一种高阻尼性能橡胶及其制备方法与流程

1.本发明属于阻尼橡胶领域，具体涉及一种高阻尼性能橡胶及其制备方法。


背景技术：

2.变电设备的噪声是由器身的振动引起，而阻尼材料能够有效地抑制器身的振动，这不仅仅能够有效地解决噪声污染的问题，同时也可以提高设备的疲劳寿命，因此倍受研究者的重视。阻尼材料多年来在各个行业应用较为广泛，其中橡胶基的阻尼材料一般具有制备工艺简单，生产周期短的特点，且这种材料容易被改性，特别适合用于制备有多种特殊功能的阻尼材料。
3.目前，由于变电设备用阻尼橡胶制品由于阻尼损耗因子较低以及聚合物玻璃化温域狹小，影响了橡胶材料的降噪效果。因此必须进行各项改良来提高橡胶材料的阻尼性能。主要方法包括：
4.共混改性：常态下的橡胶表现出良好的弹性特性，而塑料则为典型的玻璃态。通过两种材料的共混能够得到理论意义上的高阻尼特性材料，并拓展材料阻尼温域。研究结果表明，将聚氯乙烯(pvc)与橡胶共混能够获得一种阻尼特性优秀的nbr材料。
5.共聚改性：通过化学反应的方式将单体分子团引入主链或者侧链，使链结构更长、更复杂且更容易发生运动与摩擦，产生更多热能。除上述方法以外，还可以通过官能团单体的导入来加大分子链的关联作用，从而加大材料系统的损耗因子，提高复合材料的整体阻尼。
6.有机杂化：有机小分子杂化体系是一种较为新颖的材料体系，理念一般是将有机小分子添加到聚合物中，并根据需要发挥增塑、稳定或硫化功能，从而以较小的添加量(通常不高于20wt％)实现了对聚合物特性的显著改良。选用的有机小分子一般表现为高位阻、带有极性基团，容易在基体内部形成分子间氢键的特点。
7.填料增强：通常情况下，作为补强剂的填料粒径水平与材料匹配性、杂质效应、表面效应、限制能力、承载效率之间存在特定关联，调料粒径越小所形成的复合橡胶材料的力学性能越突出，能够表现出更好的阻尼特性。
8.虽然以上方法都能改善橡胶的阻尼性能，但是填料增强方法因其操作简单，成本低廉，是目前最主要的研究方向。常用的填料主要有碳酸钙、分子筛、云母、石墨等。这些材料加入橡胶基体后，填料与填料之间的摩擦作用以及填料与橡胶分子链间的摩擦作用是贡献材料阻尼性能的重要因素。但是不同的填料对阻尼性能的影响有各自的特点，也存在很多不足：如石墨、分子筛等价格较高；碳酸钙等颗粒状材料易发生团聚，云母与橡胶分子间的强相互作用更多，阻尼性能改善有限。


技术实现要素：

9.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有填料增强方法改善橡胶的阻尼性能的技术中，成本高、改善效果不明显等缺陷，从而提供一种高阻尼性能橡胶及其制备方法。
10.为此，本发明提供了以下技术方案。
11.一方面，本发明提供了一种高阻尼性能橡胶，包括如下质量份的原料：丁腈橡胶100份、炭黑40-80份、滑石粉10-60份、水滑石10-30份、硫化剂0.2-0.8份、促进剂2-5份、活性剂3-9份、增塑剂1-7份、防老剂1-6份。
12.进一步的，所述丁腈橡胶的丙烯腈质量含量为40-55％，和/或，
13.所述硫化剂为硫磺。
14.进一步的，所述促进剂为二硫化四甲基秋兰姆和n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺中的至少一种。
15.进一步的，所述活性剂为氧化锌和硬脂酸中的至少一种。
16.进一步的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二异壬酯中的至少一种。
17.进一步的，所述防老剂为2-硫醇基苯并咪唑和2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹聚合体中的至少一种。
18.第二方面，本发明挺提供了一种高阻尼性能橡胶在变电设备中的应用。
19.第三方面，本发明提供了一种高阻尼性能橡胶的制备方法，包括以下步骤：
20.制备塑炼胶：将丁腈橡胶塑炼，得到塑炼胶；
21.制备混炼胶：将炭黑、滑石粉、水滑石、硫化剂、促进剂、活化剂、增塑剂和防老剂按比例加入塑炼胶中，混炼得到混炼胶，混炼温度为50-70℃；
22.制备橡胶产品：将混炼胶进行硫化，得到橡胶产品。
23.进一步的，塑炼温度为50-70℃。
24.进一步的，所述硫化温度为140-180℃，硫化时间15-25min，压力20-30mpa。
