CN112080051A - 一种高阻尼比的特种橡胶组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高阻尼比的特种橡胶组合物，包括100重量份的三元共混改性橡胶、5‑20重量份的分散剂、10‑40重量份的补强剂、1‑15重量份的防老化剂、5‑30重量份的硫化剂和1‑10重量份的硫化促进剂本发明所提供的高阻尼比的特种橡胶组合物具有较高的阻尼比，使用该特种橡胶组合物所制得的设备具有吸声、隔热、防震等功能。

Description

一种高阻尼比的特种橡胶组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及橡胶技术领域，具体而言，涉及一种高阻尼比的特种橡胶组合物及其制备方法和应用。

背景技术

高阻尼比橡胶是一种具有吸声、隔热、防震等功能的高分子材料。多用在使用温度、使用频率下有较大内耗峰的装置中，常见的高阻尼比橡胶有聚丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂、丁基橡胶及丁腈橡胶等。按使用方法可分自粘型和胶片型,自粘型阻尼材料可直接粘在结构件表面；胶片型则用作垫片或用热压、涂施胶黏剂等方法粘接。已在许多领域内得到应用，如降低地铁车轮的噪声,减少洲际导弹引爆装置的机械震动等。现有的普通橡胶的阻尼比比较低，无法满足吸声、隔热、防震等特殊功能。

申请内容

本发明提供了一种高阻尼比的特种橡胶组合物，并同时提供了该特种橡胶组合物的制备方法和应用，该特种橡胶组合物具有较高的阻尼比，使用该特种橡胶组合物所制得的设备具有吸声、隔热、防震等功能。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

本发明第一方面提供了一种高阻尼比的特种橡胶组合物，包括100重量份的三元共混改性橡胶、5-20重量份的分散剂、10-40重量份的补强剂、1-15重量份的防老化剂、5-30重量份的硫化剂和1-10重量份的硫化促进剂。

进一步地，包括100重量份的三元共混改性橡胶、14-16重量份的分散剂、19-21重量份的补强剂、9-11重量份的防老化剂、19-21重量份的硫化剂和5-7重量份的硫化促进剂。

进一步地，所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇和纤维素衍生物中的一种，优选为三乙基己基磷酸。

进一步地，所述补强剂为炭黑和酚醛树脂的混合物，所述炭黑与所述酚醛树脂的质量比为1：(1-2)。

将炭黑与酚醛树脂按比例复配后二者相互协同能够显著增大补强作用，其中，炭黑主要利用橡胶大分子滑动学说，当炭黑混掺在橡胶中时，由于炭黑粒子表面的活性不均一，使得橡胶大分子链在其表面会产生一系列的物理和化学吸附，当橡胶材料被拉伸时，吸附在炭黑粒子表面的各橡胶大分子链在炭黑表面滑动，此时，橡胶材料所受到的应力大部分由伸直的橡胶大分子链承担而起到了应力均匀的作用，从而使得橡胶材料的强度更大，另外，橡胶大分子链在炭黑表面滑动时产生摩擦消耗掉一部分应力，使得橡胶大分子链不容易在应力作用下被破坏；酚醛树脂的作用在于将各炭黑粒子有效地粘结在一起，增强各炭黑粒子之间的吸附应力，如此使得各橡胶大分子链在炭黑表面滑动时不易带动炭黑粒子发生位移，从而使得橡胶材料内部结构强度变强，另外，炭黑与酚醛树脂的质量比需要控制在合理的范围，酚醛树脂含量过多会导致炭黑粒子大量聚集，使得其比表面积大大减小，从而导致橡胶大分子链能够吸附的区域减小，酚醛树脂含量过少则会导致各炭黑粒子之间的连接关系减弱，从而影响橡胶材料的强度；当炭黑与酚醛树脂的质量比为1：(1-2)时，补强效果最优，补强效果越好，橡胶材料的阻尼比也就越高。

