CN109553823A - 船舶管道包覆用橡胶阻尼材料及制备方法 - Google Patents

船舶管道包覆用橡胶阻尼材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种船舶管道包覆用橡胶阻尼材料及制备方法，将聚氯乙烯PVC、硬脂酸锌、硬脂酸钡和邻苯二甲酸二辛酯DOP在高速捏合机中低速搅拌，得到预塑化好的PVC粉料，与塑炼后的丁腈橡胶共混制备合金胶，再与丁腈橡胶、氯化丁基橡胶和聚乙烯醋酸乙烯酯橡胶EVM、硬脂酸、防老剂、氧化锌、无机填料、阻燃剂、炭黑以及软化剂混炼，加入硫磺、促进剂，捣炼薄通后下片，经热炼、精炼后，下片，高温、高压下硫化后即为成品。本发明的优点是：通过各种主体材料共混并用，并添加大量片状功能填料，增大胶料杨氏模量和内耗，进一步拓宽玻璃化转变温域，使材料在较大的温域内具有良好的阻尼性能，降低管路传递振动和噪声，起到良好的宽频带下振动隔离及振动抑制效果。

Description

船舶管道包覆用橡胶阻尼材料及制备方法
技术领域
本发明属于一种阻尼材料及制备方法，特别涉及一种船舶管道包覆用橡胶阻尼材料及制备方法。
背景技术
船舶舱室内外有非常复杂的管路布置，用以传递能量流、动量流或质量流，完成特定功能。与此同时，管路也为振动和噪声的船舶提供了可能的途径，一方面大多数机械设备不但通过基座与船舶结构相连，而且通过各种油、水管路与船舶连接，机械设备可通过管路将振动和噪声传递至船体结构；另一方面由于泵浦系统的工作本身就是间歇式的，在管路系统中不可避免地存在液体压力流量脉动以及由此产生的管壁结构振动和噪声，这些结构振动和噪声也可以通过管路传递至船体结构。除了船舶主要动力机械装置产生的振动和噪声外，与管路有关的振动和噪声对军用舰船的隐身性、民用船舶的安静性和舒适性的影响也是不容忽视的。因此对管路进行减振降噪处理是船舶整体减振降噪的重要环节。除管路系统本身进行减振降噪外，管路系统与设备及船体需进行有效地振动与噪声隔离。管路所传递的噪声，通常以结构噪声为主。控制管路振动的技术措施主要有两种。一是在管路中加弹性支撑或串联挠性接管以隔离振动能量的传递；二是在管壁外敷设阻尼结构吸收并耗散振动能量。
用作阻尼材料的有橡胶、塑料和其它高分子聚合物。具有高阻尼的橡胶包括：氯化丁基橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚乙烯醋酸乙烯酯橡胶(EVM)等，塑料和树脂包括：聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、环氧酚醛树脂等。橡胶的动态玻璃化温度一般在室温以下，而塑料的玻璃化转变温度一般在室温以上，少数几种聚合物的玻璃化温度在室温，但转变温域不够宽，一般采用共混共聚和增塑的技术手段来设计并拓宽材料的玻璃化转变温度。目前应用于管道包覆的橡胶材料多以弹性橡胶材料为主，在避开管路固有频率的情况下能起到很好的隔振作用，但激励频率与管路固有频率接近时，很容易出现共振导致管路噪声放大的问题。本发明主要针对这个问题，设计一种阻尼性能适当的橡胶材料以用于管道的包覆处理及管路支架的制作，以期实现抑制共振降低噪声的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种船舶管道包覆用橡胶阻尼材料及制备方法，基于提高包覆管道橡胶材料的阻尼性能，从而起到在共振频率附近的抑制振动，消减振幅的作用。
