CN117247609B - 一种新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶及其制备方法，该新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80份；氯丁橡胶10～20份、聚氨酯弹性体3～5份、聚丁二酸丁二醇酯3～5份、玻璃微珠10～15份、半补强碳黑15～20份、硫化剂2～5份、促进剂2～5份、发泡剂0.01～0.05份、防老剂2～5份、软化剂1～2份，橡胶整体具有较低的静刚度，阻尼较低，适合轻量化的新能源汽车，得到的橡胶的动静比较低，乘客的乘坐舒适性好。
Description
技术领域
本发明属于橡胶技术领域，具体涉及一种新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶及其制备方法。
背景技术
由于新能源汽车的整车装备重量直接影响汽车的续航里程，轻量化是新能源汽车的必要发展方向。动力总成悬置系统是支撑汽车动力总成、减缓汽车在行驶运输中各种冲击和降低噪音的重要系统，悬置系统主要包括橡胶弹性单元部分，动力总成连接部分及车身支架连接部分。新能源汽车不设置燃油汽车的发动机，只设置有电机，悬置减震的要求没有燃油汽车的要求高。因此，新能源汽车的悬置一般选用橡胶悬置，且不需要橡胶悬置有太高的阻尼性。橡胶悬置的动静比对新能源汽车的乘坐舒适度有较大影响，动静比较小则乘坐舒适度较高。
现有技术中，申请公布号为CN110684242A的发明专利公开了一种低阻尼系数且自主析蜡的天然橡胶和顺丁橡胶共混材料，包括天然橡胶、顺丁橡胶、硫化剂、促进剂、活性剂、防老剂、抗硫化返原剂、石蜡、填充剂。该橡胶阻尼系数较低，但是没有研究橡胶的动静比性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，具有较低的动静比。
本发明的另一个目的是提供一种新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶制备方法。
为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：
一种新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80份；氯丁橡胶10～20份、聚氨酯弹性体3～5份、聚丁二酸丁二醇酯3～5份、玻璃微珠10～15份、半补强碳黑15～20份、硫化剂2～5份、促进剂2～5份、发泡剂0.01～0.05份、防老剂2～5份、软化剂1～2份。
进一步地，所述发泡剂为碳酸氢钠或碳酸氢铵。
进一步地，所述玻璃微珠的制备方法为：将硅烷偶联剂与聚乙二醇按照体积比为1:4～5的比例混合得到改性剂，将玻璃微珠原料与改性剂混合，搅拌20～30min，然后过滤除去改性剂，之后烘干，得到玻璃微珠。
进一步地，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂550或硅烷偶联剂570。
进一步地，所述玻璃微珠的粒径为20～70μm。
进一步地，所述聚丁二酸丁二醇酯的粒径为20～50μm。
进一步地，所述聚氨酯弹性体的邵氏硬度为A30～A40。
进一步地，所述硫化剂为硫磺，所述促进剂为促进剂M。
进一步地，所述防老剂为RD或防老剂4020，软化剂为石蜡油。
上述新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶的制备方法，包括以下步骤：
S1：将天然橡胶进行塑炼，然后依次加入氯丁橡胶、玻璃微珠、聚丁二酸丁二醇酯、发泡剂、防老剂和软化剂进行一级密炼，之后加入聚氨酯弹性体和半补强碳黑，进行二级密炼，得到混炼胶；
S2：将步骤S1中混炼胶加入硫化剂、促进剂进行硫化，即得。
进一步地，所述一级密炼的温度为125～128℃。
进一步地，所述二级密炼的温度为110～113℃。
