CN109111605A - 磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法及产品 - Google Patents

磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法及产品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及功能性阻尼材料技术领域，提供了一种磁流变热塑性硫化橡胶阻尼材料的制备方法及产品，该制备方法包含如下步骤：(1)纳米磁性材料表面修饰或磁性流体微胶囊的制备；(2)修饰后纳米磁性材料或磁流体微胶囊与橡胶共混体系的制备；(3)橡塑共混体系的制备；(4)橡塑共混体系的预结构化；(5)橡塑共混体系的硫化成型。本发明制备的磁流变热塑性硫化橡胶阻尼材料除了能够避免磁流变液沉降、稳定性差以及磁液泄漏等问题之外，还具有可控性好、磁响应速度快、无需密封处理等优点，可广泛应用于电机，机械加工，汽车工业，医疗等诸多领域，因此具有广阔的市场应用前景。

Description

磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法及产品
【技术领域】
本发明涉及功能性阻尼材料技术领域，具体涉及一种磁流变热塑性硫化橡胶阻尼材料的制备方法及产品。
【背景技术】
磁流变材料是一类在外加磁场作用下流变性能发生急剧变化的智能材料，由于其具有响应快，可逆性好以及可受外界磁场连续控制等诸多优点，因此被广泛的应用于汽车，建筑，振动控制等诸多领域。
磁流变液是目前最为常用的磁流变智能材料，但其在应用过程中存在磁液沉降，稳定性差，磁液泄漏等问题，从而在一定程度上限制了其广泛的应用。磁流变弹性体由于其兼具磁流变材料和弹性体的优点，又克服了磁液沉降，稳定性差等不足，展现出了巨大的应用潜力。
然而传统的磁流变弹性体是以橡胶为载体，之后通过硫化而制备，虽然部分材料已经得到了实际应用，但由于橡胶材料本身加工成型方法单一，且成型后难以重复使用，从而在很大程度上限制了其应用。磁流变热塑性硫化橡胶材料，利用了TPV独特的相结构和可重复加工性能，可以使其在保持磁流变特性和高弹性的同时，又具有良好的加工成型性能以及可重复使用等性能，因而具有广阔的应用前景和商业价值。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种磁流变热塑性硫化橡胶弹性体材料的制备方法及产品，其特点在于采用该方法制备的磁流变弹性体材料具有稳定性好，无需封装，且具备良好的成型加工性和可重复使用性。
为了实现上述发明目的，本发明的实施方式提供了一种磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法，包含如下步骤：
(1)纳米磁性材料表面修饰或磁性流体微胶囊的制备：利用偶联剂对纳米磁性材料进行表面修饰或制备成以树脂为囊壁、磁流体基载液为芯材的磁流体微胶囊结构；
(2)修饰后纳米磁性材料或磁流体微胶囊与橡胶共混体系的制备：将修饰过的纳米磁性材料或磁流体微胶囊与橡胶相进行预混，得到磁性粒子/橡胶或磁流体微胶囊/橡胶共混体系；
(3)橡塑共混体系的制备：将步骤(2)得到的共混体系与基体树脂、硫化体系混合均匀，得到含纳米磁性粒子或磁流体微胶囊的橡塑混合体系；
(4)橡塑共混体系的预结构化：将步骤(3)得到的混合体系填充到模具中，放入磁热耦合硫化装置中预结构化，得到橡胶相中纳米磁性粒子或磁流体微胶囊中的磁性粒子有序排列的预结构化树脂体系；
(5)橡塑共混体系的硫化成型：关闭磁场，将步骤(4)得到的预结构化树脂体系硫化完全，得到磁流变热塑性硫化橡胶弹性体材料。
优选地，步骤(1)中所述的纳米磁性材料为铁、钴、镍、锰等金属、金属合金或金属氧化物中的至少一种；所述的偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种；且所述偶联剂的用量为所述导热填料的0.5～3wt％。
优选地，步骤(1)中所述的磁流体微胶囊的囊壁为聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、尼龙66、聚丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、三元乙丙橡胶、硅橡胶、丙烯酸酯橡胶等有机聚合物中的任意一种；所述的磁流体微胶囊中的基载液为铁、钴、镍、锰等金属或金属合金或金属氧化物基载液中的至少一种。
