CN112457544B - 一种苯并噁嗪改性丁基橡胶宽温域阻尼复合材料的制备方法 - Google Patents
一种苯并噁嗪改性丁基橡胶宽温域阻尼复合材料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种苯并噁嗪改性丁基橡胶宽温域阻尼复合材料的制备方法,将丁基橡胶、苯并噁嗪、氢化钠放入流变仪中反应一段时间排出胶料,然后在双辊开炼机上塑化胶料,按顺序加入填料、硬脂酸、氧化锌、TMTD、DM、硫磺共混均匀,然后打三角包,翻炼数次,薄通,下片,放置24~48h去除气泡,制得生胶备用;将所述生胶在平板硫化仪上硫化,获得苯并噁嗪改性丁基橡胶复合阻尼材料。本发明采用无溶剂方法得到改性丁基橡胶,减少了操作复杂,成本高等问题,其次引入了极性基团,提高了丁基橡胶的阻尼温域和阻尼因子,拓宽了丁基橡胶阻尼材料应用领域。
Description
技术领域
本发明属于聚合物阻尼材料领域,具体涉及一种氢化钠体系下苯并噁嗪改性丁基橡胶得到丁基橡胶基阻尼复合材料的制备方法。
背景技术
目前国内车用减振降噪材料大约有70%为沥青基阻尼材料,其来源广泛、价格低廉,但存在低温变脆使阻尼材料阻尼性能变差,高温老化会使阻尼材料失去阻尼效果。另外,沥青基阻尼材料存在环保问题,沥青质中含有难挥发的蒽、菲、芘等多环芳烃,这些物质与人体长期接触会对人体产生很大危害,因此国外车用阻尼材料越来越多地采用合成高分子作为阻尼片基体材料。
橡胶材料因为在玻璃化转变温度附近可以靠大分子链段内摩擦产生内耗,有效实现减振降噪的目的,成为阻尼材料研究中的热门。而丁基橡胶(IIR)由少量的异戊二烯和异丁烯通过阳离子共聚合而成,其中异丁烯的含量为98%左右,分子链上侧甲基十分密集,形成蠕虫状结构,因而具有较高损耗因子。IIR又因为玻璃化转变温度附近存在次级转变,使其阻尼性能不同于一般弹性体,内耗峰既高又宽。但其有效阻尼功能区集中在低温区,在15℃以上几乎丧失阻尼功能,不能满足正常工作温度的需要,所以需要对其改性,来获得宽温域高阻尼的丁基橡胶阻尼复合材料。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种苯并噁嗪改性丁基橡胶宽温域阻尼复合材料的制备方法。本方法采用无溶剂本体法在丁基橡胶上接枝苯并噁嗪,引入了极性基团苯环和双键,提高了丁基橡胶的阻尼性能。并且本方法操作简单,减少成本。
本发明的技术方案是:
一种苯并噁嗪改性丁基橡胶宽温域阻尼复合材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)一定温度下,将丁基橡胶IIR和NaH加入到哈克转矩流变仪中反应10~20min后再加入苯并噁嗪,继续反应10~20min后停止反应,排出胶料;
(2)在双辊开炼机上塑化胶料,按顺序加入填料膨润土、硬脂酸、氧化锌、四甲基秋兰姆TMTD、二硫化二苯并噻唑DM、硫磺,共混均匀,然后打三角包,翻炼数次,薄通,下片,放置24~48h去除气泡,制得生胶备用;
(3)将步骤(2)所得的生胶在平板硫化仪上硫化,获得苯并噁嗪改性丁基橡胶复合阻尼材料。
进一步的,步骤(1)中,按质量份,所述丁基橡胶为100份,氢化钠为10~50份,苯并噁嗪为10~50份。
进一步的,步骤(1)中,所述苯并噁嗪和氢化钠的质量比为1:1。
进一步的,步骤(2)中,按质量份,所述填料为10~30份,硬脂酸为2份,氧化锌为5份,TMTD为2份,DM为1份,硫磺为2份。
进一步的,步骤(3)中,所述硫化温度为160~180℃,硫化压力为10~13MPa,硫化时间为20~22min。
本发明的有益效果为:
(1)本发明制备的苯并噁嗪改性丁基橡胶宽温域阻尼复合材料广泛用于汽车、火车、飞机等各种交通工具和工程机械中,用来减少汽车等各种机械设备在运转过程中产生的震动与噪音对机械和人身体健康带来的损害;
