CN112094463B - 一种高阻尼吸声橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高阻尼吸声橡胶及其制备方法，涉及橡胶材料领域。通过使用丁基橡胶、氯磺化聚乙烯、炭黑、高岭土、纳米陶瓷填料及其他辅料。通过在混合体系中加入了锂霞石陶瓷颗粒，较小颗粒的锂霞石与更大的高岭土，在使用上互相配合实现对动能的吸收，另外锂霞石具有负热膨胀性和导热性，便于机械能转化热能后的快速散热，另外通过本申请公开方法合成的锂霞石，尤其是最后一步添加矿油后在氮气环境下煅烧，获得的锂霞石的表面具有一层残留碳层，进一步提升了高阻尼的效果。

Description

一种高阻尼吸声橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶材料领域，尤其涉及一种高阻尼吸声橡胶及其制备方法。

背景技术

橡胶是一种很理想的阻尼材料，其原理在于:橡胶本身为高分子材料，分子体积庞大，当受到外力变形时会导致剧烈的内摩擦，产生反作用力;这种力在抗拒外力振动的过程中，一方面消弱了振动的幅度，由于高分子材料从玻璃态区向高弹态区转变的区域为阻尼效果最好的区域，因此在提高橡胶材料的tan 8值的同时，如何拓宽玻璃化转变温度范围也是提高材料阻尼性能时需要考虑的一个方面。一般单组份的高分子材料的玻璃化态区较窄，采用共混的多相体系可以拓宽阻尼的温度区域。橡胶与橡胶的共混、橡胶与塑料的共混，添加储能更高的填充剂等办法均是提高橡胶材料阻尼性能的有效途径。

橡胶材料的分子结构直接影响了橡胶的阻尼性能，对于分子链上有较大体积侧基的橡胶，因位阻效应可以阻碍橡胶大分子的运动，增加分子之间的内摩擦，从而加大阻尼效果(如丁基、丁腈橡胶)，使阻尼系数增大。在通用橡胶中，丁基橡胶由于其分子链上侧甲基十分密集，形成蠕虫状结构，因而具有较高的损耗因子。而丁腈橡胶，由于腈基的强极性对阻尼有较大的影响，因此也具有了较大的损耗因子。另外，三元乙丙橡胶由于具有侧甲基，阻尼性能较好，同时又有良好的综合性能，也是提高橡胶阻尼时可以考虑的胶种。

但在使用时，即使通过对橡胶的改进也无法较好的提升阻尼效果，补强和填充体系对橡胶阻尼有重要影响。为了尽可能提高减震橡胶的阻尼特性，降低蠕变及性能对温度的依赖性，往往在高阻尼隔震橡胶中配合些特殊的填充剂，例如:片状云母粉、石墨等，由橡胶和特殊填充剂构成的体系引起的内摩擦将会使体系内的部分机械能转化为热能而耗散掉，这也是高阻尼隔震橡胶的减震原理。

发明内容

本发明的目的是提供一种高阻尼吸声橡胶及其制备方法，通过提供一种颗粒更细的添加剂，通过合适粒径的添加剂的加入，进一步提升橡胶的阻尼效果。

为实现上述技术效果，本申请公开了一种高阻尼吸声橡胶，包括如下质量份数的原料组成：

丁基橡胶 90-110份

氯磺化聚乙烯 25-45份

炭黑 10-30份

高岭土 20-40份

纳米陶瓷填料 2-20份

氧化锌 3-6份

硫化剂 1-5

促进剂 1-5份

防老剂 1-5份

其中所述的纳米陶瓷填料，选自具有纳米尺寸的球形或椭球形的锂霞石陶瓷。

进一步的，所述纳米陶瓷填料的粒径100-500nm，所述高岭土的粒径5-50μm。

进一步的，所述纳米陶瓷填料通过如下方式制得：

1）预合成β-锂霞石：选取原料，将Li2CO3、Al(OH)3、SiO2按摩尔比1:4:4，并且加入增稠剂，之后进行湿磨混合，混合后的粉末在80℃烘箱中烘干，过80目筛，然后1250℃煅烧3h，得到预合成粉体；

