CN107337825B - 一种减震橡胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减震橡胶的制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明首先将玻璃纤维用多巴胺溶液浸泡，制得预处理玻璃纤维，再将玻璃纤维与氯化铁溶液混合均匀，并滴加沉淀剂尿素溶液，反应结束后，经陈化、过滤、洗涤和干燥得改性玻璃纤维，随后将氢化丁腈橡胶塑炼，再依次加入聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯树脂、石油树脂、改性玻璃纤维、硫磺、促进剂、防老剂和增塑剂，进行混炼，并在混炼过程中施加外磁场，静置处理后得混炼胶，最后将混炼胶加热硫化，即得减震橡胶。本发明所得减震橡胶兼具优良的稳定性和力学性能，其使用寿命较传统减震橡胶长，且力学性能保持良好。
Description
技术领域
本发明公开了一种减震橡胶的制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
减震在机械设备、铁路轨道、船舶、桥梁、航空航天等方面均有重要用途。尤其近年来，频繁发生地震，直接或间接地对社会及自然造成破坏，使得减震显得尤为重要。在减震材料中，橡胶扮演着越来越重要的角色，是减震材料发展的方向。 橡胶的特点是既有高弹性，又有高粘性，而且还有其特有的综合力学性能，即低的可调整的模量和较高的本征阻尼，使它在缓冲、减震和动态密封方面的作用无与伦比。橡胶制品的减震原理是利用橡胶的高粘性来吸收振动能量，并将吸收的机械能或声能部分地转变为热能而散逸，从而起到减少或降低振幅的作用。
目前影响橡胶阻尼减震性能的因素有橡胶材料的形态结构、橡胶共混体系各组分的相容性、交联体系、使用温度和振动频率、聚合物共混比、补强填充剂以及其 它助剂等。天然橡胶（NR）是生物合成的产物，主要成分为橡胶烃，还含有少量的蛋白质、脂肪酸等。其加工方法多种，所制得各种NR的成分含量不一，其力学性能、减震性能等也有差异，有关此方面的研究甚少。
作为减震元件，特别是高级建筑物、桥梁、内燃机、火车机头等大型建筑或机械设备的基础减震元件，由于安装及更换比较困难，费用较高，其制品一般要求有较长的使用寿命，以减少维修和更换费用。在影响减震橡胶制品使用寿命的各种因素中，热氧老化是最重要的因素之一。这是因为橡胶本身是热的不良导体，减震所吸收的机械能在转化为热能后不能及时地被散逸，因此橡胶将会升温，而温度的升高除使橡胶制品的性能下降之外，更主要的是将大大加速橡胶制品的热氧老化过程，从而缩短其使用寿命。因此，如能抑制橡胶的热氧老化过程，就能提高橡胶制品的耐热老化性能，从而延长制品的使用寿命。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统减震橡胶材料在使用过程中，减震所吸收的机械能在转化为热能后不能及时地被散逸，加速橡胶的热氧老化，导致产品使用寿命较短的问题，提供了一种减震橡胶的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）按质量比为1：50～1：80将玻璃纤维与多巴胺溶液混合浸泡45～60min，再经过滤，得预处理玻璃纤维；
（2）将预处理玻璃纤维与氯化铁溶液按质量比为1：30～1：40混合加入反应器，分散均匀后，再向反应器中滴加氯化铁溶液体积2～3倍的尿素溶液，待滴加完毕，继续反应3～5h，再经陈化、过滤、洗涤和干燥得改性玻璃纤维；
（3）按重量份数计，依次取100～120份氢化丁腈橡胶，10～15份聚甲基丙烯酸甲酯，8～10份聚氯乙烯树脂，8～10份石油树脂，10～20份改性玻璃纤维，3～5份硫磺，1～3份促进剂，2～4份防老剂，1～4份增塑剂，先将氢化丁腈橡胶塑炼10～15min后，再依次加入聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯树脂、石油树脂、改性玻璃纤维、硫磺、促进剂、防老剂和增塑剂，混炼10～20min后，并在混炼过程中施加外磁场，待混炼结束，静置6～8h，得混炼胶；
（4）将混料胶加热硫化45～60min，出料，即得减震橡胶。
步骤（1）所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维或中碱玻璃纤维中的任意一种。
步骤（3）所述石油树脂为C5石油树脂或C9石油树脂中的任意一种。
步骤（3）所述促进剂为促进剂TMTD、促进剂M或促进剂ZDMC中的任意一种。
步骤（3）所述防老剂是由防老剂4020、防老剂RD和防老剂NBC按质量比为1：1：1混合而成。
步骤（3）所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、环氧硬脂酸辛酯或己二酸二辛酯中的任意一种。
