CN103194010B - 一种基于丁基橡胶和天然橡胶共混的阻尼材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于丁基橡胶和天然橡胶共混的阻尼材料及其制备方法。该复合材料由天然橡胶、丁基橡胶、石油树脂、炭黑、促进剂、助剂组成，该阻尼材料由以下步骤制得：首先将天然橡胶50-100份、石油树脂35-70份、助剂2-10份以及炭黑35-70份进行混炼，再将丁基橡胶0-200份、硫化剂2-10份加入混炼均匀成片；最后将得到的胶料在5-10MPa，100-200℃下热压成型得到阻尼材料。本发明得到的阻尼材料在保证较好力学性能的同时大幅度改善了材料的阻尼性能，应用范围广。同时提供的制备方法工艺简单，易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及高分子阻尼材料领域。具体地说，涉及一种基于丁基橡胶和天然橡胶共混的阻尼材料及其制备方法。
技术背景
随着现代工业的发展，振动和噪声出现的频率和场所越来越多，振动、冲击、噪声对社会生产和社会生活产生了严重的危害，振动、噪声污染已成为与水污染和大气污染相提并论的世界三大环境污染之一。因此，减振降噪是当前环境保护迫切需要解决的重要问题之一，而采用高阻尼结构材料是解决上述问题的一种有效手段。聚合物具有粘弹性，特别是在玻璃化转变区域内，由分子链运动产生内摩擦，将吸收的机械能和声能转化为热能耗散。所呈现出的高阻尼性使其特别适合用作阻尼材料，起到减振降噪的目的，被广泛的应用于宇航事业，交通运输、机械设备、建筑工程及日常生活等各个领域。例如：在重载与高速的双重运输强度作用下，桥梁阻尼垫板要有足够的刚度和强度，才能抵御车辆对桥梁的破坏作用，确保车辆高速运行下的平稳安全。由于橡胶垫板的高弹性,能够提供轨道结构中所必需的缓冲、减振、绝缘等功能,从而成为铁路轨道中重要的部件
高分子材料作为阻尼材料的玻璃化转变区较狭窄，有效的阻尼温域往往只有20～30℃，而实际应用至少需要60～80℃的温域。为了得到性能优异的高分子阻尼材料，即在宽广的温度范围内具有较高的阻尼值，前人主要从两个方面进行了设计。一方面，从高分子材料基体的角度出发，选择具有相对高阻尼的聚合物，并采用不同聚合物的共混、接枝或嵌段共聚和互穿网络体系的方法。另一方面，加入有效的添加剂对聚合物基体进行改性，如填料、增塑剂、增粘树脂和能与基体形成氢键杂化体系的有机小分子等作为阻尼赋予剂。
发明内容
本发明的目的是克服天然橡胶tanδ峰值较低，温域范围较窄的缺陷，提供一种性能更优异的宽温域的实用阻尼材料，通过加入丁基橡胶（3745，美国埃默森公司）及其它助剂来提高材料的阻尼性能，在保证较好力学性能的同时大幅度改善了材料的阻尼性能，拓宽温域范围，同时制备方法工艺简单，使其能够用于生产中。
本发明的另一目的是提供一种基于丁基橡胶和天然橡胶共混的阻尼材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于丁基橡胶和天然橡胶共混的阻尼材料，通过共混、压片制得，所述阻尼材料的组分及质量份数如下：
其中，所述的丁基橡胶是美国埃默森公司生产的、牌号为3745的丁基橡胶，
所述的石油树脂为C9石油树脂和C5石油树脂中的一种或两种，
所述的炭黑为N339和N220的一种或两种，
所述的助剂为防老剂和促进剂，
其中，所述的促进剂为促进剂CZ、促进剂DM、促进剂TMTD中的一种或多种，
其中，所述的防老剂为防老剂A、防老剂BLE、防老剂4010NA中的一种或多种，
其中，所述的硫化剂为硫磺。
上述炭黑N339和N220，促进剂CZ、促进剂DM、促进剂TMTD、防老剂A、防老剂BLE、防老剂4010NA均为市售产品。其中：炭黑是由山东省章丘市永振炭黑设备厂生产，N339和N220为炭黑的牌号，促进剂由上海成锦化工有限公司生产，CZ、DM、TMTD为促进剂的牌号；防老剂由广州东新化工有限公司生产，A、BLE、4010NA为防老剂的牌号。
为了实现上述目的，本发明提出了丁基橡胶和天然橡胶共混的阻尼材料的制备方法，包括步骤如下：
（1）将促进剂、防老剂、硫化剂在60～100℃下真空干燥2～10小时，除去其中的水分，
（2）用双辊开炼机在室温下将天然橡胶、C9石油树脂、促进剂、防老剂以及炭黑进行混炼，再将丁基橡胶、硫化剂加入混炼均匀成片。
（3）出片后，用25吨平板硫化仪在100～200℃，5～10MPa下热压1～10min成型得到片状的所述材料。
采用动态力学分析仪（DMA）对阻尼材料进行动态力学分析。测试条件：频率11hz，温度-100℃～200℃，升温速率3℃／min，采用拉伸夹具。
本发明的丁基橡胶和天然橡胶共混的阻尼材料成型后所得制品拉伸强度为15～30MPa，tanδ>0.3的温域范围为-50℃～50℃，损耗阻尼因子峰值为0.6～2。有益效果