25.塑炼的转速20-30r/min、时间10-20min。
26.混炼的转速20-30r/min、时间20-30min。
27.本技术中的滑石粉没有规格和成分含量的要求，理论上所有种类的滑石粉都能起到增强阻尼性能的作用；水滑石优选铝镁水滑石，因为该物质中的镁、铝金属元素一定程度上起到硫化促进剂的效果，提高硫化速度，减少硫化时间。
28.本发明技术方案，具有如下优点：
29.1.本发明提供的高阻尼性能橡胶包括丁腈橡胶100份、炭黑40-80份、滑石粉10-60份、水滑石10-30份、硫化剂0.2-0.8份、促进剂2-5份、活性剂3-9份、增塑剂1-7份、防老剂1-6份。
30.本发明以丁腈橡胶为基体材料，炭黑、滑石粉和水滑石为改性剂，再添加硫化剂、促进剂、防老剂等多种助剂，制备出了一种高阻尼性能橡胶材料。其中，丁腈橡胶的耐脂肪烃油类性能特别好，耐撕裂和磨损能力强，使用温域宽(-30℃-120℃)，且具有较低的玻璃化转变温度(-55℃)，是理想的阻尼材料基体。炭黑、滑石粉和水滑石作为改性剂与橡胶之间产生相互作用，可以提高橡胶模量、断裂强度、耐磨性以及阻尼特性。
31.本发明同时采用滑石粉和水滑石作为阻尼性能改善填料，其中滑石粉价格低，可以降低成本，同时可以起到空间位阻作用，增加橡胶分子链与填料间的摩擦，改善阻尼性能；水滑石为层状化合物，具有较大的比表面积，能够和橡胶基体有更大的接触面积，产生更多的摩擦面积；同时与橡胶分子链形成更多的弱相互作用力，运动时这些作用力的破坏
与重建消耗较多能量，从而极大地提高阻尼性能。这种一维的空间位阻效应和二维摩擦作用相互协同，共同促使材料的阻尼性能大幅提升。两者结合，既能降低成本，又能较大程度提高阻尼性能，综合效益最高。
32.炭黑作为增强填料，主要与橡胶分子链形成强相互作用，目的是增强橡胶的综合性能。但因其也能起到空间位阻效应，与分子链之间也会产生部分弱相互作用，也能一定程度上改善阻尼性能。
33.2.本发明提供的高阻尼性能橡胶的制备方法，塑炼温度和混炼温度为50-70℃。橡胶加工过程中，将塑炼温度和混炼温度应控制在合适范围从而避免温度加速硫化过程，使胶料提前硫化，避免加工性能急剧下降。
具体实施方式
34.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
35.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
36.实施例1
37.本实施例提供一种高阻尼性能橡胶材料的制备方法，其中每质量份为10g，包括以下步骤：
38.取100份丁腈橡胶(jsr n220s)，使用开炼机进行塑炼，温度设置50℃，转速30r/min，塑炼时间20min。待塑炼完成以后，得到塑炼胶。
39.称量40份炭黑，10份滑石粉(江阴市广源超微粉有限公司gy900)，10份水滑石(上海运河材料科技有限公司ht-1)，0.5份硫磺，2份促进剂tmtd(二硫化四甲基秋兰姆)，1份促进剂cz(n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺)，5份氧化锌，1份硬脂酸，4份dop(邻苯二甲酸二辛酯)，2份防老剂rd(2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹聚合体)，2份防老剂mb(2-硫醇基苯并咪唑)，混合后加入塑炼胶中，在开炼机上进行混炼，温度设置50℃，转速30r/min，混炼时间30min，待各种填料同胶料混合均匀后，得到混炼胶。
40.平板硫化机预热至160℃，取适量混炼胶，放入模具中进行硫化成型。硫化时间20min，压力25mpa。硫化完成后，从模具中取出，得到最终的橡胶制品。
41.实施例2
42.本实施例提供一种高阻尼性能橡胶的其制备方法，其中每质量份为10g，包括以下步骤：
43.取100份丁腈橡胶，使用开炼机进行塑炼，温度设置50℃，转速30r/min，塑炼时间20min。待塑炼完成以后，得到塑炼胶。
44.称量60份炭黑，10份滑石粉，20份水滑石，0.3份硫磺，2份促进剂tmtd，2份促进剂cz，5份氧化锌，2份硬脂酸，5份dop，2份防老剂rd，3份防老剂mb，混合后加入塑炼胶中，在开炼机上进行混炼，温度设置60℃，转速30r/min，混炼时间30min，待各种填料同胶料混合均
