一种硅橡胶组合物及利用其制备的减振器的制作方法

本发明属于新材料即减振器制造领域，尤其涉及一种硅橡胶组合物及利用其制备的减振器，以及该减振器的制备方法。

背景技术：

1、硅橡胶因si-o主链的柔顺性，具有优异的耐高低温、耐老化、耐臭氧与电绝缘性，是航空航天、核工业、精密仪器等领域减振降噪的理想基体。其中苯基硅橡胶因侧基引入苯环，可进一步抑制低温结晶，并通过苯基-苯基相互作用提供额外的内耗，是宽温域减振的关键材料方向。

2、然而，现有公开技术中的硅橡胶仍存在如下不足：

3、cn104725866a公开了一种高阻尼硅橡胶，以甲基乙烯基硅橡胶复合低苯基硅橡胶（苯基含量约8%）并外加减阻尼剂实现增阻，但其苯基含量处于低苯基区间，低温抗结晶能力有限，且仅为材料配方，未涉及减振器产品结构与制造。

4、cn112210216b公开了一种高阻尼苯基硅橡胶（苯基10～30mol%）及其作为减振器阻尼材料的应用，采用tmppd与极性橡胶共混形成的阻尼填料母胶提高常温段阻尼。但这往往导致工艺复杂、成本增加或力学性能下降，其技术方案亦未覆盖具体减振器器型与二段硫化工艺窗口。

5、cn101962480a提出了一种基于低苯基硅橡胶的宽温高阻尼材料，但该材料的拉伸强度和拉断伸长率较低，若在减振器上使用容易发生破坏，仅适用于某些工况温和的振动环境下产品，对于冲击工况缓冲能力不足。

6、cn118359932a采用单苯基/二苯基乙烯基硅橡胶共混改善阻尼，利用不同苯基含量的单/二苯基硅橡胶作为生胶复配实现了一种高苯基硅胶,但其仅提出了一种硅橡胶材料，该材料的阻尼虽然高，但是并不适配大冲击工况，过高阻尼反而会影响减振器的缓冲效果，且未见将其与特殊的阶梯硫化工艺及减振器产品结构相结合的完整解决方案。

7、cn121592178a提出了一种航空惯导系统用橡胶减振器，其采用低苯基硅橡胶作为主要材料，结构为“双凸台金属嵌件共硫化”结构，未涉及二段处理工艺，该减振器主要针对航空飞行环境下小加速度的振动环境，对于大冲击（加速度>500g）工况无法进行有效缓冲。

8、因此，亟需一种无需外加阻尼剂、仅通过苯基硅橡胶自身的复配即可实现高强度、宽温域阻尼的减振硅橡胶材料，且结构可靠的减振器整体方案。本发明即旨在填补该空白。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种硅橡胶组合物及利用其制备的减振器，所述硅橡胶组合物包含以下重量份的原料制备：复配苯基硅橡胶生胶100份、补强剂30-60份、硫化剂0.2-1.5份、助交联剂0.1-0.5份；其中，所述复配苯基硅橡胶生胶由三种不同苯基含量的甲基苯基乙烯基硅橡胶生胶按一定配比复配而成。所述减振器包括减振器金属骨架和与之一体硫化成型的所述橡胶组合物。本发明通过特定配比的苯基硅橡胶复配，使减振器在–40℃至50℃工作温域内频飘＜15%，减振效率＞75%。本发明的减振器结构简单，可调控性强，载荷承载能力与减振缓冲效果俱佳，特别适用于航空航天、火炮等领域的宽温域、高可靠性减振缓冲需求。

2、本发明的发明构思如下：

3、发明人结合现有技术的情况，最终决定由“配方-工艺-结构”三部分协同组成，构成一个完整的技术系统，其中：

4、配方：中苯基含量的甲基苯基乙烯基硅橡胶阻尼性能较差（50℃左右约为0.06）但加工性能好，而高苯基含量的甲基苯基乙烯基硅橡胶阻尼提高，但加工工艺性能随苯基含量增加而变差，因此单独采用其中的一种难以同时满足减振器所要求的强度、阻尼和工艺性能。发明人最终决定通过采用特定配比的不同结构的甲基苯基乙烯基硅橡胶复配，利用中苯基含量的生胶组分（cggx-120-15）提供柔顺性、低温性能以及加工性能，高苯基含量的生胶组分（cggx-120-25和cggx-120-35）提供刚性和阻尼，通过二者在分子级别的互穿与协同作用，形成“微相分离”结构，实现使用性能与加工性能的平衡。