本发明的目是的通过以下技术方案实现的：一种船舶管道包覆用橡胶阻尼材料，其特征在于：它包括以下组份：
以主体橡胶材料总重量份数为100计，其重量份数比为：
所述丁腈PVC塑化胶为丁腈橡胶、聚氯乙烯PVC、邻苯二甲酸二辛酯DOP、硬脂酸锌、硬脂酸钡热塑炼而成，各组份的重量份数组成为：
所述炭黑为炭黑N220、N330和N550的混合物，各组份的重量份数组成为：
炭黑N220 15～25份，
炭黑N330 0～15份，
炭黑N550 0～10份。
所述无机填料为云母粉、滑石粉和蛭石粉的混合物，其中，各组份的重量份数组成为：
云母粉 10～30份，
滑石粉 0～30份，
蛭石粉 0～30份，
蛭石粉为100～200目。
所述无机填料为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵、三氧化二锑和磷酸三苯酯TPP的混合物，其中，各组份的重量份数组成为：
所述软化剂为邻苯二甲酸二辛酯DOP和液体丁腈橡胶的混合物，各组份的重量份数组成为：
邻苯二甲酸二辛酯 10～20份，
液体丁腈橡胶 0～10份。
所述防老剂是防老剂RD、防老剂4010NA和防老剂4020的混合物，其中，各组份的重量份数组成为：
防老剂RD 1～2份，
防老剂4010NA 0～1份，
防老剂4020 0～1份。
所述促进剂是促进剂DM、促进剂CBS和促进剂TMTD的混合物，其中，各组份的重量份数组成为：
促进剂DM 0～2份，
促进剂CBS 0～2份，
促进剂TMTD 0～0.1份。
一种船舶管道包覆用橡胶阻尼材料制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(一)按以下重量份数比进行各组份配料，以主体橡胶材料总重量份数为100计：
(二)制备方法依次为：
(1)丁腈PVC塑化胶的制备：
A、按以下重量比进行各组份配料：
B、将聚氯乙烯PVC、硬脂酸锌、硬脂酸钡和一半的邻苯二甲酸二辛酯DOP在高速捏合机中进行低速搅拌3min，再加入另一半的邻苯二甲酸二辛酯DOP搅拌5min，料温升至70～80℃时排料至料桶中，得到预塑化好的PVC粉料，停放3小时以上再配重使用；
C、丁腈橡胶在开炼机上进行塑炼1～2遍；
D、将步骤B预塑化好的PVC粉料和步骤C塑炼好的丁腈橡胶投入密炼机中，在130～150℃的条件下塑炼7～10分钟，排胶后下片待用；
(2)、材料混炼
A、将步骤(1)塑化好的丁腈PVC塑化胶与丁腈橡胶、氯化丁基橡胶和聚乙烯醋酸乙烯酯橡胶EVM投入密炼机中混炼2～3min；随后投入硬脂酸、防老剂混炼1～2min，然后投入氧化锌、无机填料、阻燃剂、炭黑以及软化剂混炼3～5min，提升上顶栓清扫物料后，再混炼1～2min，在料温130℃～140℃时排料至开炼机；
B、在开炼机上散热至100℃以下后，加入硫磺、促进剂，捣炼薄通后下片，并停放8h后，测试胶料的门尼粘度ML100℃ 1+4不高于65；
(3)、材料硫化或者材料挤出成型
A、材料硫化
首先使用开炼机将步骤(2)混炼好的材料热炼、精炼后，下片制备成相应形状的半成品胶片，然后将半成品胶片放入不同规格的成型模具中使用平板硫化机高温、高压下硫化后即为成品；硫化温度为140℃～160℃，硫化时间为20～30min，硫化压力不小于15MPa；
B、材料挤出成型
对于强度要求不高的应用领域，不对材料进行硫化，直接将步骤(2)混炼好的材料投入挤出机，通过相应形状的口型，挤出为相应规格的橡胶带，即为成品。
本发明的优点和有益效果是：