本发明的有益效果：
本发明的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，添加微量的发泡剂以及玻璃微珠和聚丁二酸丁二醇酯，在发泡时，聚丁二酸丁二醇酯融化具有流动性，将气泡冲开，一部分的聚丁二酸丁二醇酯和玻璃微珠持续填充进去气泡，待冷却下来，形成局部的聚丁二酸丁二醇酯和玻璃微珠的混合堆积结构填充在橡胶内。玻璃微珠具有良好的流动性及刚度，聚丁二酸丁二醇酯刚度高摩擦力大，可对玻璃微珠有束缚作用。作为新能源悬置橡胶使用，承受静载荷时，玻璃微珠具有较高的刚度，且在聚丁二酸丁二醇酯的束缚下，不易变形，使橡胶具有较高的刚度，即静刚度较大；承受动载荷时，因聚丁二酸丁二醇酯的束缚并不强，玻璃微珠的流动延展性好，再加上聚氨酯弹性体良好的弹性，使橡胶整体具有较低的静刚度，阻尼较低，适合轻量化的新能源汽车，得到的橡胶的动静比较低，乘客的乘坐舒适性好。
本发明的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，添加的发泡剂，添加量极少，且添加剂的发泡量也极少，大部分气泡也被填充，因此不影响橡胶成品的刚度。碳酸氢钠或碳酸氢铵分解生成水、二氧化碳、氨气等，水分蒸发，二氧化碳、氨气等逸出。
本发明的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，添加的聚氨酯弹性体，具有良好的弹性，可以使悬置橡胶在承受动载荷时降低动刚度。
本发明的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，应用于新能源汽车的悬置，低阻尼橡胶的出现，使得悬置的阻尼特性得到了优化。阻尼特性的减小，使得车辆在行驶过程中，操控更加轻松，减少了驾驶员的疲劳感和压力。同时，低阻尼橡胶的应用，还能提高悬置系统的可靠性，延长车辆的使用寿命。低阻尼橡胶还具有很高的弹性和稳定性，这使得车辆在行驶过程中，悬挂系统的性能得到了提升。弹性和稳定性之间的平衡，使得车辆在行驶过程中更加平稳、顺畅，减少了车辆悬挂系统的磨损和损坏。
本发明的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶的制备方法，密炼分为两个温度阶段，发泡阶段的温度高于聚丁二酸丁二醇酯的熔点，使聚丁二酸丁二醇酯具有流动性，带动玻璃微珠填充于气泡中，发泡结束后温度降至聚丁二酸丁二醇酯熔点以下，将聚丁二酸丁二醇酯于玻璃微珠一起封装起来，形成稳定的结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80kg、氯丁橡胶15kg、聚氨酯弹性体4kg、聚丁二酸丁二醇酯4kg、玻璃微珠12kg、半补强碳黑18kg、硫化剂1.5kg、促进剂1.5kg、发泡剂0.02kg、防老剂5kg、软化剂1.5kg。
发泡剂为碳酸氢钠。
玻璃微珠的制备方法为：将硅烷偶联剂550与聚乙二醇1200按照体积比为1:4的比例混合得到改性剂，取玻璃微珠原料500g，与2L的改性剂混合，搅拌20～30min，然后过滤除去改性剂，之后烘干，得到玻璃微珠。玻璃微珠的粒径为20～70μm。
聚丁二酸丁二醇酯的粒径为20～50μm。
聚氨酯弹性体的邵氏硬度为A35。
硫化剂为硫磺，促进剂为2-巯基苯并噻唑。
防老剂为防老剂RD，软化剂为石蜡油。
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶的制备方法包括以下步骤：
S1：将配方量的天然橡胶加入密炼机中，在50℃条件下塑炼2min，温度达到90℃后，加入配方量的氯丁橡胶、玻璃微珠、聚丁二酸丁二醇酯、发泡剂、防老剂、软化剂，逐渐升温至125℃，一级密炼2min，之后加入配方量的聚氨酯弹性体、半补强碳黑，降温至113℃，二级密炼2min，得到混炼胶。
S2：将步骤S1中混炼胶加入配方量的硫磺、2-巯基苯并噻唑进行硫化，硫化时间为3min，排胶即得。