5、工艺：采用阶梯升温二段硫化工艺。一段硫化使橡胶定型，同时与金属骨架保持良好的粘接；二段硫化阶段通过逐步升温，实现了复杂交联网络（包括不同链段间的共交联）的缓慢、均匀形成，同时彻底去除低分子物质，最终获得内部结构更加均一、交联密度最优化、阻尼性能最佳的弹性体。

6、结构：重新设计了一种三明治结构的金属骨架/橡胶复合减振器结构，其中橡胶中心开孔，通过调整中心孔的结构可调节减振器的刚度与形变量。其中所述中心孔的结构包括孔径、孔形及排布方式，用于调节橡胶的局部约束程度，进而改变减振器在受压或剪切工况下的等效刚度与最大允许形变量，在相同的载荷下，孔的截面积越大，橡胶的局部约束越小，减振器的整体刚度越低，可实现的压缩或剪切行程越大；反之，孔的截面积越小，橡胶约束程度越高，减振器刚度越大，行程越小。通过中心孔的结构调整实现了减振器的刚度曲线设计，从而影响减振器的缓冲性能，以适配不同的冲击工况。

7、基于上述发明构思，本技术的具体技术方案如下：

8、首先提供了一种硅橡胶组合物，由包含以下重量份的原料制备而成：

9、复配苯基硅橡胶生胶100份，补强剂30-60份，硫化剂0.2-1.5份，助交联剂0.1-0.5重量份；

10、进一步优选的，所述复配苯基硅橡胶生胶由三种不同规格的甲基苯基乙烯基硅橡胶生胶组成，分别为cggx-120-15、cggx-120-25和cggx-120-35（均购自中蓝晨光化工研究设计院有限公司），三者按质量比（1.8-2.2）:（0.9-1.1）:（0.9-1.1）复配而成；该配比充分综合了各组分生胶的效果，cggx-120-15为胶料提供了良好的加工工艺性，cggx-120-25和cggx-120-35为胶料提供了阻尼性能和力学性能。若cggx-120-25和cggx-120-35比例降低，则阻尼性能不够，减振器的缓冲效果降低，若cggx-120-25和cggx-120-35比例较高，则胶料加工性能过差，胶料过黏，加工困难且产品合格率低。

11、其中按照摩尔百分比计，所述cggx-120-15的苯基含量为10-19%，优选为15%；所述cggx-120-25的苯基含量为19%-29%，乙烯基含量为0.1%-0.2%，优选为苯基含量25%，乙烯基含量0.1%；所述cggx-120-35的苯基含量为29%-39%，乙烯基含量为0.1%-0.2%，优选为苯基含量35%，乙烯基含量0.1%。

12、优选上述范围的原因是，阻尼峰值和峰值温度均随着苯基含量的增加而增大，在实际使用中，希望保证阻尼较大的同时峰值温度越低越好，因此优选了上述苯基含量25%和35%的甲基苯基乙烯基硅橡胶；乙烯基含量过高会导致拉伸强度和撕裂强度降低，高温阻尼降低，因此控制上述苯基含量25%和35%的甲基苯基乙烯基硅橡胶中的乙烯基含量在0.1%-0.2%之间，优选0.1%。

13、更进一步的，所述cggx-120-15、cggx-120-25和cggx-120-35按质量比2:1:1复配而成，经试验确定此配比下阻尼性能、工艺性能和强度达到最佳的平衡，可满足使用减振器的使用要求。

14、更进一步的，所述补强剂为气相法白炭黑、沉淀法白炭黑、硅微粉、硅藻土中的一种或多种，其重量份优选为50份。

15、更进一步的，所述硫化剂为过氧化物硫化剂，选自2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷（双二五）、过氧化二异丙苯（dcp）中的一种或多种。

16、更进一步的，所述助交联剂为过氧化物硫化剂，选自三烯丙基异氰脲酸酯（taic）、二甲基丙烯酸锌（zdma）、季戊四醇四丙烯酸酯 (peta)中的一种。

17、上述橡胶组合物可满足以下性能：在-40℃至50℃温域内损耗因子tanδ≥0.2；在-40℃至50℃工作温域内，杨氏弹性模量量变化小于一个数量级；拉伸强度≥8mpa，拉断伸长率≥350%。与常规硅橡胶相比，其阻尼适中（普通的硅橡胶损耗因子在50℃约为0.06，某些添加阻尼剂的高阻尼硅橡胶配方的损耗因子在50℃能达到0.6，但阻尼性能并非越高越好，在冲击工况下，大阻尼反而降低了减振器的缓冲效果），该配方的强度和伸长率能够满足减振器的使用要求，可以与金属骨架配合起到更好的效果。