(2)本发明方法采用无溶剂方法,聚合物的分离和纯化操作减少,减低成本;并且引入了极性基团,提高了阻尼性能。
(3)与传统沥青基阻尼垫相比,本发明得到的丁基橡胶复合阻尼材料的阻尼性能更加优异,性能更加稳定,温度的变化对其性能影响不大,而且使用过程中不产生对人体有害物质和异味;
(4)与普通的树脂共混改性丁基橡胶阻尼相比,利用新型热固性树脂苯并噁嗪改性丁基橡胶后其热稳定性、耐热性能和耐磨性能都有较大的提高,与丁基橡胶的相容性良好。
附图说明
图1为未添加填料且无苯并噁嗪的阻尼复合材料tanδ-T关系图;
图2中1.2.3分别为添加填料但无苯并噁嗪、无添加填料但添加苯并噁嗪、添加填料和苯并噁嗪的阻尼复合材料tanδ-T关系图;
图3实施例中1.2.3.4.5阻尼复合材料tanδ-T关系图;
图4为未添加填料且无苯并噁嗪的阻尼复合材料的断面形貌图;
图5为添加填料但无苯并噁嗪的阻尼复合材料的断面形貌图;
图6为添加填料和苯并噁嗪的阻尼复合材料的断面形貌图;
图7为不同添加剂下得到的阻尼复合材料的红外光谱图,其中1为未添加填料且无苯并噁嗪的阻尼复合材料;2为添加填料但无苯并噁嗪的阻尼复合材料;3为无添加填料但添加苯并噁嗪的阻尼复合材料;4为添加填料和苯并噁嗪的阻尼复合材料。
具体实施方式
丁基橡胶占100份,NaH 10~50份,苯并噁嗪树脂10~50份,填料10~30份,硬脂酸2份,氧化锌5份,TMTD2份,DM1份,硫磺2份。在双辊开炼机上塑化丁基橡胶,并按顺序加入填料,硬脂酸,氧化锌,TMTD,DM,硫磺,苯并噁嗪,共混均匀,然后打三角包,翻炼7次,薄通,下片,放置24h去除气泡,制得生胶备用。然后在平板硫化仪上硫化,硫化温度160~180℃,硫化压力10~13MPa,硫化时间20~22min得到苯并噁嗪改性丁基橡胶复合阻尼材料。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。但是本发明不限于所列出的实施例,还应包括在本发明所要求的权利范围内其他任何公知的改变。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
取丁基橡胶100份,苯并噁嗪10份,氢化钠10份,填料10份,硬脂酸2份,氧化锌5份,TMTD 2份,DM 1份,硫磺2份。将丁基橡胶、苯并噁嗪、氢化钠先在流变仪中反应一定时间后排出胶料,然后在双辊开炼机上塑化胶料,并按顺序加入填料,硬脂酸,氧化锌,TMTD,DM,硫磺,共混均匀,然后打三角包,翻炼7次,薄通,下片,放置24h去除气泡,制得生胶备用。然后在平板硫化仪上硫化,硫化温度170℃,硫化压力10MPa,硫化时间22min得到苯并噁嗪改性丁基橡胶复合阻尼材料。
实施例1制备出的改性丁基橡胶高温阻尼温域≥60℃,60℃阻尼因子0.31,如图3的曲线1。
实施例2
取丁基橡胶100份,苯并噁嗪20份,氢化钠20份,填料10份,硬脂酸2份,氧化锌5份,TMTD 2份,DM 1份,硫磺2份。将丁基橡胶、苯并噁嗪、氢化钠先在流变仪中反应一定时间后排出胶料,然后在双辊开炼机上塑化胶料,并按顺序加入填料,硬脂酸,氧化锌,TMTD,DM,硫磺,共混均匀,然后打三角包,翻炼7次,薄通,下片,放置24h去除气泡,制得生胶备用。然后在平板硫化仪上硫化,硫化温度165℃,硫化压力11MPa,硫化时间22min得到苯并噁嗪改性丁基橡胶复合阻尼材料。
实施例2制备出的改性丁基橡胶高温阻尼温域≥60℃,60℃阻尼因子0.31,如图3的曲线2。
实施例3
取丁基橡胶100份,苯并噁嗪30份,氢化钠30份,填料10份,硬脂酸2份,氧化锌5份,TMTD 2份,DM 1份,硫磺2份。将丁基橡胶、苯并噁嗪、氢化钠先在流变仪中反应一定时间后排出胶料,然后在双辊开炼机上塑化胶料,并按顺序加入填料,硬脂酸,氧化锌,TMTD,DM,硫磺,共混均匀,然后打三角包,翻炼7次,薄通,下片,放置24h去除气泡,制得生胶备用。然后在平板硫化仪上硫化,硫化温度165℃,硫化压力12MPa,硫化时间21min得到苯并噁嗪改性丁基橡胶复合阻尼材料。