2）配制β-锂霞石悬浮液：将30g步骤1）所合成的β-锂霞石粉体加入到20g的0.3wt%聚丙烯酸的水溶液中，放入室温超声波中超声分散，形成β-锂霞石悬浮液。

3）配制表面活性剂微乳液：将非离子型表面活性剂与10-15倍质量比的矿物油混合，放入超声波中超声分散，配制成均匀透明的表面活性剂微乳液。

4）制备锂霞石乳化液：将步骤2）配制的β-锂霞石悬浮液快速倒入步骤3）配制的表面活性剂微乳液中，并搅拌均，所述β-锂霞石悬浮液与表面活性剂微乳液的质量配比为1:2~10，获得乳化液；

5）制备锂霞石凝胶：将TEOA作为脱水剂加入到步骤4）所制备的锂霞石乳化液中，其加入量为脱水剂与乳化液的体积比为1:1-2，负压过滤得锂霞石凝胶；

6）制备β-锂霞石球形微粒：将步骤5）制备的锂霞石凝胶与少量矿油混合后，在氮气保护下，于1300℃煅烧3-4h，得到球形β-锂霞石粉体。

进一步的，步骤1增稠剂为CMC的水溶液。

进一步的，步骤6加入的矿油质量不超过锂霞石凝胶的5%。

本发明还公开了一种高阻尼吸声橡胶的制备方法，包括如下步骤：

（a）.按配比准备主料，将丁基橡胶、氯磺化聚乙烯、炭黑、高岭土、纳米陶瓷填料生胶投入到全自动密炼机中，在温度为110-120℃，压力为6MPa的条件下进行捏合0.2h备用；

（b）.按配比准备助剂，将氧化锌、硫化剂、促进剂、防老剂和捏合后的主料在全自动密炼机中混合0.5-1h，混合在温度为120-150℃，压力为10MPa的条件下进行，混合后的原料停放48h后形成待用料；

（c）.将所述待用料进行称量、成型、装模、加压、加热、定时、出模和修整后得到产品。

本发明的有益效果在于：

通过在混合体系中加入了锂霞石陶瓷颗粒，较小颗粒的锂霞石与更大的高岭土，在使用上互相配合实现对动能的吸收，另外锂霞石具有负热膨胀性和导热性，便于机械能转化热能后的快速散热，另外通过本申请公开方法合成的锂霞石，尤其是最后一步添加矿油后在氮气环境下煅烧，获得的锂霞石的表面具有一层残留碳层，由于橡胶分子被锂霞石表层碳粒子表面所吸附以及锂霞石粒子间存在橡胶连续相和某些配合剂的不连续相，加上橡胶分子链本身的摩擦，使体系的表观黏度系数增大进一步提升了高阻尼的效果。

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，下面将结合本发明实施例，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例一：

一种高阻尼吸声橡胶，包括如下质量份数的原料组成：

丁基橡胶 100份

氯磺化聚乙烯 35份

炭黑 20份

高岭土 30份

纳米陶瓷填料 5份

氧化锌 4份

硫化剂 2

促进剂 2份

防老剂 2份

其中所述的纳米陶瓷填料，选自具有纳米尺寸的球形或椭球形的锂霞石陶瓷。

进一步的，所述纳米陶瓷填料的粒径d50为300nm，所述高岭土的粒径d50为30μm。

进一步的，所述纳米陶瓷填料通过如下方式制得：

1）预合成β-锂霞石：选取原料，将Li2CO3、Al(OH)3、SiO2按摩尔比1:4:4，并且加入增稠剂，之后进行湿磨混合，混合后的粉末在80℃烘箱中烘干，过80目筛，然后1250℃煅烧3h，得到预合成粉体；