本发明的有益效果是： （1）本发明技术方案首先利用多巴胺溶液对玻璃纤维进行浸泡改性，提高玻璃纤维的吸附性能，再将改性后的玻璃纤维与氯化铁溶液混合，以尿素为沉淀剂，使尿素水解产生的氢氧根离子与铁离子结合，生成氢氧化铁晶核，晶核一旦形成，即被玻璃纤维表面的多巴胺吸附，在后续处理过程中，氢氧化铁脱水，生成氧化铁，且氧化铁均匀吸附于玻璃纤维表面，提高玻璃纤维表面的粗糙度，有利于后续处理过程中线性的橡胶分子挂靠缠绕于粗糙的玻璃纤维表面，在受震动变形过程中，可有效提高橡胶分子链运动阻力，使体系内摩擦力急剧上升，将震动产生的机械能转化为热能而耗散掉，同时在受力过程中，玻璃纤维可与橡胶分子链共同分担外力，使应力分散，起到补强效果，避免体系应力集中而引起结构和弹性急剧变化，有效限制产品在外力作用下的大尺寸形变，使产品力学性能进一步提升，另外，氧化铁吸附在玻璃纤维表面后，可在加工过程中随外加磁场方向使玻璃纤维在橡胶基体中形成定向排布的增强网络结构，从而有效提高体系的导热性能，将转化形成的热能快速耗散，避免热能积聚在体系内部引起橡胶热氧老化； （2）本发明技术方案通过在橡胶体系中添加聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯树脂和石油树脂，可增加橡胶分子的极性，提高内聚强度和表面能，另外，石油树脂的加入，可有效提高体系对玻璃纤维的润湿性能，从而提高体系与玻璃纤维之间的结合力，使产品机械性能有效提高；
（3）本发明技术方案以氢化丁腈橡胶作为基体橡胶材料，丁腈橡胶氢化处理后，可有效减少橡胶分子中的不稳定双键，从而有效减少橡胶分子在受热条件下发生氧化老化的问题。
具体实施方式
按质量比为1：50～1：80将玻璃纤维与质量浓度为2g/L多巴胺溶液混合倒入烧杯中，并将烧杯移入数显恒温测速磁力搅拌器，于温度为55～65℃，转速为300～500r/min条件下，恒温搅拌混合45～60min，过滤，得滤饼，即为预处理玻璃纤维；将所得预处理玻璃纤维与质量分数为8～10%氯化铁溶液按质量比为1：30～1：40加入反应釜中，于温度为45～55℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌分散45～60min后，再向反应釜中滴加氯化铁溶液体积2～3倍的质量分数为10～15%尿素溶液，控制尿素溶液滴加速率为8～10mL/min，待尿素溶液滴加完毕，继续恒温搅拌反应3～5h，待反应结束，将反应釜中物料转入陈化槽，于室温条件下静置陈化8～12h，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3～5次，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得改性玻璃纤维；按重量份数计，依次取100～120份氢化丁腈橡胶，10～15份聚甲基丙烯酸甲酯，8～10份聚氯乙烯树脂，8～10份石油树脂，10～20份改性玻璃纤维，3～5份硫磺，1～3份促进剂，2～4份防老剂，1～4份增塑剂，先将氢化丁腈橡胶置于开炼机中，于温度为40～80℃条件下，塑炼10～15min，再依次加入聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯树脂、石油树脂、改性玻璃纤维、硫磺、促进剂、防老剂和增塑剂，于温度为130～160℃条件下混炼5～15min，在混炼过程中，对开炼机中物料施加强度为40～50T的外磁场，待混炼结束，出料，再于室温条件下静置6～8h，得混炼胶，并将所得混炼胶转入平板硫化机中，于温度为180～200℃，压力为20～30MPa条件下，硫化45～60min，出料，待冷却至室温，即得减震橡胶。所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维或中碱玻璃纤维中的任意一种。所述石油树脂为C5石油树脂或C9石油树脂中的任意一种。所述促进剂为促进剂TMTD、促进剂M或促进剂ZDMC中的任意一种。所述防老剂是由防老剂4020、防老剂RD和防老剂NBC按质量比为1：1：1混合而成。所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、环氧硬脂酸辛酯或己二酸二辛酯中的任意一种。
实例1
按质量比为1：60将无碱玻璃纤维与质量浓度为2g/L多巴胺溶液混合倒入烧杯中，并将烧杯移入数显恒温测速磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌混合60min，过滤，得滤饼，即为预处理玻璃纤维；将所得预处理玻璃纤维与质量分数为10%氯化铁溶液按质量比为1：40加入反应釜中，于温度为50℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌分散60min后，再向反应釜中滴加氯化铁溶液体积2倍的质量分数为10%尿素溶液，控制尿素溶液滴加速率为10mL/min，待尿素溶液滴加完毕，继续恒温搅拌反应3h，待反应结束，将反应釜中物料转入陈化槽，于室温条件