本发明通过加入丁基橡胶显著改善了天然橡胶的阻尼性能，同时保证了较好力学性能，从而获得了一种性能更优异的宽温域的实用阻尼材料。由于丁基橡胶的加工性能很好，制备方法工艺简单，更适合于产业化。本发明的丁基橡胶和天然橡胶共混的阻尼材料具有力学性能好，温域范围广，阻尼性能好，工艺简单，易于工业化生产等优点，可用于桥梁阻尼橡胶垫板等阻尼材料中。
附图说明
图1是NR/IIR=100/0动态力学测试分析谱图；
图2是NR/IIR=100/75动态力学测试分析谱图；
图3是NR/IIR=100/100动态力学测试分析谱图；
图4是NR/IIR=100/200动态力学测试分析谱图；
图1～4中：横轴表示温度，纵轴表示损耗因子（tanδ），tanδ=E″/E′，E′—储能模量，E”—损耗模量。
具体实施方式
本发明的特征及优点将通过实施例进行详细说明，但所述实施例仅用于本发明而不是限制本发明。
对比例
将天然橡胶100g、C9石油树脂70g、防老剂A1g、防老剂4010NA1g、促进剂CZ0.5g、促进剂TMTD0.5g、炭黑N33940g、N22030g于室温下在双辊开炼机进行混炼，待胶料混合均匀后再将硫磺2g加入混炼均匀，薄通并打三角包10次后，将辊距调到2mm出片，停放24小时待用。将胶料在25吨平板硫化机上于温度160℃、压力10MPa下模压20min制得2mm厚样片进行动态力学性能测试和拉伸性能测试。由图1可看出，该材料的损耗阻尼因子峰值为0.38，峰值位于-15℃；损耗因子大于0.3的温度范围是-33～27℃。拉伸强度为16.5Mpa。
实施例1
将天然橡胶100g、C9石油树脂70g、防老剂A1g、防老剂4010NA1g、促进剂CZ0.5g、促进剂TMTD0.5g、炭黑N33940g、N22030g于室温下在双辊开炼机进行混炼，待胶料混合均匀后再将丁基橡胶75g、硫磺3g加入混炼均匀，薄通并打三角包10次后，将辊距调到2mm出片，停放24小时待用。将胶料在25吨平板硫化机上于温度160℃、压力10MPa下模压20min制得2mm厚样片进行动态力学性能测试和拉伸性能测试。由图2可看出，该材料的损耗阻尼因子峰值为0.65，峰值位于-13℃；损耗因子大于0.3的温度范围是-45～50℃。拉伸强度为9.3Mpa。
实施例2
将天然橡胶100g、C9石油树脂70g、防老剂A1g、防老剂4010NA1g、促进剂CZ0.5g、促进剂TMTD0.5g、炭黑N33940g、N22030g于室温下在双辊开炼机进行混炼，待胶料混合均匀后再将丁基橡胶100g、硫磺4g加入混炼均匀，薄通并打三角包10次后，将辊距调到2mm出片，停放24小时待用。将胶料在25吨平板硫化机上于温度160℃、压力10MPa下模压20min制得2mm厚样片进行动态力学性能测试和拉伸性能测试。由图3可看出，该材料的损耗阻尼因子峰值为0.75，峰值位于-10℃；损耗因子大于0.3的温度范围是-50～41℃。拉伸强度为12.8Mp。
实施例3
将天然橡胶100g、C9石油树脂70g、防老剂A1g、防老剂4010NA1g、促进剂CZ0.5g、促进剂TMTD0.5g、炭黑N33940g、N22030g于室温下在双辊开炼机进行混炼，待胶料混合均匀后再将丁基橡胶200g、硫磺6g加入混炼均匀，薄通并打三角包10次后，将辊距调到2mm出片，停放24小时待用。将胶料在25吨平板硫化机上于温度160℃、压力10MPa下模压20min制得2mm厚样片进行动态力学性能测试和拉伸性能测试。由图4可看出，该材料的损耗阻尼因子峰值为0.85，峰值位于-6℃；损耗因子大于0.3的温度范围是-47～46℃。拉伸强度为10.6Mp。
Claims (2)
1.一种基于丁基橡胶和天然橡胶共混的阻尼材料，通过共混、压片制得，其特征在于，所述阻尼材料的组分及质量份数如下：
其中，所述的丁基橡胶是美国埃默森公司生产的、牌号为3745的丁基橡胶；
所述的石油树脂为C9石油树脂和C5石油树脂中的一种或两种；
所述的炭黑为N339和N220的一种或两种；
所述的助剂为防老剂和促进剂，促进剂为促进剂CZ、促进剂DM、促进剂TMTD中的一种或多种，防老剂为防老剂A、防老剂BLE、防老剂4010NA中的一种或多种；
所述的硫化剂为硫磺。
2.如权利要求1所述的阻尼材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括步骤如下：
(1)将促进剂、防老剂、硫化剂在60～100℃下真空干燥2～10小时，除去其中的水分，
(2)用双辊开炼机在20～30℃下将天然橡胶、C9石油树脂、促进剂、防老剂以及炭黑进行混炼，再将丁基橡胶、硫化剂加入混炼均匀成片，
(3)出片后，用25吨平板硫化仪在100～200℃，5～10MPa下热压1～10min成型得到片状的所述材料。
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