2）配制β-锂霞石悬浮液：将30g步骤1）所合成的β-锂霞石粉体加入到20g的0.3wt%聚丙烯酸的水溶液中，放入室温超声波中超声分散，形成β-锂霞石悬浮液。

3）配制表面活性剂微乳液：将非离子型表面活性剂与10-15倍质量比的矿物油混合，放入超声波中超声分散，配制成均匀透明的表面活性剂微乳液。

4）制备锂霞石乳化液：将步骤2）配制的β-锂霞石悬浮液快速倒入步骤3）配制的表面活性剂微乳液中，并搅拌均，所述β-锂霞石悬浮液与表面活性剂微乳液的质量配比为1:5，获得乳化液；

5）制备锂霞石凝胶：将TEOA作为脱水剂加入到步骤4）所制备的锂霞石乳化液中，其加入量为脱水剂与乳化液的体积比为1:1，负压过滤得锂霞石凝胶；

6）制备β-锂霞石球形微粒：将步骤5）制备的锂霞石凝胶与少量矿油混合后，在氮气保护下，于1300℃煅烧3h，得到球形β-锂霞石粉体。

步骤1增稠剂为CMC的水溶液。步骤6加入的矿油质量不超过锂霞石凝胶的5%。

本发明还公开了一种高阻尼吸声橡胶的制备方法，包括如下步骤：

（a）.按配比准备主料，将丁基橡胶、氯磺化聚乙烯、炭黑、高岭土、纳米陶瓷填料生胶投入到全自动密炼机中，在温度为115℃，压力为6MPa的条件下进行捏合0.2h备用；

（b）.按配比准备助剂，将氧化锌、硫化剂、促进剂、防老剂和捏合后的主料在全自动密炼机中混合0.5-1h，混合在温度为145℃，压力为10MPa的条件下进行，混合后的原料停放48h后形成待用料；

（c）.将所述待用料进行称量、成型、装模、加压、加热、定时、出模和修整后得到产品。

实施例二：

实施例一：

一种高阻尼吸声橡胶，包括如下质量份数的原料组成：

丁基橡胶 110份

氯磺化聚乙烯 38份

炭黑 18份

高岭土 30份

纳米陶瓷填料 10份

氧化锌 4份

硫化剂 2

促进剂 2份

防老剂 2份

其中所述的纳米陶瓷填料，选自具有纳米尺寸的球形或椭球形的锂霞石陶瓷。

进一步的，所述纳米陶瓷填料的粒径d50为300nm，所述高岭土的粒径d50为30μm。

进一步的，所述纳米陶瓷填料通过如下方式制得：

1）预合成β-锂霞石：选取原料，将Li2CO3、Al(OH)3、SiO2按摩尔比1:4:4，并且加入增稠剂，之后进行湿磨混合，混合后的粉末在80℃烘箱中烘干，过80目筛，然后1250℃煅烧3h，得到预合成粉体；

2）配制β-锂霞石悬浮液：将30g步骤1）所合成的β-锂霞石粉体加入到20g的0.3wt%聚丙烯酸的水溶液中，放入室温超声波中超声分散，形成β-锂霞石悬浮液。

3）配制表面活性剂微乳液：将非离子型表面活性剂与10-15倍质量比的矿物油混合，放入超声波中超声分散，配制成均匀透明的表面活性剂微乳液。

4）制备锂霞石乳化液：将步骤2）配制的β-锂霞石悬浮液快速倒入步骤3）配制的表面活性剂微乳液中，并搅拌均，所述β-锂霞石悬浮液与表面活性剂微乳液的质量配比为1:5，获得乳化液；