实施例2
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80kg、氯丁橡胶10kg、聚氨酯弹性体5kg、聚丁二酸丁二醇酯5kg、玻璃微珠10kg、半补强碳黑20kg、硫化剂1.8kg、促进剂1kg、发泡剂0.02kg、防老剂4kg、软化剂2kg。
发泡剂为碳酸氢钠。
玻璃微珠的制备方法为：将硅烷偶联剂550与聚乙二醇1200按照体积比为1:5的比例混合得到改性剂，取玻璃微珠原料500g，与2L的改性剂混合，搅拌20～30min，然后过滤除去改性剂，之后烘干，得到玻璃微珠。玻璃微珠的粒径为20～70μm。
聚丁二酸丁二醇酯的粒径为20～50μm。
聚氨酯弹性体的邵氏硬度为A30。
硫化剂为硫磺，促进剂为2-巯基苯并噻唑。
防老剂为防老剂RD，软化剂为石蜡油。
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶的制备方法包括以下步骤：
S1：将配方量的天然橡胶加入密炼机中，在50℃条件下塑炼2min，温度达到90℃后，依次加入配方量的氯丁橡胶、玻璃微珠、聚丁二酸丁二醇酯、发泡剂、防老剂、软化剂，逐渐升温至125℃，一级密炼2min，之后加入配方量的聚氨酯弹性体、半补强碳黑，降温至113℃，二级密炼2min，得到混炼胶。
S2：将步骤S1中混炼胶加入配方量的硫磺、2-巯基苯并噻唑进行硫化，硫化时间为3min，排胶得。
实施例3
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80kg、氯丁橡胶20kg、聚氨酯弹性体3kg、聚丁二酸丁二醇酯6kg、玻璃微珠12kg、半补强碳黑16kg、硫化剂1kg、促进剂1.6kg、发泡剂0.04kg、防老剂3kg、软化剂1kg。
发泡剂为碳酸氢钠。
玻璃微珠的制备方法为：将硅烷偶联剂550与聚乙二醇1200按照体积比为1:5的比例混合得到改性剂，取玻璃微珠原料500g，与2L的改性剂混合，搅拌20～30min，然后过滤除去改性剂，之后烘干，得到玻璃微珠。玻璃微珠的粒径为20～70μm。
聚丁二酸丁二醇酯的粒径为20～50μm。
聚氨酯弹性体的邵氏硬度为A40。
硫化剂为硫磺，促进剂为2-巯基苯并噻唑。
防老剂为防老剂RD，软化剂为石蜡油。
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶的制备方法包括以下步骤：
S1：将配方量的天然橡胶加入密炼机中，在50℃条件下塑炼2min，温度达到90℃后，依次加入配方量的氯丁橡胶、玻璃微珠、聚丁二酸丁二醇酯、发泡剂、防老剂、软化剂，逐渐升温至128℃，一级密炼2min，之后加入配方量的聚氨酯弹性体、半补强碳黑，降温至110℃，二级密炼2min，得到混炼胶。
S2：将步骤S1中混炼胶加入配方量的硫磺、2-巯基苯并噻唑进行硫化，硫化时间为3min，排胶即得。
实施例4
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80kg、氯丁橡胶18kg、聚氨酯弹性体4kg、聚丁二酸丁二醇酯4kg、玻璃微珠15kg、半补强碳黑15kg、硫化剂2kg、促进剂1.2kg、发泡剂0.05kg、防老剂5kg、软化剂2kg。
发泡剂为碳酸氢铵。
玻璃微珠的制备方法为：将硅烷偶联剂550与聚乙二醇1200按照体积比为1:5的比例混合得到改性剂，取玻璃微珠原料500g，与2L的改性剂混合，搅拌20～30min，然后过滤除去改性剂，之后烘干，得到玻璃微珠。玻璃微珠的粒径为20～70μm。
聚丁二酸丁二醇酯的粒径为20～50μm。
聚氨酯弹性体的邵氏硬度为A30。
硫化剂为硫磺，促进剂为2-巯基苯并噻唑。
防老剂为防老剂RD，软化剂为石蜡油。
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶的制备方法包括以下步骤：