匀后，得到混炼胶。
45.平板硫化机预热至160℃，取适量混炼胶，放入模具中进行硫化成型。硫化时间20min，压力25mpa。硫化完成后，从模具中取出，得到最终的橡胶制品。
46.本实施例中各成分与实施例1中的各成分厂家型号相同。
47.实施例3
48.本实施例提供一种高阻尼性能橡胶的其制备方法，其中每质量份为10g，包括以下步骤：
49.取100份丁腈橡胶，使用开炼机进行塑炼，温度设置50℃，转速30r/min，塑炼时间20min。待塑炼完成以后，得到塑炼胶。
50.称量80份炭黑，10份滑石粉，30份水滑石，0.6份硫磺，3份促进剂tmtd，1份促进剂cz，2份氧化锌，5份硬脂酸，4份dop，3份防老剂rd，2份防老剂mb，混合后加入塑炼胶中，在开炼机上进行混炼，温度设置70℃，转速30r/min，混炼时间30min，待各种填料同胶料混合均匀后，得到混炼胶。
51.平板硫化机预热至160℃，取适量混炼胶，放入模具中进行硫化成型。硫化时间20min，压力25mpa。硫化完成后，从模具中取出，得到最终的橡胶制品。
52.本实施例中各成分与实施例1中的各成分厂家型号相同。
53.实施例4
54.本实施例提供一种高阻尼性能橡胶的其制备方法，其中每质量份为10g，包括以下步骤：
55.取100份丁腈橡胶，使用开炼机进行塑炼，温度设置50℃，转速30r/min，塑炼时间20min。待塑炼完成以后，得到塑炼胶。
56.称量40份炭黑，20份滑石粉，10份水滑石，0.8份硫磺，2份促进剂tmtd，3份促进剂cz，5份氧化锌，3份硬脂酸，3份dop，2份防老剂rd，3份防老剂mb，混合后加入塑炼胶中，在开炼机上进行混炼，温度设置50℃，转速30r/min，混炼时间30min，待各种填料同胶料混合均匀后，得到混炼胶。
57.平板硫化机预热至160℃，取适量混炼胶，放入模具中进行硫化成型。硫化时间20min，压力25mpa。硫化完成后，从模具中取出，得到最终的橡胶制品。
58.本实施例中各成分与实施例1中的各成分厂家型号相同。
59.实施例5
60.本实施例提供一种高阻尼性能橡胶的其制备方法，其中每质量份为10g，包括以下步骤：
61.取100份丁腈橡胶，使用开炼机进行塑炼，温度设置50℃，转速30r/min，塑炼时间20min。待塑炼完成以后，得到塑炼胶。
62.称量40份炭黑，40份滑石粉，10份水滑石，0.5份硫磺，2份促进剂tmtd，2份促进剂cz，5份氧化锌，4份硬脂酸，4份dop，3份防老剂rd，1份防老剂mb，混合后加入塑炼胶中，在开炼机上进行混炼，温度设置50℃，转速30r/min，混炼时间30min，待各种填料同胶料混合均匀后，得到混炼胶。
63.平板硫化机预热至160℃，取适量混炼胶，放入模具中进行硫化成型。硫化时间20min，压力25mpa。硫化完成后，从模具中取出，得到最终的橡胶制品。
64.本实施例中各成分与实施例1中的各成分厂家型号相同。
65.实施例6
66.本实施例提供一种高阻尼性能橡胶的制备方法，其中每质量份为10g，包括以下步骤：
67.取100份丁腈橡胶，使用开炼机进行塑炼，温度设置50℃，转速30r/min，塑炼时间20min。待塑炼完成以后，得到塑炼胶。
68.称量40份炭黑，60份滑石粉，10份水滑石，0.5份硫磺，2份促进剂tmtd，1份促进剂cz，5份氧化锌，1份硬脂酸，4份dop，2份防老剂rd，2份防老剂mb，混合后加入塑炼胶中，在开炼机上进行混炼，温度设置50℃，转速30r/min，混炼时间30min，待各种填料同胶料混合均匀后，得到混炼胶。
69.平板硫化机预热至160℃，取适量混炼胶，放入模具中进行硫化成型。硫化时间20min，压力25mpa。硫化完成后，从模具中取出，得到最终的橡胶制品。
70.本实施例中各成分与实施例1中的各成分厂家型号相同。
71.对比例1
72.本对比例提供了一种橡胶的制备方法，本对比例未添加滑石粉和水滑石，其余成分和步骤与实施例5相同，具体包括以下步骤：
73.取100份丁腈橡胶，使用开炼机进行塑炼，温度设置50℃，转速30r/min，塑炼时间20min。待塑炼完成以后，得到塑炼胶。