优选地，步骤(2)中所述的橡胶相为三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、乙烯-丙烯酸酯橡胶、聚烯烃类弹性体、硅橡胶和氟橡胶中的至少一种；所述修饰过的纳米磁性粒子或磁流体微胶囊与所述橡胶相的质量比为50～300∶100。
优选地，步骤(2)中所述的预混过程在密炼机或开炼机中进行。
优选地，步骤(3)中所述的基体树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯和聚氨酯等聚合物中的至少一种；所述的硫化体系为硫磺、过氧化物、硫磺给予体、金属氧化物和合成树脂中的至少一种；所述共混体系与基体树脂、硫化体系的质量比为100～50∶70～50∶1.75～1.25。
优选地，所述步骤(3)中，将共混体系与基体树脂、硫化体系加入双螺杆挤出机或开炼机中混合均匀。
优选地，所述步骤(4)中的磁热耦合硫化装置中，磁场强度为0.2～1T，加热板温度为25～200℃。
优选地，步骤(5)中将预结构化树脂体系在150～200℃下硫化完全。
本发明的实施方式也提供由上述方法制备得到的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料，包含基体树脂相和均匀分散在所述基体树脂相中的橡胶相，所述橡胶相为改性磁性材料/橡胶共混体系经外加磁场硫化成型形成，所述改性磁性材料为偶联剂修饰的磁性纳米粒子或磁流体微胶囊，且所述改性磁性材料在所述橡胶相中均匀分布。
相对于现有技术，本发明的实施方式所提供的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体材料，既避免了磁流变液中存在的磁液沉降、稳定性差，磁液泄漏等问题，又克服了磁流变橡胶弹性体加工方式单一，不可重复利用的不足，特别适用于大批量稳定生产和应用，具有广阔的市场应用前景。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为实施例1中的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备流程示意图；
图2为实施例2中的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备流程示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
在本发明的具体实施方式中，提供了磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法，包含如下步骤：(1)纳米磁性材料表面修饰或磁性流体微胶囊的制备：利用偶联剂对纳米磁性材料进行表面修饰或制备成以树脂为囊壁，磁流体基载液为芯材的磁流体微胶囊结构；(2)修饰后纳米磁性材料或磁流体微胶囊与橡胶共混体系的制备：将修饰过的纳米磁性材料或磁流体微胶囊与橡胶相进行预混，得到磁性粒子/橡胶或磁流体微胶囊/橡胶共混体系；(3)橡塑共混体系的制备：将步骤(2)得到的共混体系与基体树脂、硫化体系混合均匀，得到含纳米磁性粒子或磁流体微胶囊的橡塑混合体系；(4)橡塑共混体系的预结构化：将步骤(3)得到的混合体系填充到模具中，放入磁热耦合硫化装置中预结构化，得到橡胶相中纳米磁性粒子或磁流体微胶囊中的磁性粒子有序排列的预结构化树脂体系；(5)橡塑共混体系的硫化成型：关闭磁场，将步骤(4)得到的预结构化树脂体系硫化完全，得到磁流变热塑性硫化橡胶弹性体材料。
在本发明的具体实施方式中，步骤(1)中所述的纳米磁性材料为铁、钴、镍、锰等金属或金属合金或金属氧化物中的至少一种；所述的偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种；且所述偶联剂的用量为所述导热填料的0.5～3wt％。
在本发明的具体实施方式中，步骤(1)中所述的磁流体微胶囊的囊壁为聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、尼龙66、聚丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、三元乙丙橡胶、硅橡胶、丙烯酸酯橡胶等有机聚合物中的任意一种；所述的磁流体微胶囊中的基载液为铁、钴、镍、锰等金属或金属合金或金属氧化物基载液中的至少一种。