1、以丁腈橡胶、聚氯乙烯PVC塑化而成的合金胶和丁腈橡胶为主体材料，并用部分氯化丁基橡胶和聚乙烯醋酸乙烯酯橡胶EVM，其分子主链结构中均具有大量的大侧基，其内旋位阻大，具有价高的力学内耗，都是优良的阻尼材料；辅以填充补强体系，硫化促进体系等，在高温下进行硫化，通过各种主体材料共混并用，并添加大量片状功能填料，增大胶料杨氏模量和内耗，进一步拓宽玻璃化转变温域，使材料在较大的温域内具有良好的阻尼性能。
2、该材料具有较好的抑制管路振动的效果，预制成相应形状，或通过串压或挤出成型的方式制备硫化型或非硫化型的橡胶阻尼带，包覆于管道，或硫化制备成管路支架，通过材料配比的调整，提高了材料的良好物理机械性能和管路减振性能，降低管路传递振动和噪声，起到良好的宽频带下振动隔离及振动抑制效果。
具体实施方式
下面结合具体实例具体说明本发明。
实施例1：一种船舶管道包覆用橡胶阻尼材料制备方法，它包括如下步骤：
(1)按以下重量比进行各组份配料，以主体橡胶材料总重量份数为100计：
(2)依以下步骤制备：
i、丁腈PVC塑化胶的制备
(a)按以下重量份数比进行各组份配料：
(b)把聚氯乙烯PVC、硬脂酸锌、硬脂酸钡和一半的邻苯二甲酸二辛酯DOP在高速捏合机中进行低速搅拌3min，再加入另一半的邻苯二甲酸二辛酯DOP搅拌5min，料温升至70～80℃时排料至料桶中，停放3小时以上再配重使用，预塑化充分的PVC粉料疏松而富有弹性；
(c)丁腈橡胶在开炼机上进行塑炼1～2遍；
(d)将步骤(c)塑炼好的丁腈橡胶和步骤(b)预塑化好的PVC粉料投入密炼机中在130～150℃的条件下塑料7～10分钟，排胶后下片待用；
ii、材料混炼
(a)将步骤(i)塑化好的丁腈PVC塑化胶与丁腈橡胶、氯化丁基橡胶投入密炼机中混炼2～3min；随后投入硬脂酸、防老剂，混炼1～2min，然后投入氧化锌、云母粉、蛭石粉、氢氧化镁、氢氧化铝、聚磷酸铵、三氧化二锑、炭黑以及邻苯二甲酸二辛酯混炼3～5min，提升上顶栓清扫物料后，再混炼1～2min，在料温130℃～140℃时排料至开炼机；
(b)在开炼机上加入硫磺、促进剂，下片，并停放8h后测试胶料的门尼粘度ML100℃ 1+4不高于65；
iii材料硫化
使用开炼机将步骤(ii)混炼好的材料进行热炼、精炼后，下片制备成相应形状的半成品胶片，然后将半成品胶片放入不同规格的成型模具中使用平板硫化机高温、高压下硫化后即可使用，硫化温度为150℃，硫化时间为30min，硫化压力18MPa；
材料物理机械性能如下：硬度：70度，拉伸强度：10.5MPa，扯断伸长率：460％，材料氧指数31％，与天然橡胶制备相同部件包覆处理相比，1～10kHz频段范围内管道振动加速度级降低3dB。
实施例2：一种船舶管道包覆用橡胶阻尼材料制备方法，它包括如下步骤：
(1)按以下重量份数比进行各组份配料，以主体橡胶材料总重量份数为
100计：
(2)依以下步骤制备：
i、丁腈PVC塑化胶的制备
(a)按以下重量份数比进行各组份配料：
(b)把聚氯乙烯PVC、硬脂酸锌、硬脂酸钡和一半的邻苯二甲酸二辛酯DOP在高速捏合机中进行低速搅拌3min，再加入另一半的邻苯二甲酸二辛酯DOP搅拌5min，料温升至70～80℃时排料至料桶中，停放3小时以上再配重使用；预塑化充分的PVC粉料疏松而富有弹性；
(c)丁腈橡胶在开炼机上进行塑炼1～2遍；
(d)将步骤(c)塑炼好的丁腈橡胶和步骤(b)预塑化好的PVC粉料投入密炼机中在130～150℃的条件下塑料7～10分钟，排胶后下片待用；
ii、材料混炼