74.称量40份炭黑，0份滑石粉，0份水滑石，0.5份硫磺，2份促进剂tmtd，2份促进剂cz，5份氧化锌，4份硬脂酸，4份dop，3份防老剂rd，1份防老剂mb，混合后加入塑炼胶中，在开炼机上进行混炼，温度设置50℃，转速30r/min，混炼时间30min，待各种填料同胶料混合均匀后，得到混炼胶。
75.平板硫化机预热至160℃，取适量混炼胶，放入模具中进行硫化成型。硫化时间20min，压力25mpa。硫化完成后，从模具中取出，得到最终的橡胶制品。
76.本对比例中各成分与实施例1中的各成分的厂家型号相同。
77.对比例2
78.本对比例提供了一种橡胶的制备方法，本对比例未添加水滑石，其余成分和步骤与实施例5相同，具体包括以下步骤：
79.取100份丁腈橡胶，使用开炼机进行塑炼，温度设置50℃，转速30r/min，塑炼时间20min。待塑炼完成以后，得到塑炼胶。
80.称量40份炭黑，40份滑石粉，0份水滑石，0.5份硫磺，2份促进剂tmtd，2份促进剂cz，5份氧化锌，4份硬脂酸，4份dop，3份防老剂rd，1份防老剂mb，混合后加入塑炼胶中，在开炼机上进行混炼，温度设置50℃，转速30r/min，混炼时间30min，待各种填料同胶料混合均匀后，得到混炼胶。
81.平板硫化机预热至160℃，取适量混炼胶，放入模具中进行硫化成型。硫化时间20min，压力25mpa。硫化完成后，从模具中取出，得到最终的橡胶制品。
82.本对比例中各成分与实施例1中的各成分的厂家型号相同。
83.对比例3
84.本对比例提供了一种橡胶的制备方法，本对比例未添加滑石粉，其余成分和步骤
与实施例5相同，具体包括以下步骤：
85.取100份丁腈橡胶，使用开炼机进行塑炼，温度设置50℃，转速30r/min，塑炼时间20min。待塑炼完成以后，得到塑炼胶。
86.称量40份炭黑，0份滑石粉，10份水滑石，0.5份硫磺，2份促进剂tmtd，2份促进剂cz，5份氧化锌，4份硬脂酸，4份dop，3份防老剂rd，1份防老剂mb，混合后加入塑炼胶中，在开炼机上进行混炼，温度设置50℃，转速30r/min，混炼时间30min，待各种填料同胶料混合均匀后，得到混炼胶。
87.平板硫化机预热至160℃，取适量混炼胶，放入模具中进行硫化成型。硫化时间20min，压力25mpa。硫化完成后，从模具中取出，得到最终的橡胶制品。
88.本对比例中各成分与实施例1中的各成分的厂家型号相同。
89.对比例4
90.本对比例提供了一种橡胶的制备方法，本对比例云母片代替水滑石，其余成分和步骤与实施例5相同，具体包括以下步骤：
91.取100份丁腈橡胶，使用开炼机进行塑炼，温度设置50℃，转速30r/min，塑炼时间20min。待塑炼完成以后，得到塑炼胶。
92.称量40份炭黑，10份云母片，0.5份硫磺，2份促进剂tmtd，2份促进剂cz，5份氧化锌，4份硬脂酸，4份dop，3份防老剂rd，1份防老剂mb，混合后加入塑炼胶中，在开炼机上进行混炼，温度设置60℃，转速30r/min，混炼时间30min。待各种填料同胶料混合均匀后，得到混炼胶。
93.平板硫化机预热至160℃，取适量混炼胶，放入模具中进行硫化成型。硫化时间20min，压力25mpa。硫化完成后，从模具中取出，得到最终的橡胶制品。
94.性能测试
95.将实施例1-6，对比例1-4制备得到的橡胶制品进行阻尼性能测试，使用动态热力学分析(dma)仪，测试动态粘弹性变化，得到阻尼性能相关的数据，包括损耗模量、有效阻尼温域及损耗因子，如表1所示。
96.表1橡胶阻尼性能数据
[0097] 损耗因子有效阻尼温域(℃)损耗模量(mpa)实施例10.59-20～1100.57实施例20.53-10～1000.49实施例30.49-10～900.45实施例40.57-20～1200.53实施例50.62-50～1300.59实施例60.61-50～1500.55对比例10.11130～1400.18对比例20.4910～400.44对比例30.3820～400.36对比例40.2320～400.21
[0098]
通过上表可以看出，滑石粉和水滑石的加入均可以提高损耗模量和损耗因子，扩大有效阻尼温域，但两者单独应用时阻尼温域过窄，不能适应实际应用。两者同时加入可以
起到一定的协同作用，明显改善综合阻尼性能。
[0099]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。