在本发明的具体实施方式中，步骤(2)中所述的橡胶相为三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、乙烯-丙烯酸酯橡胶、聚烯烃类弹性体、硅橡胶和氟橡胶中的至少一种；所述修饰过的纳米磁性粒子或磁流体微胶囊与所述橡胶相的质量比为50～300∶100。
在本发明的具体实施方式中，所述预混过程在密炼机或开炼机中进行。
在本发明的具体实施方式中，步骤(3)中所述的基体树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯和聚氨酯等聚合物中的至少一种；所述的硫化体系为硫磺、过氧化物、硫磺给予体、金属氧化物和合成树脂中的至少一种；所述共混体系与基体树脂、硫化体系的质量比为100～50∶70～50∶1.75～1.25。
在本发明的具体实施方式中，所述步骤(3)中，将共混体系与基体树脂、硫化体系加入双螺杆挤出机或开炼机中混合均匀。
在本发明的具体实施方式中，所述步骤(4)中的磁热耦合硫化装置中，磁场强度为0.2～1T，加热板温度为25～200℃。
在本发明的具体实施方式中，步骤(5)中将预结构化树脂体系在150～200℃下硫化完全。
本发明的具体实施方式也提供由上述方法制备得到的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料，包含基体树脂相和均匀分散在所述基体树脂相中的橡胶相，所述橡胶相为改性磁性材料/橡胶共混体系经外加磁场硫化成型形成，所述改性磁性材料为偶联剂修饰的磁性纳米粒子或磁流体微胶囊，且所述改性磁性材料在所述橡胶相中均匀分布。
以下是本发明的具体实施方式的一些举例：
实施例1
(1)首先将100g羰基铁粉和2g乙烯基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂)偶联剂分别分散于无水乙醇和少量蒸馏水的混合溶液里超声分散1h，之后将两者在70-80℃下混合1h，最后将样品在70℃烘箱中烘干6h，得到修饰后的磁性材料；
(2)将(1)中修饰过的纳米磁性材料100g与100g天然橡胶置于开炼机中进行预混，得到磁性粒子/橡胶共混体系；
(3)将(2)中磁性粒子/橡胶共混体系200g与聚丙烯40g、硫化体系(5g氧化锌，1g硬脂酸，3g硫磺)在辊温为50-60℃的开炼机中混合均匀，得到含纳米磁性粒子的橡塑混合体系。
(4)将(3)中的混合体系填充到模具中，放入磁场强度为0.8T，加热板温度为150℃的磁热耦合硫化装置中预结构化20min，得到橡胶相中纳米磁性粒子有序排列的预结构化树脂体系。
(5)关闭磁场，将(4)中的预结构化树脂体系在160℃下硫化40min，得到磁流变热塑性硫化橡胶弹性体材料。
本实施例的制备流程图如附图1所示。本实施例中制得的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料中，包含基体树脂相和均匀分散在所述基体树脂相中的橡胶相，所述橡胶相为改性磁性材料/橡胶共混体系经外加磁场硫化成型形成，所述改性磁性材料为偶联剂修饰的磁性纳米粒子或磁流体微胶囊，且所述改性磁性材料在所述橡胶相中均匀分布。
实施例2
(1)首先将12g三元乙丙橡胶与100g长链烷烃基载液体系磁流体经乳化，蒸发制得磁流体微胶囊，并用蒸馏水洗涤后烘干；
(2)将(1)中磁流体微胶囊100g与100g三元乙丙橡胶置于开炼机中进行预混，得到磁流体微胶囊/橡胶共混体系；
(3)将(2)中磁流体微胶囊/橡胶共混体系200g与聚丙烯40g、硫化体系(5g氧化锌，1g硬脂酸，3g辛基酚醛)在辊温为50-60℃的开炼机中混合均匀，得到含磁流体微胶囊的橡塑混合体系。
(4)将(3)中的混合体系填充到模具中，放入磁场强度为0.8T，加热板温度为150℃的磁热耦合硫化装置中预结构化15min，得到橡胶相中纳米磁性粒子有序排列的预结构化树脂体系。
(5)关闭磁场，将(4)中的预结构化树脂体系在160℃下硫化30min，得到磁流变热塑性硫化橡胶弹性体材料。
本实施例的制备流程图如附图2所示。本实施例中制得的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料中，包含基体树脂相和均匀分散在所述基体树脂相中的橡胶相，所述橡胶相为改性磁性材料/橡胶共混体系经外加磁场硫化成型形成，所述改性磁性材料为偶联剂修饰的磁性纳米粒子或磁流体微胶囊，且所述改性磁性材料在所述橡胶相中均匀分布。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)纳米磁性材料表面修饰或磁性流体微胶囊的制备：利用偶联剂对纳米磁性材料进行表面修饰或制备成以树脂为囊壁、磁流体基载液为芯材的磁流体微胶囊结构；