下静置陈化8h，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3次，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为100℃条件下干燥至恒重，得改性玻璃纤维；按重量份数计，依次取100份氢化丁腈橡胶，10份聚甲基丙烯酸甲酯，10份聚氯乙烯树脂，10份C5石油树脂，10份改性玻璃纤维，3份硫磺，3份促进剂M，3份防老剂，2份增塑剂，先将氢化丁腈橡胶置于开炼机中，于温度为40℃条件下，塑炼10min，再依次加入聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯树脂、C5石油树脂、改性玻璃纤维、硫磺、促进剂M、防老剂和增塑剂，于温度为150℃条件下混炼10min，在混炼过程中，对开炼机中物料施加强度为50T的外磁场，待混炼结束，出料，再于室温条件下静置8h，得混炼胶，并将所得混炼胶转入平板硫化机中，于温度为200℃，压力为30MPa条件下，硫化60min，出料，待冷却至室温，即得减震橡胶。所述防老剂是由防老剂4020、防老剂RD和防老剂NBC按质量比为1：1：1混合而成。所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
实例2
按重量份数计，依次取100份氢化丁腈橡胶，10份聚甲基丙烯酸甲酯，10份聚氯乙烯树脂，10份C5石油树脂，10份玻璃纤维，3份硫磺，3份促进剂M，3份防老剂，2份增塑剂，先将氢化丁腈橡胶置于开炼机中，于温度为40℃条件下，塑炼10min，再依次加入聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯树脂、C5石油树脂、玻璃纤维、硫磺、促进剂M、防老剂和增塑剂，于温度为150℃条件下混炼10min，在混炼过程中，对开炼机中物料施加强度为50T的外磁场，待混炼结束，出料，再于室温条件下静置8h，得混炼胶，并将所得混炼胶转入平板硫化机中，于温度为200℃，压力为30MPa条件下，硫化60min，出料，待冷却至室温，即得减震橡胶。所述防老剂是由防老剂4020、防老剂RD和防老剂NBC按质量比为1：1：1混合而成。所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
实例3
按质量比为1：60将玻璃纤维与质量浓度为2g/L多巴胺溶液混合倒入烧杯中，并将烧杯移入数显恒温测速磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌混合60min，过滤，得滤饼，即为预处理玻璃纤维；将所得预处理玻璃纤维与质量分数为10%氯化铁溶液按质量比为1：40加入反应釜中，于温度为50℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌分散60min后，再向反应釜中滴加氯化铁溶液体积2倍的质量分数为10%尿素溶液，控制尿素溶液滴加速率为10mL/min，待尿素溶液滴加完毕，继续恒温搅拌反应3h，待反应结束，将反应釜中物料转入陈化槽，于室温条件下静置陈化8h，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3次，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为100℃条件下干燥至恒重，得改性玻璃纤维；按重量份数计，依次取100份氢化丁腈橡胶，10份改性玻璃纤维，3份硫磺，3份促进剂M，3份防老剂，2份增塑剂，先将氢化丁腈橡胶置于开炼机中，于温度为40℃条件下，塑炼10min，再依次加入改性玻璃纤维、硫磺、促进剂M、防老剂和增塑剂，于温度为150℃条件下混炼10min，在混炼过程中，对开炼机中物料施加强度为50T的外磁场，待混炼结束，出料，再于室温条件下静置8h，得混炼胶，并将所得混炼胶转入平板硫化机中，于温度为200℃，压力为30MPa条件下，硫化60min，出料，待冷却至室温，即得减震橡胶。所述防老剂是由防老剂4020、防老剂RD和防老剂NBC按质量比为1：1：1混合而成。所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
实例4