S1：将配方量的天然橡胶加入密炼机中，在50℃条件下塑炼2min，温度达到90℃后，依次加入配方量的氯丁橡胶、玻璃微珠、聚丁二酸丁二醇酯、发泡剂、防老剂、软化剂，逐渐升温至126℃，一级密炼2min，之后加入配方量的聚氨酯弹性体、半补强碳黑，降温至113℃，二级密炼2min，得到混炼胶。
S2：将步骤S1中混炼胶加入配方量的硫磺、2-巯基苯并噻唑进行硫化，硫化时间为3min，排胶即得。
实施例5
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80kg、氯丁橡胶12kg、聚氨酯弹性体6kg、聚丁二酸丁二醇酯3kg、玻璃微珠10kg、半补强碳黑18kg、硫化剂1.5kg、促进剂2kg、发泡剂0.03kg、防老剂2kg、软化剂1.5kg、防老剂、软化剂。
发泡剂为碳酸氢铵。
玻璃微珠的制备方法为：将硅烷偶联剂550与聚乙二醇1200按照体积比为1:4的比例混合得到改性剂，取玻璃微珠原料500g，与2L的改性剂混合，搅拌20～30min，然后过滤除去改性剂，之后烘干，得到玻璃微珠。玻璃微珠的粒径为20～70μm。
聚丁二酸丁二醇酯的粒径为20～50μm。
聚氨酯弹性体的邵氏硬度为A40。
硫化剂为硫磺，促进剂为2-巯基苯并噻唑。
防老剂为防老剂RD，软化剂为石蜡油。
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶的制备方法包括以下步骤：
S1：将配方量的天然橡胶加入密炼机中，在50℃条件下塑炼2min，温度达到90℃后，依次加入配方量的氯丁橡胶、玻璃微珠、聚丁二酸丁二醇酯、发泡剂、防老剂、软化剂，逐渐升温至125℃，一级密炼2min，之后加入配方量的聚氨酯弹性体、半补强碳黑，降温至112℃，二级密炼2min，得到混炼胶。
S2：将步骤S1中混炼胶加入配方量的硫磺、2-巯基苯并噻唑进行硫化，硫化时间为3min，排胶即得。
实施例6
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80kg、氯丁橡胶18kg、聚氨酯弹性体3kg、聚丁二酸丁二醇酯5kg、玻璃微珠12kg、半补强碳黑16kg、硫化剂1.2kg、促进剂1kg、发泡剂0.02kg、防老剂4kg、软化剂1kg。
发泡剂为碳酸氢钠。
玻璃微珠的制备方法为：将硅烷偶联剂550与聚乙二醇1200按照体积比为1:5的比例混合得到改性剂，取玻璃微珠原料500g，与2L的改性剂混合，搅拌20～30min，然后过滤除去改性剂，之后烘干，得到玻璃微珠。玻璃微珠的粒径为20～70μm。
聚丁二酸丁二醇酯的粒径为20～50μm。
聚氨酯弹性体的邵氏硬度为A35。
硫化剂为硫磺，促进剂为2-巯基苯并噻唑。
防老剂为防老剂RD，软化剂为石蜡油。
本实施例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶的制备方法包括以下步骤：
S1：将配方量的天然橡胶加入密炼机中，在50℃条件下塑炼2min，温度达到90℃后，依次加入配方量的氯丁橡胶、玻璃微珠、聚丁二酸丁二醇酯、发泡剂、防老剂、软化剂，逐渐升温至125℃，一级密炼2min，之后加入配方量的聚氨酯弹性体、半补强碳黑，降温至113℃，二级密炼2min，得到混炼胶。
S2：将步骤S1中混炼胶排出后冷却，然后在开炼机加入配方量的硫磺、2-巯基苯并噻唑进行硫化，硫化时间为3min，排胶即得。
对比例1
本对比例与实施例1大致相同，不同之处在于：使用半补强碳黑替代玻璃微珠，即本对比例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80kg、氯丁橡胶15kg、聚氨酯弹性体4kg、聚丁二酸丁二醇酯4kg、半补强碳黑30kg、硫化剂1.5kg、促进剂1.5kg、发泡剂0.02kg、防老剂5kg、软化剂1.5kg。
对比例2