(2)修饰后纳米磁性材料或磁流体微胶囊与橡胶共混体系的制备：将修饰过的纳米磁性材料或磁流体微胶囊与橡胶相进行预混，得到磁性粒子/橡胶或磁流体微胶囊/橡胶共混体系；
(3)橡塑共混体系的制备：将步骤(2)得到的共混体系与基体树脂、硫化体系混合均匀，得到含纳米磁性粒子或磁流体微胶囊的橡塑混合体系；
(4)橡塑共混体系的预结构化：将步骤(3)得到的混合体系填充到模具中，放入磁热耦合硫化装置中预结构化，得到橡胶相中纳米磁性粒子或磁流体微胶囊中的磁性粒子有序排列的预结构化树脂体系；
(5)橡塑共混体系的硫化成型：关闭磁场，将步骤(4)得到的预结构化树脂体系硫化完全，得到磁流变热塑性硫化橡胶弹性体材料。
2.根据权利要求1所述的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法，其特征在于，
步骤(1)中所述的纳米磁性材料为铁、钴、镍、锰等金属、金属合金或金属氧化物中的至少一种；
所述的偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种；
且所述偶联剂的用量为所述纳米磁性材料的0.5～3wt％。
3.根据权利要求1所述的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法，其特征在于，
步骤(1)中所述的磁流体微胶囊的囊壁为聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、尼龙66、聚丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、三元乙丙橡胶、硅橡胶、丙烯酸酯橡胶中的任意一种；
所述的磁流体微胶囊中的基载液为铁、钴、镍、锰金属、金属合金或金属氧化物基载液中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法，其特征在于，
步骤(2)中所述的橡胶相为三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、乙烯-丙烯酸酯橡胶、聚烯烃类弹性体、硅橡胶和氟橡胶中的至少一种；
所述修饰过的纳米磁性材料或磁流体微胶囊与所述橡胶相的质量比为50～300∶100。
5.根据权利要求1所述的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的预混过程在密炼机或开炼机中进行。
6.根据权利要求1所述的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法，其特征在于，
步骤(3)中所述的基体树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯和聚氨酯等聚合物中的至少一种；
所述的硫化体系为硫磺、过氧化物、硫磺给予体、金属氧化物和合成树脂中的至少一种；
所述共混体系与基体树脂、硫化体系的质量比为100～50∶70～50∶1.75～1.25。
7.根据权利要求1所述的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将共混体系与基体树脂、硫化体系加入双螺杆挤出机或开炼机中混合均匀。
8.根据权利要求1所述的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的磁热耦合硫化装置中，磁场强度为0.2～1T，加热板温度为25～200℃。
9.根据权利要求1所述的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中将预结构化树脂体系在150～200℃下硫化完全。
10.权利要求1至9中任一项所述的方法制备得到的磁流变热塑性硫化橡胶弹性体阻尼材料，包含基体树脂相和均匀分散在所述基体树脂相中的橡胶相，其特征在于，
所述橡胶相为改性磁性材料/橡胶共混体系经外加磁场硫化成型形成，所述改性磁性材料为偶联剂修饰的磁性纳米材料或磁流体微胶囊，且所述改性磁性材料在所述橡胶相中均匀分布。
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