CN111363357B - 一种高阻尼硅橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高阻尼硅橡胶复合材料。所述高阻尼硅橡胶复合材料包含以下质量份原料：硅橡胶100份，气相法白炭黑：20～80份，高胶粉：10～50，有机硅弹性体微粉：10‑50份，二苯基硅二醇：1～3份，苯基硅油：1～5份，2,5‑二甲基‑2,5‑双(叔丁基过氧基)己烷：1～2份。本发明的阻尼硅材料以硅橡胶为阻尼材料基础材料，高胶粉作为弹性颗粒填充在硅橡胶中在受到冲击是颗粒变形吸收能量，有机硅弹性体微粉的交联网络结构增加复合在受力状态下的滞后效应，极大地提升了硅橡胶材料的阻尼性能，提升了硅材料隔振器的隔振性能。

Description

一种高阻尼硅橡胶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高阻尼硅橡胶复合材料，属于阻尼材料配方设计技术领域，主要用在减振、隔振领域。
背景技术
振动和噪声是能量的一种表现形式，为了减振和降噪必须设法把这种机械能转化为其他形式的能量释放出来。黏弹高分子材料受外力变形时，存在滞后损耗可以将一部分机械振动能或声能转变为热能，从而起到减振、降噪的作用。单一聚合物起阻尼作用的温度区域很窄，难以满足环境的要求。
有机硅材料由于主链硅氧链段的非极性和较弱的分子间相互作用,具有良好的热稳定性、低温柔性和耐老化性,在-50～200℃的温度范围内其力学性能相当稳定。以硅橡胶为基体的阻尼材料由于具有良好的耐高温、耐低温性和优异的耐老化性能而广泛应用在航空航天阻尼减振材料应用领域。但硅橡胶的阻尼系数低,通常阻尼系数仅有0.05～0.1，作为阻尼材料使用时,必须对其改性,才能满足工程实际需要。
现有技术中，对于硅橡胶材料进行改性的方法主要有化学改性、共混改性和互穿网络改性等方法。化学改性主要通过增加分子链间相互作用力，提高材料的内摩擦是提高阻尼性能。一般采用引入苯基、侧链引入大体积取代基、接枝共聚、嵌段共聚等方式改善其阻尼性能。共混改性主要通过添加丁基橡胶等来拓宽阻尼温域。加入无机填料，通过填料粒子与链段间摩擦、粒子与粒子间摩擦都可提高内耗，提高材料阻尼性能。以互穿网络方式将两种或两种以上聚合物通过物理和化学交联生成网络，网络间相互贯穿，形成具有微相分离的多相体系。互穿网络能有效地拓宽聚合物的玻璃化转变温度，为制备宽温域高阻尼材料提供了可能性。
然而，现有技术中通过共聚改性的方式灵活性差，成本高，共混改性难以提供温域宽、高稳定性、低成本的产品，而互穿网络结构制备难度大。因此对现有硅橡胶材料进行改进，研制出使用温域范围宽、阻尼系数高的复合材料，以满足各种设备仪器使用的需要。
发明内容
本发明旨在通过使用共混改性的方法，提高硅橡胶复合材料的在受力状态下的滞后损耗，提高复合材料的内摩擦力，进而得到高阻尼硅橡胶复合材料。
一种高阻尼硅橡胶复合材料，包括以下组分及其质量份数：
硅橡胶100份；
白炭黑：20～80份；
高胶粉：10～50；
有机硅弹性体微粉：10-50份；
二苯基硅二醇：1～3份；
苯基硅油：1～5份；
2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷：1～2份。
进一步地，所述硅橡胶为苯基硅橡胶，苯基含量3％～7％。
进一步地，所述白炭黑优选为气相法白炭黑；白炭黑在体系中起到增强的作用，同时白炭黑及相关辅助剂的加入，解决了白炭黑的分散为题，同时白炭黑作为填料增加了硅橡胶高分子链运动的内摩擦阻力，从而改善了材料的阻尼性能。而且经过研究发现，气相法白炭黑相比于其他白炭黑具有更好的添加效果。
进一步优选的，所述气相法白炭黑比表面积200-500m2/g。选择比表面积200-500m2/g的气相法白炭黑具有更好的阻尼、增强效果。
进一步地，所述高胶粉胶的胶含量为55％～70％。
进一步优选的，所述高胶粉添加量为20-45份。
进一步地，所述有机硅弹性体微粉粒径4-20um。
通过添加有机硅弹性体，可以适当的增加材料内部的网络结构，从而进一步改善材料的阻尼性能，同时配合高胶粉和白炭黑，协同增加体系的阻尼和稳定性能。
进一步地，所述苯基硅油粘度为25-40CST。
苯基硅油作为白炭黑结构化控制剂，改善白炭黑的分布状态以及材料的阻尼性能。
二苯基硅二醇为也是白炭黑结构化控制剂，改善白炭黑的分布状态。与苯基硅油协同改善白炭黑的分布状态和材料的阻尼性能。
进一步地，本发明还提供一种高阻尼硅橡胶复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1:将硅橡胶加到双辊开炼机待其包辊后将1/2的气相白炭黑、高胶粉、有机硅弹性体微粉添加至硅橡胶中；
S2:再将1/2的二苯基硅二醇、1/2的苯基硅油加入到混炼胶中混炼；
S3:加入剩余的气相白炭黑、高胶粉、有机硅弹性体微粉添，继续加入剩余的二苯基硅二醇、苯基硅油混炼；
S4：逐渐缩减辊距至0.3-0.8mm薄通4-8次；
S5:将薄通后的混炼胶使用PE膜包裹静置12-48小时，将静置后的混炼胶再次加入双辊机上，返炼至胶面光滑平整下片；
S6:将S5得到的胶片硫化，，一段硫化：温度160-180℃，压力7-13MPa，时间8-15min。二段硫化：190-210℃，时间3-5小时。