(a)将步骤(i)塑化好的丁腈PVC塑化胶与丁腈橡胶、氯化丁基橡胶投入密炼机中混炼2～3min；随后投入硬脂酸、防老剂，混炼1～2min，然后投入氧化锌、云母粉、蛭石粉、氢氧化镁、氢氧化铝、聚磷酸铵、三氧化二锑、炭黑以及邻苯二甲酸二辛酯混炼3～5min，提升上顶栓清扫物料后，再混炼1～2min，在料温130℃～140℃时排料至开炼机；
(b)在开炼机上加入硫磺、促进剂，下片，并停放8h后测试胶料的门尼粘度ML100℃ 1+4不高于60；
iii材料硫化
使用开炼机将步骤(ii)混炼好的材料热炼、精炼后，下片制备成相应形状的半成品胶片，然后将半成品胶片放入不同规格的成型模具中使用平板硫化机高温、高压下硫化后即可使用；硫化温度为150℃，硫化时间为30min，硫化压力不小于18MPa；
材料物理机械性能如下：硬度：65度，拉伸强度：14.5MPa，扯断伸长率：510％。材料氧指数29％，与天然橡胶制备相同部件包覆处理相比，1～10kHz频段范围内管道振动加速度级降低2.5dB。
实施例3：一种船舶管道包覆用橡胶阻尼材料制备方法，它包括如下步骤：
(1)按以下重量份数比进行各组份配料，以主体橡胶材料总重量份数为100计：
(2)依以下步骤制备：
i、丁腈PVC塑化胶的制备
(a)按以下重量份数比进行各组份配料：
(b)把聚氯乙烯PVC、硬脂酸锌、硬脂酸钡和一半的邻苯二甲酸二辛酯DOP在高速捏合机中进行低速搅拌3min，再加入另一半的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)搅拌5min，料温升至70～80℃时排料至料桶中，停放3小时以上再配重使用；预塑化充分的PVC粉料疏松而富有弹性；
(c)丁腈橡胶在开炼机上进行塑炼1～2遍；
(d)将步骤(c)塑炼好的丁腈橡胶和步骤(b)预塑化好的PVC粉末投入密炼机中在130～150℃的条件下塑料7～10分钟，排胶后下片待用；
ii、材料混炼
(a)将步骤(i)塑化好的丁腈PVC塑化胶与丁腈橡胶、聚乙烯醋酸乙烯酯橡胶EVM投入密炼机中混炼2～3min；随后投入硬脂酸、防老剂，混炼1～2min，然后投入氧化锌、云母粉、蛭石粉、氢氧化镁、氢氧化铝、聚磷酸铵、三氧化二锑、炭黑以及邻苯二甲酸二辛酯混炼3～5min，提升上顶栓清扫物料后，再混炼1～2min，在料温130℃～140℃时排料至开炼机；
(b)在开炼机上加入硫磺、促进剂，下片，并停放8h后测试胶料的门尼粘度ML100℃ 1+4不高于60；
iii材料硫化
使用平板硫化机在相应形状模具中，高温、高压下硫化后即可使用，硫化温度为150℃，硫化时间为30min，硫化压力18MPa。
材料物理机械性能如下：硬度：60度，拉伸强度：3.5MPa，扯断伸长率：490％。材料氧指数28.5％，与天然橡胶制备相同部件包覆处理相比，1～10kHz频段范围内管道振动加速度级降低2dB。

Claims (9)

1.一种船舶管道包覆用橡胶阻尼材料，其特征在于：它包括以下组份：以主体橡胶材料总重量份数为100计，其重量份数比为：
2.根据权利要求1所述船舶管道包覆用橡胶阻尼材料，其特征在于：所述丁腈PVC塑化胶为丁腈橡胶、聚氯乙烯PVC、邻苯二甲酸二辛酯DOP、硬脂酸锌、硬脂酸钡热塑炼而成，各组份的重量份数组成为：
3.根据权利要求1所述船舶管道包覆用橡胶阻尼材料，其特征在于：所述炭黑为炭黑N220、N330和N550的混合物，各组份的重量份数组成为：
炭黑N220 15～25份，
炭黑N330 0～15份，