进一步地，所述防老化剂为N,N–二正丁基二硫氨基甲酸镍或N,N'-二(β-萘基)对苯二胺，优选为N,N–二正丁基二硫氨基甲酸镍。

进一步地，所述硫化剂为硫磺。

进一步地，所述硫化促进剂为氧化锌。

进一步地，所述三元共混改性橡胶的制备方法如下：

将热塑性丁苯橡胶、聚丙烯塑料和微米级碳酸钙分别投入到混炼机中进行混炼，然后挤出造粒即得。

进一步地，所述热塑性丁苯橡胶、聚丙烯塑料和微米级碳酸钙的质量比为1：(0.4-0.6)：(0.09-0.11)。

进一步地，所述微米级碳酸钙的粒径为1微米-10微米。

进一步地，混炼温度为160℃-180℃。

进一步地，混炼反应时间为10分钟-20分钟。

本发明第二方面提供了上述高阻尼比的特种橡胶组合物的制备方法，包括如下步骤：

S1、将热塑性丁苯橡胶、聚丙烯塑料和微米级碳酸钙分别投入到混炼机中进行混炼，然后挤出造粒制得三元共混改性橡胶；

S2、将步骤S1所制得的三元共混改性橡胶投入至混炼机中熔融，然后依次加入分散剂、补强剂、防老化剂、硫化剂和硫化促进剂，混炼、硫化后即可。

其中，在步骤S1中，反应温度为160℃-180℃，反应时间为10分钟-20分钟。

其中，在步骤S2中，混炼反应温度为120℃-130℃，混炼反应时间为3分钟-8分钟，硫化反应温度为140℃-150℃，硫化反应时间为6小时-12小时。

本发明第三方面提供了上述高阻尼比的特种橡胶组合物的应用，应用于橡胶制品的制造，所述橡胶制品包括橡胶止水带、橡胶密封条和橡胶管。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本发明所提供的高阻尼比的特种橡胶组合物，其主要组分为三元共混改性橡胶，该三元共混改性橡胶是将聚丙烯塑料和微米级碳酸钙混杂至热塑性丁苯橡胶中制备而得，聚丙烯塑料作为一种有机聚合物，与热塑性丁苯橡胶共混后二者的分子水平相近能够有效地混合，并且在微观上形成大量较均匀的微相分离区域，另外二者相互之间存在氢键作用力，使得混合物的阻尼比增大，微米级碳酸钙作为填充材料加入，当橡胶在受到外力变形的情况下，橡胶分子开始运动，橡胶分子链与填充材料之间发生内摩擦，使得橡胶材料的阻尼增大，另外，填充材料的粒径越小，其与橡胶分子的接触表面越大，所产生的内摩擦力也越大，使得橡胶材料的阻尼越大，综合上述两方面的影响，最终所制得的特种橡胶组合物具有较高的阻尼比，适合应用于有吸声、隔热、防震等特殊功能的装置中。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本实施方式的各实施例和对比例中，各原料均为商购产品，其中：

热塑性丁苯橡胶采购自成都冠宇化工有限公司；

聚丙烯塑料采购自成都冠宇化工有限公司；

微米级碳酸钙采购自灵寿县彤泽矿产品加工厂；

三乙基己基磷酸采购自广州远达新材料有限公司；

炭黑采购自成都市忠成化工有限责任公司；

酚醛树脂采购自成都科宜高分子科技有限公司；

N,N–二正丁基二硫氨基甲酸镍采购自成都市科隆化学品有限公司；

硫磺采购自成都市科隆化学品有限公司；

氧化锌采购自成都市科隆化学品有限公司。

实施例1

S1、将100克热塑性丁苯橡胶、50克聚丙烯塑料和10克微米级碳酸钙分别投入到混炼机中在170℃环境下混炼15分钟，然后挤出造粒制得三元共混改性橡胶；

S2、取用步骤S1所制得的三元共混改性橡胶100克投入至混炼机中熔融，然后依次加入15克三乙基己基磷酸、8克炭黑、12克酚醛树脂和10克N,N–二正丁基二硫氨基甲酸镍，在125℃环境下混炼5分钟后再加入20克硫磺和6克氧化锌，最后在145℃环境下硫化9小时后制得特种橡胶组合物A1。