18、发明人进一步提供给了利用上述硅橡胶组合物制备的减振器，所述减振器为三明治结构的金属骨架/橡胶复合减振器结构，其中两侧的基体为金属骨架，中间夹心部分为上述的硅橡胶组合物。

19、优选的， 所述金属骨架形状为正方形或长方形，材质为钢、铝合金或钛合金，边长或长宽为50-100mm，厚度为5-8mm。

20、上述橡胶组合物制备为中间开孔的方形减振块；所述减振块的厚度为30-44mm，中间开孔可以是任意形状，包括但不限于方形、圆角方形、菱形、六边形、蜂窝型，孔的形状用于调节等效刚度、刚度曲线和最大压缩行程，更进一步的，所述开孔面积占减振块侧面总面积的20%-40%。

21、具体制备时，按照预先设计好的减振器外形，以及对应其中减震块的开孔形状设计对应的模具，使橡胶组合物在共硫化成型时就根据模具的形状形成开孔，更是可以通过更换型芯，实现不同的开孔结构（包括形状、数量和尺寸）。

22、所述金属骨架与橡胶组合物通过胶粘剂粘接，所用胶粘剂为chemlok 8116-1、chemlok 608、cilbond 36、thinkbond236中的任意一种，具体用量根据实际粘结要求现场确定即可，一般控制涂覆厚度为7.6-17.8μm，发明人不再赘述。

23、除此之外，发明人还提供了上述减振器的制备方法，具体包括以下步骤：

24、（1）配料混炼：将复配苯基硅橡胶生胶与补强剂混炼均匀，得混炼胶，下成4-6mm左右胶片后，在150℃±2℃下热处理1-2小时；

25、（2）加硫停放：向所述混炼胶中加入硫化剂和助交联剂混炼均匀、薄通出片，室温停放12-36小时；

26、（3）共硫化成型：将步骤（2）所得胶料与经过喷砂、脱脂、涂胶粘剂后的金属骨架在设计好的模具中加压共硫化，其中胶粘剂可以采用但不限于刷涂、喷涂或浸涂的方式进行涂覆，硫化温度为160-170℃，硫化压力为9-11mpa，硫化时间为30-45min，硫化后制得苯基硅橡胶减振器。

27、（4）阶梯后硫化：将步骤（3）所得橡胶减振器进行阶梯升温后硫化，所述阶梯升温后硫化包括：在150-170℃下保持1-2小时，再升至170-190℃保持1-2小时，最后升至190-210℃保持2-3小时。

28、常规硅橡胶纯胶件的后硫化为固定温度（如200度）固定时间（4小时）进行处理，而本技术所提供的减振器由于存在金属和橡胶的粘接，采用分段升温可以防止温度冲击导致的粘接层破坏，其中一段硫化（步骤（3））使橡胶定型，同时与金属骨架保持良好的粘接；二段硫化（步骤（4））通过逐步升温，实现了复杂交联网络（包括不同链段间的共交联）的缓慢、均匀形成，同时彻底去除低分子物质，最终获得内部结构更加均一、交联密度最优化、阻尼性能最佳的弹性体。

29、通过上述方法制备的硅橡胶减振器可满足以下性能：

30、在半正弦波，冲击加速度峰值500g，脉冲宽度2ms冲击下，减振效率＞75%；冲击200次后，减振器频飘≤15%；在-40℃至50℃工作温域内，减振器频飘≤15%。

31、现有的硅橡胶减振器通常行程有限，缓冲性能不足，减振效果低于60%，且通常针对单一方向有良好的效果，另外两个方向效果较差，无法实现三向有效缓冲。而本发明所设计的减振器通过硅橡胶组合物和减振器结构的共同优化及四角对称分布的安装方式，可实现三向缓冲，且缓冲行程大，缓冲效果好，三向缓冲效率均>75%，能够适应我国全域环境，且产品制造工艺简单。

32、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

33、通过特定的苯基硅橡胶复配与阶梯硫化工艺协同，使减振器在-40℃至50℃工作温域内，频飘≤15%，减振效率＞75%。本发明的橡胶组合物中无外加阻尼剂，避免了因添加小分子或极性阻尼剂导致的相容性差、性能下降或工艺复杂等问题；优化的交联结构和复配策略赋予了减振器优异的力学性能，拉伸强度可达到8mpa以上，能承受较大的载荷和冲击。减振器结构简单，制造成本低，通过改变中心孔的结构，可设计缓冲行程，用以满足不同工况条件的设备使用。