按质量比为1：60将玻璃纤维与质量浓度为2g/L多巴胺溶液混合倒入烧杯中，并将烧杯移入数显恒温测速磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌混合60min，过滤，得滤饼，即为预处理玻璃纤维；将所得预处理玻璃纤维与质量分数为10%氯化铁溶液按质量比为1：40加入反应釜中，于温度为50℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌分散60min后，再向反应釜中滴加氯化铁溶液体积2倍的质量分数为10%尿素溶液，控制尿素溶液滴加速率为10mL/min，待尿素溶液滴加完毕，继续恒温搅拌反应3h，待反应结束，将反应釜中物料转入陈化槽，于室温条件下静置陈化8h，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3次，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为100℃条件下干燥至恒重，得改性玻璃纤维；按重量份数计，依次取100份丁腈橡胶，10份聚甲基丙烯酸甲酯，10份聚氯乙烯树脂，10份C5石油树脂，10份改性玻璃纤维，3份硫磺，3份促进剂M，3份防老剂，2份增塑剂，先将丁腈橡胶置于开炼机中，于温度为40℃条件下，塑炼10min，再依次加入聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯树脂、C5石油树脂、改性玻璃纤维、硫磺、促进剂M、防老剂和增塑剂，于温度为150℃条件下混炼10min，在混炼过程中，对开炼机中物料施加强度为50T的外磁场，待混炼结束，出料，再于室温条件下静置8h，得混炼胶，并将所得混炼胶转入平板硫化机中，于温度为200℃，压力为30MPa条件下，硫化60min，出料，待冷却至室温，即得减震橡胶。所述防老剂是由防老剂4020、防老剂RD和防老剂NBC按质量比为1：1：1混合而成。所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
对比例：河北某橡塑制品有限公司生产的橡胶减震块
将实例1至4所得减震橡胶及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.力学性能测试：采用XL-250A型拉力试验机（上海化工机械四厂），按GB/T528-2009执行；
2.老化实验：采用DHX-9143型电热恒温鼓风老化箱（上海福玛实验设备有限公司），实验条件：老化温度：100℃，时间：48小时。
热氧老化前性能具体检测结果如表1所示：
表1
热氧老化后性能具体检测结果如表2所示：
表2
由表1和表2检测结果可知，本发明技术方案所得减震橡胶兼具优良的稳定性和力学性能，其使用寿命较传统减震橡胶长，且力学性能保持良好。
Claims (6)
1.一种减震橡胶的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按质量比为1：50～1：80将玻璃纤维与多巴胺溶液混合浸泡45～60min，再经过滤，得预处理玻璃纤维；
（2）将预处理玻璃纤维与氯化铁溶液按质量比为1：30～1：40混合加入反应器，分散均匀后，再向反应器中滴加氯化铁溶液体积2～3倍的尿素溶液，待滴加完毕，继续反应3～5h，再经陈化、过滤、洗涤和干燥得改性玻璃纤维；
（3）按重量份数计，依次取100～120份氢化丁腈橡胶，10～15份聚甲基丙烯酸甲酯，8～10份聚氯乙烯树脂，8～10份石油树脂，10～20份改性玻璃纤维，3～5份硫磺，1～3份促进剂，2～4份防老剂，1～4份增塑剂，先将氢化丁腈橡胶塑炼10～15min后，再依次加入聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯树脂、石油树脂、改性玻璃纤维、硫磺、促进剂、防老剂和增塑剂，混炼10～20min后，并在混炼过程中施加外磁场，待混炼结束，静置6～8h，得混炼胶；
（4）将混料胶加热硫化45～60min，出料，即得减震橡胶。
2.根据权利要求1所述的一种减震橡胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维或中碱玻璃纤维中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种减震橡胶的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述石油树脂为C5石油树脂或C9石油树脂中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种减震橡胶的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述促进剂为促进剂TMTD、促进剂M或促进剂ZDMC中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种减震橡胶的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述防老剂是由防老剂4020、防老剂RD和防老剂NBC按质量比为1：1：1混合而成。
6.根据权利要求1所述的一种减震橡胶的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、环氧硬脂酸辛酯或己二酸二辛酯中的任意一种。
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