炭黑N550 0～10份。
4.根据权利要求1所述船舶管道包覆用橡胶阻尼材料，其特征在于：所述无机填料为云母粉、滑石粉和蛭石粉的混合物，其中，各组份的重量份数组成为：
云母粉 10～30份，
滑石粉 0～30份，
蛭石粉 0～30份，
蛭石粉为100～200目。
5.根据权利要求1所述船舶管道包覆用橡胶阻尼材料，其特征在于：所述无机填料为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵、三氧化二锑和磷酸三苯酯TPP的混合物，其中，各组份的重量份数组成为：
6.根据权利要求1所述船舶管道包覆用橡胶阻尼材料，其特征在于：所述软化剂为邻苯二甲酸二辛酯DOP和液体丁腈橡胶的混合物，各组份的重量份数组成为：
邻苯二甲酸二辛酯 10～20份，
液体丁腈橡胶 0～10份。
7.根据权利要求1所述船舶管道包覆用橡胶阻尼材料，其特征在于：所述防老剂是防老剂RD、防老剂4010NA和防老剂4020的混合物，其中，各组份的重量份数组成为：
防老剂RD 1～2份，
防老剂4010NA 0～1份，
防老剂4020 0～1份。
8.根据权利要求1所述船舶管道包覆用橡胶阻尼材料，其特征在于：所述促进剂是促进剂DM、促进剂CBS和促进剂TMTD的混合物，其中，各组份的重量份数组成为：
促进剂DM 0～2份，
促进剂CBS 0～2份，
促进剂TMTD 0～0.1份。
9.一种权利要求1-8之一所述船舶管道包覆用橡胶阻尼材料制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(一)按以下重量份数比进行各组份配料，以主体橡胶材料总重量份数为100计：
(二)制备方法依次为：
(1)丁腈PVC塑化胶的制备：
A、按以下重量比进行各组份配料：
B、将聚氯乙烯PVC、硬脂酸锌、硬脂酸钡和一半的邻苯二甲酸二辛酯DOP在高速捏合机中进行低速搅拌3min，再加入另一半的邻苯二甲酸二辛酯DOP搅拌5min，料温升至70～80℃时排料至料桶中，得到预塑化好的PVC粉料，停放3小时以上再配重使用；
C、丁腈橡胶在开炼机上进行塑炼1～2遍；
D、将步骤B预塑化好的PVC粉料和步骤C塑炼好的丁腈橡胶投入密炼机中，在130～150℃的条件下塑炼7～10分钟，排胶后下片待用；
(2)、材料混炼
A、将步骤(1)塑化好的丁腈PVC塑化胶与丁腈橡胶、氯化丁基橡胶和聚乙烯醋酸乙烯酯橡胶EVM投入密炼机中混炼2～3min；随后投入硬脂酸、防老剂混炼1～2min，然后投入氧化锌、无机填料、阻燃剂、炭黑以及软化剂混炼3～5min，提升上顶栓清扫物料后，再混炼1～2min，在料温130℃～140℃时排料至开炼机；
B、在开炼机上散热至100℃以下后，加入硫磺、促进剂，捣炼薄通后下片，并停放8h后，测试胶料的门尼粘度ML100℃1+4不高于65；
(3)、材料硫化或者材料挤出成型
A、材料硫化
首先使用开炼机将步骤(2)混炼好的材料热炼、精炼后，下片制备成相应形状的半成品胶片，然后将半成品胶片放入不同规格的成型模具中使用平板硫化机高温、高压下硫化后即为成品；硫化温度为140℃～160℃，硫化时间为20～30min，硫化压力不小于15MPa；
B、材料挤出成型
对于强度要求不高的应用领域，不对材料进行硫化，直接将步骤(2)混炼好的材料投入挤出机，通过相应形状的口型，挤出为相应规格的橡胶带，即为成品。
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