本对比例与实施例1大致相同，不同之处在于：使用聚丁二酸丁二醇酯替代玻璃微珠，即本对比例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，天然橡胶80kg、氯丁橡胶15kg、聚氨酯弹性体4kg、聚丁二酸丁二醇酯16kg、半补强碳黑18kg、硫化剂1.5kg、促进剂1.5kg、发泡剂0.02kg、防老剂5kg、软化剂1.5kg。
对比例3
本对比例与实施例1大致相同，不同之处在于：使用半补强碳黑替代聚丁二酸丁二醇酯，即本对比例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80kg、氯丁橡胶15kg、聚氨酯弹性体4kg、玻璃微珠12kg、半补强碳黑22kg、硫化剂1.5kg、促进剂1.5kg、发泡剂0.02kg、防老剂5kg、软化剂1.5kg。
对比例4
本对比例与实施例1大致相同，不同之处在于：使用天然橡胶替代聚氨酯弹性体，即本对比例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶84kg、氯丁橡胶15kg、聚丁二酸丁二醇酯4kg、玻璃微珠12kg、半补强碳黑18kg、硫化剂1.5kg、促进剂1.5kg、发泡剂0.02kg、防老剂5kg、软化剂1.5kg。
对比例5
本对比例与实施例1大致相同，不同之处在于：省去添加发泡剂，即本对比例的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80kg、氯丁橡胶15kg、聚氨酯弹性体4kg、聚丁二酸丁二醇酯4kg、玻璃微珠12kg、半补强碳黑18kg、硫化剂1.5kg、促进剂1.5kg、防老剂5kg、软化剂1.5kg。
实验例1
测定实施例1-实施例6以及对比例1-对比例5的静刚度、100Hz条件下的动刚度以及动静比，测试结果如表1所示。
从表1可以看出，实施例1-实施例6中的橡胶动静比较低，静刚度小，阻尼小，作为新能源汽车悬置使用，可提供较为舒适的乘坐环境。
实验例2
橡胶整车耐久度测试。加载力为0-3500N，频率1Hz，耐久35万次，实施例1-实施例6橡胶表面无开裂、脱胶、弹性变化小于30%。
Claims (2)
1.一种新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，其特征在于，包括以下重量份的各组分：天然橡胶80份；氯丁橡胶10～20份、聚氨酯弹性体3～5份、聚丁二酸丁二醇酯3～5份、玻璃微珠10～15份、半补强碳黑15～20份、硫化剂2～5份、促进剂2～5份、发泡剂0.01～0.05份、防老剂2～5份、软化剂1～2份；所述发泡剂为碳酸氢钠或碳酸氢铵；所述玻璃微珠的粒径为20～70μm；所述聚丁二酸丁二醇酯的粒径为20～50μm；所述聚氨酯弹性体的邵氏硬度为A30～A40；所述的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶的制备方法，包括以下步骤：
S1：将天然橡胶进行塑炼，然后依次加入氯丁橡胶、玻璃微珠、聚丁二酸丁二醇酯、发泡剂、防老剂、软化剂进行一级密炼，之后加入聚氨酯弹性体和半补强碳黑，进行二级密炼，得到混炼胶；所述一级密炼的温度为125～128℃；所述二级密炼的温度为110～113℃；
S2：将步骤S1中混炼胶加入硫化剂、促进剂进行硫化，即得；
所述玻璃微珠的制备方法为：将硅烷偶联剂与聚乙二醇按照体积比为1:4～5的比例混合得到改性剂，将玻璃微珠原料与所述改性剂混合，搅拌20～30min，然后过滤除去所述改性剂，之后烘干，得到玻璃微珠。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车悬置用低阻尼高性能橡胶，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂550或硅烷偶联剂570。
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