实施例2

S1、将100克热塑性丁苯橡胶、40克聚丙烯塑料和9克微米级碳酸钙分别投入到混炼机中在170℃环境下混炼15分钟，然后挤出造粒制得三元共混改性橡胶；

S2、取用步骤S1所制得的三元共混改性橡胶100克投入至混炼机中熔融，然后依次加入14克三乙基己基磷酸、9.5克炭黑、9.5克酚醛树脂和9克N,N–二正丁基二硫氨基甲酸镍，在125℃环境下混炼5分钟后再加入19克硫磺和5克氧化锌，最后在145℃环境下硫化9小时后制得特种橡胶组合物A2。

实施例3

S1、将100克热塑性丁苯橡胶、60克聚丙烯塑料和11克微米级碳酸钙分别投入到混炼机中在170℃环境下混炼15分钟，然后挤出造粒制得三元共混改性橡胶；

S2、取用步骤S1所制得的三元共混改性橡胶100克投入至混炼机中熔融，然后依次加入16克三乙基己基磷酸、7克炭黑、14克酚醛树脂和11克N,N–二正丁基二硫氨基甲酸镍，在125℃环境下混炼5分钟后再加入21克硫磺和7克氧化锌，最后在145℃环境下硫化9小时后制得特种橡胶组合物A3。

实施例4

其余特征与实施例1相同，所不同之处在于，补强剂(炭黑与酚醛树脂的混合物)的加量为10克，其中，炭黑为5克，酚醛树脂为5克，最后制得特种橡胶组合物A4。

实施例5

其余特征与实施例1相同，所不同之处在于，补强剂(炭黑与酚醛树脂的混合物)的加量为40克，其中，炭黑为20克，酚醛树脂为20克,最后制得特种橡胶组合物A5。

对比例1

其余特征与实施例1相同，所不同之处在于，在步骤S1中，聚丙烯塑料的加量为60克，微米级碳酸钙的加量为5克，制得橡胶组合物D1。

对比例2

其余特征与实施例1相同，所不同之处在于，在步骤S1中，聚丙烯塑料的加量为60克，微米级碳酸钙的加量为30克，制得橡胶组合物D2。

对比例3

其余特征与实施例1相同，所不同之处在于，在步骤S1中，聚丙烯塑料的加量为20克，微米级碳酸钙的加量为10克，制得橡胶组合物D3。

对比例4

其余特征与实施例1相同，所不同之处在于，在步骤S1中，聚丙烯塑料的加量为80克，微米级碳酸钙的加量为10克，制得橡胶组合物D4。

对比例5

其余特征与实施例1相同，所不同之处在于，无步骤S1，即不添加三元共混改性橡胶，直接采用热塑性丁苯橡胶替代，制得橡胶组合物D5。

对比例6

其余特征与实施例1相同，所不同之处在于，在步骤S2中，炭黑的加量为14克，酚醛树脂的加量为6克，制得橡胶组合物D6。

对比例7

其余特征与实施例1相同，所不同之处在于，在步骤S2中，炭黑的加量为4克，酚醛树脂的加量为16克，制得橡胶组合物D7。

实验例

对上述各实施例及对比例所制备出的材料A1-A5和D1-D7进行硬度测试(按GB/T23651-2009执行)、拉伸测试(按GB/T 528-1998执行)、平板模压(按GB/T 10480-1999执行)以及动态力学性能测试(升温速率3℃/min，频率10Hz，温度范围为-70℃到100℃)，实验数据见表1。

表1橡胶组合物力学性能

由表1数据分析可知，实施例1-5所制得的特种橡胶组合物A1-A5的拉伸强度均高于15MPa，断裂伸长率均高于800％，表明其具有良好的抗拉力学性能，并且其损耗因子Tanδ_max均高于1.6，表明其具有良好的阻尼性能。

对于橡胶组合物D1，由于其在步骤S1中制备三元共混改性橡胶时微米级碳酸钙的加量过少，橡胶分子能够接触到的固相颗粒较少，使得能够产生的内摩擦力减少，从而造成材料所受到的应力消耗较少，进而造成了损耗因子Tanδ_max偏低，使得材料的阻尼性能变差，另外，由于材料中的固相减少，使得橡胶分子的移动可能性增大，从而造成了其拉伸强度和断裂伸长率变低。