进一步地，S2和S5中的混炼温度为40℃以下，混炼时间15-45min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明的配方中添加高胶粉，高胶粉在受外力时其变形吸收能量，利用高胶粉与硅橡胶不一致的回弹速度，提高复合材料的阻尼性能。
(2)白炭黑和结构化控制剂的加入，不仅增强了材料的强度，还进一步增强了材料的阻尼性能，同时不会对材料的稳定性产生过度的影响。
(3)本发明配方中添加有机硅弹性体微粉，利用有机硅弹性体微粉的交联网络结构增加复合材料的内摩擦力，进一步提高复合材料的阻尼系数，其最大阻尼系数为0.81。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述,但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
所有实施例的制备工艺如下：
将硅橡胶加到双辊开炼机待其包辊后将1/2的气相白炭黑、高胶粉、有机硅弹性体微粉添加至硅橡胶中；
再将1/2的二苯基硅二醇、苯基硅油加入到混炼胶中，左右割胶，打三角包混炼；
再次加入剩余的气相白炭黑、高胶粉、有机硅弹性体微粉添，吃粉完成后，继续加入剩余的二苯基硅二醇、苯基硅油，左右割胶，打三角包混炼，逐渐缩减辊距至0.5mm薄通5次。
将薄通后的混炼胶使用PE膜包裹静置24小时，将静置后的混炼胶再次加入双辊机上，返炼至胶面光滑平整，边缘无锯齿状，下片。
将上述步骤得到的片材进行硫化，硫化工艺为：
一段硫化：温度170℃，压力10MPa，时间10min。
二段硫化：200℃，4小时。
实施例1
硅橡胶100份，气相法白炭黑：20份，高胶粉：50，有机硅弹性体微粉：50份，二苯基硅二醇：1份，苯基硅油：3份，2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷：1份。
实施例2
硅橡胶100份，气相法白炭黑：80份，高胶粉：10，有机硅弹性体微粉：10份，二苯基硅二醇：3份，苯基硅油：3份，2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷：1份。
实施例3
硅橡胶100份，气相法白炭黑：30份，高胶粉：20，有机硅弹性体微粉：15份，二苯基硅二醇：2份，苯基硅油：3份，2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷：1份。
对比例1
硅橡胶100份，气相法白炭黑：30份，高胶粉：10，二苯基硅二醇：2份，苯基硅油：3份，2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷：1份。
对比例2
硅橡胶100份，气相法白炭黑：30份，有机硅弹性体微粉：15份，二苯基硅二醇：2份，苯基硅油：3份，2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷：1份。
对比例3
硅橡胶100份，气相法白炭黑：30份，二苯基硅二醇：2份，苯基硅油：3份，2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷：1份。
表1产品表征数据表
Figure BDA0002341589630000051
Figure BDA0002341589630000061
由上表可以看出，在硅橡胶中添加高胶粉、有机硅弹性体微粉后复合材料的力学性能和阻尼系数明显增加，在未添加高胶粉和有机硅弹性体微粉的对比例3中复合材料的阻尼系数只有0.41。分别只添加高胶粉和有机硅弹性体微粉的对比例1、对比例2中，由于高胶粉的受力变形和有机硅弹性体微粉的交联网络结构未能配套作用在硅橡胶复合材料中，因此其阻尼系数不高。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高阻尼硅橡胶复合材料，其特征在于，包括以下组分：
硅橡胶100份；
白炭黑：20～80份；
高胶粉：10～50；
有机硅弹性体微粉：10-50份；
二苯基硅二醇：1～3份；
苯基硅油：1～5份；
2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷：1～2份。
2.如权利要求1所述的高阻尼硅橡胶复合材料，其特征在于：所述硅橡胶为苯基硅橡胶，苯基含量3％～7％。
3.如权利要求1所述的高阻尼硅橡胶复合材料，其特征在于：所述白炭黑为气相法白炭黑，气相法白炭黑比表面积200-500m2/g。
4.如权利要求1所述的高阻尼硅橡胶复合材料，其特征在于：所述高胶粉的胶含量为55％～70％。
5.如权利要求1所述的高阻尼硅橡胶复合材料，其特征在于：所述高胶粉添加量为20-45份。
6.如权利要求1所述的高阻尼硅橡胶复合材料，其特征在于：所述有机硅弹性体微粉粒径4-20um。
7.如权利要求1所述的高阻尼硅橡胶复合材料，其特征在于：所述苯基硅油粘度为25-40CST。
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