5）制备锂霞石凝胶：将TEOA作为脱水剂加入到步骤4）所制备的锂霞石乳化液中，其加入量为脱水剂与乳化液的体积比为1:1，负压过滤得锂霞石凝胶；

6）制备β-锂霞石球形微粒：将步骤5）制备的锂霞石凝胶与少量矿油混合后，在氮气保护下，于1300℃煅烧3h，得到球形β-锂霞石粉体。

步骤1增稠剂为CMC的水溶液。步骤6加入的矿油质量不超过锂霞石凝胶的5%。

本发明还公开了一种高阻尼吸声橡胶的制备方法，包括如下步骤：

（a）.按配比准备主料，将丁基橡胶、氯磺化聚乙烯、炭黑、高岭土、纳米陶瓷填料生胶投入到全自动密炼机中，在温度为115℃，压力为6MPa的条件下进行捏合0.2h备用；

（b）.按配比准备助剂，将氧化锌、硫化剂、促进剂、防老剂和捏合后的主料在全自动密炼机中混合0.5-1h，混合在温度为145℃，压力为10MPa的条件下进行，混合后的原料停放48h后形成待用料；

（c）.将所述待用料进行称量、成型、装模、加压、加热、定时、出模和修整后得到产品。

实验检测：

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高阻尼吸声橡胶，其特征在于包括如下质量份数的原料组成：

丁基橡胶 90-110份

氯磺化聚乙烯 25-45份

炭黑 10-30份

高岭土 20-40份

纳米陶瓷填料 2-20份

氧化锌 3-6份

硫化剂 1-5

促进剂 1-5份

防老剂 1-5份

其中所述的纳米陶瓷填料，选自具有纳米尺寸的球形或椭球形的锂霞石陶瓷，所述纳米陶瓷填料的粒径100-500nm，所述高岭土的粒径5-50μm；

所述纳米陶瓷填料通过如下方式制得：

1）预合成β-锂霞石：选取原料，将Li2CO3、Al(OH)3、SiO2按摩尔比1:4:4，并且加入增稠剂，之后进行湿磨混合，混合后的粉末在80℃烘箱中烘干，过80目筛，然后1250℃煅烧3h，得到预合成粉体；

2）配制β-锂霞石悬浮液：将30g步骤1）所合成的β-锂霞石粉体加入到20g的0.3wt%聚丙烯酸的水溶液中，放入室温超声波中超声分散，形成β-锂霞石悬浮液；

3）配制表面活性剂微乳液：将非离子型表面活性剂与10-15倍质量比的矿物油混合，放入超声波中超声分散，配制成均匀透明的表面活性剂微乳液；

4）制备锂霞石乳化液：将步骤2）配制的β-锂霞石悬浮液快速倒入步骤3）配制的表面活性剂微乳液中，并搅拌均，所述β-锂霞石悬浮液与表面活性剂微乳液的质量配比为1:2~10，获得乳化液；

5）制备锂霞石凝胶：将TEOA作为脱水剂加入到步骤4）所制备的锂霞石乳化液中，其加入量为脱水剂与乳化液的体积比为1:1-2，负压过滤得锂霞石凝胶；

6）制备β-锂霞石球形微粒：将步骤5）制备的锂霞石凝胶与少量矿油混合后，在氮气保护下，于1300℃煅烧3-4h，得到球形β-锂霞石粉体。

2.根据权利要求1所述的一种高阻尼吸声橡胶，其特征在于：步骤1增稠剂为CMC的水溶液。

3.根据权利要求1所述的一种高阻尼吸声橡胶，其特征在于：步骤6加入的矿油质量不超过锂霞石凝胶的5%。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高阻尼吸声橡胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（a）.按配比准备主料，将丁基橡胶、氯磺化聚乙烯、炭黑、高岭土、纳米陶瓷填料生胶投入到全自动密炼机中，在温度为110-120℃，压力为6MPa的条件下进行捏合0.2h备用；

（b）.按配比准备助剂，将氧化锌、硫化剂、促进剂、防老剂和捏合后的主料在全自动密炼机中混合0.5-1h，混合在温度为120-150℃，压力为10MPa的条件下进行，混合后的原料停放48h后形成待用料；

（c）.将所述待用料进行称量、成型、装模、加压、加热、定时、出模和修整后得到产品。