实施例3制备出的改性丁基橡胶高温阻尼温域≥60℃,60℃阻尼因子0.38,如图3的曲线3。
实施例4
取丁基橡胶100份,苯并噁嗪40份,氢化钠40份,填料10份,硬脂酸2份,氧化锌5份,TMTD 2份,DM 1份,硫磺2份。将丁基橡胶、苯并噁嗪、氢化钠先在流变仪中反应一定时间后排出胶料,然后在双辊开炼机上塑化胶料,并按顺序加入填料,硬脂酸,氧化锌,TMTD,DM,硫磺,共混均匀,然后打三角包,翻炼7次,薄通,下片,放置24h去除气泡,制得生胶备用。然后在平板硫化仪上硫化,硫化温度170℃,硫化压力12MPa,硫化时间20min得到苯并噁嗪改性丁基橡胶复合阻尼材料。
实施例4制备出的改性丁基橡胶高温阻尼温域≥60℃,60℃阻尼因子0.34,如图3的曲线4。
实施例5
取丁基橡胶100份,苯并噁嗪50份,氢化钠50份,填料膨润土10份,硬脂酸2份,氧化锌5份,TMTD 2份,DM 1份,硫磺2份。将丁基橡胶、苯并噁嗪、氢化钠先在流变仪中反应一定时间后排出胶料,然后在双辊开炼机上塑化胶料,并按顺序加入填料,硬脂酸,氧化锌,TMTD,DM,硫磺,共混均匀,然后打三角包,翻炼7次,薄通,下片,放置24h去除气泡,制得生胶备用。然后在平板硫化仪上硫化,硫化温度165℃,硫化压力12MPa,硫化时间22min得到苯并噁嗪改性丁基橡胶复合阻尼材料。
实施例5制备出的改性丁基橡胶高温阻尼温域≥60℃,60℃阻尼因子0.32,如图3的曲线5。
实施例6
取丁基橡胶100份,苯并噁嗪10份,氢化钠10份,填料膨润土20份,硬脂酸2份,氧化锌5份,TMTD 2份,DM 1份,硫磺2份。将丁基橡胶、苯并噁嗪、氢化钠先在流变仪中反应一定时间后排出胶料,然后在双辊开炼机上塑化胶料,并按顺序加入填料,硬脂酸,氧化锌,TMTD,DM,硫磺,共混均匀,然后打三角包,翻炼7次,薄通,下片,放置24h去除气泡,制得生胶备用。然后在平板硫化仪上硫化,硫化温度170℃,硫化压力12MPa,硫化时间21min得到苯并噁嗪改性丁基橡胶复合阻尼材料。
实施例6制备出的改性丁基橡胶高温阻尼温域≥42.1℃,42℃阻尼因子0.32。
实施例7
取丁基橡胶100份,苯并噁嗪10份,***10份,填料30份,硬脂酸2份,氧化锌5份,TMTD 2份,DM 1份,硫磺2份。将丁基橡胶、苯并噁嗪、氢化钠先在流变仪中反应一定时间后排出胶料,然后在双辊开炼机上塑化胶料,并按顺序加入填料,硬脂酸,氧化锌,TMTD,DM,硫磺,共混均匀,然后打三角包,翻炼7次,薄通,下片,放置24h去除气泡,制得生胶备用。然后在平板硫化仪上硫化,硫化温度170℃,硫化压力10MPa,硫化时间22min得到苯并噁嗪改性丁基橡胶复合阻尼材料。
实施例7制备出的改性丁基橡胶高温阻尼温域≥45.3℃,45℃阻尼因子0.35。
实施例8
取丁基橡胶100份,***10份,填料20份,硬脂酸2份,氧化锌5份,TMTD 2份,DM 1份,硫磺2份。将丁基橡胶、氢化钠先在流变仪中反应一定时间后排出胶料,然后在双辊开炼机上塑化胶料,并按顺序加入填料,硬脂酸,氧化锌,TMTD,DM,硫磺,共混均匀,然后打三角包,翻炼7次,薄通,下片,放置24h去除气泡,制得生胶备用。然后在平板硫化仪上硫化,硫化温度180℃,硫化压力12MPa,硫化时间22min得到苯并噁嗪改性丁基橡胶复合阻尼材料。
实施例8制备出的改性丁基橡胶高温阻尼温域≤45.8℃,45℃阻尼因子0.30。
将本发明实施例1-5所述方法制备的车用高阻尼宽温域丁基橡胶阻尼复合材料与无改性树脂和/或填料的阻尼复合材料的进行对比,具体性能请参阅图1-7及表1
表1