对于橡胶组合物D2，由于其在步骤S1中制备三元共混改性橡胶时微米级碳酸钙的加量过多，材料中固相占比过多，使得橡胶的占比偏少，容易导致橡胶分子链出现不连续的情况，从而导致材料的结构强度降低，即拉伸强度值和断裂伸长率偏小，另外，过多的固相颗粒引入还破坏了橡胶分子链的连续性，造成材料损耗因子Tanδ_max偏小，即表明该材料的阻尼性能较差。

对于橡胶组合物D3，由于聚丙烯塑料和微米级碳酸钙的加量过少，对热塑性丁苯橡胶的共混改性不佳，从而使得最终得出的橡胶组合物各方面性能表现不佳。

对于橡胶组合物D4，由于聚丙烯塑料加量过多，导致了微米级碳酸钙占比过少，即材料内的固相占比过少，使得能够产生的内摩擦力减少，从而造成材料所受到的应力消耗较少，进而造成了损耗因子Tanδ_max偏低，使得材料的阻尼性能变差，另外，由于材料中的固相减少，使得橡胶分子的移动可能性增大，从而造成了其拉伸强度和断裂伸长率变低。

对于橡胶组合物D5，由于未对热塑性丁苯橡胶进行改性，使得最终制得出的材料各项性能表现不佳。

对于橡胶组合物D6，由于酚醛树脂含量过少导致了各炭黑粒子之间的连接关系减弱，从而影响橡胶材料的各项力学性能。

对于橡胶组合物D7，由于酚醛树脂含量过多会导致了炭黑粒子大量聚集，使得其比表面积大大减小，从而导致橡胶大分子链能够吸附的区域减小，进而影响了材料的各项力学性能。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高阻尼比的特种橡胶组合物，其特征在于，包括100重量份的三元共混改性橡胶、5-20重量份的分散剂、10-40重量份的补强剂、1-15重量份的防老化剂、5-30重量份的硫化剂和1-10重量份的硫化促进剂。

2.根据权利要求1所述的高阻尼比的特种橡胶组合物，其特征在于，包括100重量份的三元共混改性橡胶、14-16重量份的分散剂、19-21重量份的补强剂、9-11重量份的防老化剂、19-21重量份的硫化剂和5-7重量份的硫化促进剂。

3.根据权利要求1所述的高阻尼比的特种橡胶组合物，其特征在于，所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇和纤维素衍生物中的一种。

4.根据权利要求1所述的高阻尼比的特种橡胶组合物，其特征在于，所述补强剂为炭黑和酚醛树脂的混合物，所述炭黑与所述酚醛树脂的质量比为1：(1-2)。

5.根据权利要求1所述的高阻尼比的特种橡胶组合物，其特征在于，所述防老化剂为N,N–二正丁基二硫氨基甲酸镍或N,N'-二(β-萘基)对苯二胺。

6.根据权利要求1所述的高阻尼比的特种橡胶组合物，其特征在于，所述硫化剂为硫磺。

7.根据权利要求1所述的高阻尼比的特种橡胶组合物，其特征在于，所述三元共混改性橡胶的制备方法如下：

将热塑性丁苯橡胶、聚丙烯塑料和微米级碳酸钙分别投入到混炼机中进行混炼，然后挤出造粒即得。

8.根据权利要求7所述的高阻尼比的特种橡胶组合物，其特征在于，所述热塑性丁苯橡胶、聚丙烯塑料和微米级碳酸钙的质量比为1：(0.4-0.6)：(0.09-0.11)。

9.如权利要求1-8任意一项所述的高阻尼比的特种橡胶组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将热塑性丁苯橡胶、聚丙烯塑料和微米级碳酸钙分别投入到混炼机中进行混炼，然后挤出造粒制得三元共混改性橡胶；

S2、将步骤S1所制得的三元共混改性橡胶投入至混炼机中熔融，然后依次加入分散剂、补强剂、防老化剂、硫化剂和硫化促进剂，混炼、硫化后即可。

10.如权利要求1-8任意一项所述的高阻尼比的特种橡胶组合物的应用，其特征在于，应用于橡胶制品的制造。