有2％环氧树脂和40％石墨烯的溶液，持续在70-90度加热条件下搅拌20-40分钟，将干燥后的石墨烯包覆PZT陶瓷粉末包装待用。

10.一种高阻尼橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将氯化丁基橡胶在开炼机上塑化炼胶5-10分钟，温度为50-80度；

(2)将步骤(1)得到的氯化丁基橡胶投入密炼机中，一次投入低分子蜡、石油树脂、碳黑、氧化镁、石墨烯包覆PZT陶瓷粉末、环烷油、氧化锌，于70-85度条件下混炼5-15分钟，混合料冷却至室温，再加入硫磺、硫化剂以及促进剂，室温混炼5-15分钟，出料，得到高阻尼橡胶。