从表1中看出,添加苯并噁嗪树脂所得到的阻尼复合材料其拉伸强度和撕裂强度都有所增加。
从图3中可以看出添加热固性树脂苯并噁嗪所得到的阻尼复合材料其最大阻尼因子降低,但是其有效阻尼温域(阻尼因子≥0.3的温域)变宽,其中添加苯并噁嗪和填料得到的阻尼复合此料的阻尼温域延伸到65℃以上,达到了工业上的要求;
从图2看出,填料的加入使得阻尼复合材料的阻尼温域有所提高,但其拉伸强度和撕裂强度稍微降低,这是因为所加入的填料为非补强填料,当分子链运动时,填料与基体,填料与填料之间的摩擦使得损耗增加,所以表现出较宽的阻尼温域,但是在填料的表面会形成一定的结合胶,使得生胶的比例有所下降,就造成了最大阻尼因子降低的现象,而非补强填料与基体之间的结合作用不强,又由于产生应力集中和取向,使得所得阻尼复合材料的拉伸强度和撕裂强度等稍微下降,但是总体不影响使用性能。
从图4、图5、图6看出,纯丁基橡胶的SEM图断面较为光滑,添加了膨润土之后断面变得粗糙。随着填料和苯并噁嗪的共同加入,在填料的表面,分子链通过吸附缠绕附着在上面形成了结合胶,这增加了丁基橡胶分子链和填料、分子链和苯并噁嗪及填料和苯并噁嗪之间的摩擦机会,使得分子链运动变得困难,从而增加了内耗,。
从图7曲线1、2看出,通过对比分析硫化纯丁基橡胶阻尼材料与添加高岭土的红外光谱图,发现添加填料之后并没有改变纯丁基橡胶谱图中的吸收峰的位置,也没有因为化学反应等形成新的吸收峰,可见填料并没有改变丁基橡胶的原来的键结构和基本形态,只是增加了与丁基橡胶分子链在运动时产生的摩擦消耗,从而使阻尼因子增加。对比曲线1、3、4可知苯并噁嗪中官能团增加了与丁基橡胶分子链、填料之间的摩擦,增加了内耗。
综上所述,本发明所述的一种苯并噁嗪改性丁基橡胶宽温域阻尼复合材料的制备方法,其操作方法简单;产品热稳定性、耐热性能和耐磨性能都有较大的提高,可以减少汽车等各种机械设备在运转过程中产生的震动与噪音对机械和人身体健康带来的损害。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种苯并噁嗪改性丁基橡胶宽温域阻尼复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将丁基橡胶IIR和NaH加入到哈克转矩流变仪中反应10~20min后再加入苯并噁嗪,继续反应10~20min后停止反应,排出胶料;
按质量份,所述丁基橡胶为100份,氢化钠为10~50份,苯并噁嗪为10~50份;
(2)在双辊开炼机上塑化胶料,按顺序加入填料膨润土、硬脂酸、氧化锌、四甲基秋兰姆TMTD、二硫化二苯并噻唑DM、硫磺,共混均匀,然后打三角包,翻炼数次,薄通,下片,放置去除气泡,制得生胶备用;
(3)将步骤(2)所得的生胶在平板硫化仪上硫化,获得苯并噁嗪改性丁基橡胶宽温域阻尼复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述苯并噁嗪和氢化钠的质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,按质量份,所述填料为10~30份,硬脂酸为2份,氧化锌为5份,TMTD为2份,DM为1份,硫磺为2份。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,放置去除气泡的时间为24~48h。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(3)中,所述硫化温度为160~180℃,硫化压力为10~12MPa,硫化时间为20~22min。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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