專利名稱：一種制備硫黃改性梯度結(jié)構(gòu)橡膠阻尼材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于梯度材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種基于硫黃對(duì)橡膠化學(xué)改性的作用，
通過(guò)兩段硫化法和多層交替疊合的層壓模式控制硫黃在橡膠基體中形成梯度分布，制備出 具有類似矩形阻尼峰梯度材料的方法。這種材料可用于對(duì)機(jī)械振動(dòng)和噪聲的減振、降噪。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和國(guó)防軍工科技水平的不斷提高，機(jī)械設(shè)備趨于高 速、高效，隨之引起的振動(dòng)、噪聲和疲勞斷裂問(wèn)題亦越來(lái)越嚴(yán)重，減振降噪是一個(gè)亟待解 決的問(wèn)題。其中阻尼技術(shù)是解決減振、降噪問(wèn)題的最重要的手段。聚合物阻尼材料由于 其獨(dú)特的粘彈阻尼特性，成為阻尼材料的一個(gè)重要分支。而對(duì)均聚及無(wú)規(guī)共聚物來(lái)說(shuō)，
玻璃化溫度轉(zhuǎn)變區(qū)只有20°C -301:，但在實(shí)際應(yīng)用中要求通用性高分子阻尼材料至少要 有6(TC-S(TC有效的阻尼溫域，同時(shí)要有較高的阻尼值(tanS > 0. 3)。擴(kuò)寬高分子材 料阻尼溫域的傳統(tǒng)技術(shù)路線是采用直接共混(橡膠與橡膠共混、橡膠與塑料共混、橡膠 與纖維共混)、共聚(接枝、嵌段)、填充等方法獲得，工藝簡(jiǎn)單但擴(kuò)寬阻尼溫域效果不明 顯。新型的寬溫域阻尼材料有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)阻尼材料、梯度阻尼材料。互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)阻 尼材料既易得到較高的阻尼值又易得到較寬的阻尼溫度范圍，然而其合成路線較復(fù)雜， 材料的其他使用性能一般。而具有多分布或梯度分布結(jié)構(gòu)的阻尼材料則能較好的調(diào)和 阻尼性能與材料其他使用性能。梯度材料則將結(jié)構(gòu)和性能連續(xù)變化的組份有機(jī)結(jié)合在 一個(gè)材料中，是擴(kuò)寬溫域的一種較好解決方法。層壓法是現(xiàn)在制備梯度材料的最常用方 法之一。層壓法就是把不同結(jié)構(gòu)和性能的材料疊壓在一起，使其某一性能沿樣品厚度方 向呈梯度變化的——禾中方法。Kamal K. Kara等人在"Processing of styrenebutadiene rubber—carbon black nanocomposites with gradation of crosslinkdensity :Static and dynamic mechanical characterization，， (Materials Scienceand Engineering :A Vol491 (2008)454-460)介紹通過(guò)把不同硫黃份數(shù)的混煉膠疊壓在一起的方法通過(guò)一段硫 化法得到橡膠梯度材料。但方法不僅需要制備多種不同份數(shù)的混煉膠，工藝較為復(fù)雜，而 且通過(guò)一段硫化法不能有效的控制硫黃的擴(kuò)散，得到的梯度材料阻尼峰呈三角型，不能有 效的利用阻尼溫域。王益慶等人在"A Novel Approach to Pr印are a GradientPolymer with a Wide Damping Temperature Range by In_Situ ChemicalModification of RubberDuring Vulcanization，， (Macromolecular RapidCommunication.2006，27， 1162-1167)介紹通過(guò)層壓法利用硫黃的濃度擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)擴(kuò)散制備了兩層丁苯橡膠梯 度材料，但沒有多層疊合，所制備的梯度材料厚度較小，實(shí)用價(jià)值不大，同時(shí)也采用一段硫 化的方法，阻尼峰呈三角型，不能有效的利用阻尼溫域。要推動(dòng)聚合物梯度材料的廣泛應(yīng)用 就必須先解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在層壓法和利用硫黃的濃度擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)擴(kuò)散的基礎(chǔ)上，提供
3一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的制備具有矩形阻尼峰理想梯度材料的方法。利用這種方法的得 到的制品阻尼峰呈矩形，可以有效地利用阻尼溫域，而且阻尼溫域處于室溫附近，因此可廣 泛應(yīng)用于交通、建筑、汽車等領(lǐng)域。 本發(fā)明提供的一種制備硫黃改性梯度結(jié)構(gòu)橡膠阻尼材料的方法，通過(guò)對(duì)橡膠基體 進(jìn)行塑煉得到兩種不同厚度、不同含硫量的混煉膠片。將多層這兩種混煉膠片進(jìn)行交替疊 合層壓，采用兩段硫化法進(jìn)行硫化。第一段硫化處理的溫度為6(TC 15(TC，硫化時(shí)間為 2h 200h，控制硫黃在橡膠基體中呈梯度分布。第二段硫化處理的溫度為130°C 200°C， 硫化時(shí)間為0. 5h 20h，在較高的硫化溫度條件下，發(fā)生硫黃對(duì)橡膠基體的改性反應(yīng)，最終 得到橡膠阻尼梯度材料。在進(jìn)行貼膠操作時(shí)盡量避免膠與膠之間產(chǎn)生氣泡，氣泡的存在會(huì) 對(duì)制備的梯度材料的阻尼性能和力學(xué)性能產(chǎn)生影響。 本發(fā)明所使用的橡膠基體可以為丁腈橡膠、天然橡膠、丁苯橡膠或順丁橡膠。
在本發(fā)明的疊合層壓過(guò)程中，參與疊合的高含硫側(cè)混煉膠片厚度范圍為0.2mm 20mm ;參與疊合的低含硫側(cè)混煉膠片厚度范圍為0. 2mm 20mm。 在本發(fā)明的疊合層壓過(guò)程中，參與疊合的高含硫側(cè)混煉膠片的硫黃含量質(zhì)量份數(shù)
為10 60份；參與疊合的低含硫側(cè)混煉膠片的硫黃含量質(zhì)量份數(shù)為和0 10份。 本發(fā)明所提供的制備方法，同現(xiàn)有制備梯度材料的層壓法制備工藝相比，采用兩
段硫化的方法，這樣可以控制硫黃在橡膠基體中的擴(kuò)散，因而得到制品的阻尼值較高，阻尼
峰呈矩形，可以有效的利用阻尼溫域；采用兩種混煉膠片進(jìn)行交替疊合層壓方式省略了專
門制備多種不同硫黃份數(shù)混煉膠片的步驟，方法簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，可制備不同厚度的制品。


圖1實(shí)施例1 丁腈橡膠梯度材料的交替疊合示意圖。
圖2實(shí)施例1 丁腈橡膠梯度材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能曲線圖。 圖3實(shí)施例1 丁腈橡膠梯度材料的ESEM分析。圖中(3-a)是實(shí)施例1 丁腈橡膠 梯度材料的脆斷面圖；圖中(3-b)是實(shí)施例1 丁腈橡膠梯度材料沿厚度方向硫元素面掃描 能譜分析圖，白亮點(diǎn)的強(qiáng)弱代表硫元素含量的多少。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)實(shí)施進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不受實(shí)施例的限制。實(shí)施例中所有份 數(shù)都是質(zhì)量份數(shù)。 實(shí)施例1層壓法制備的理想橡膠梯度材料 高含硫側(cè)配方質(zhì)量份 NBR220s 100 MgO 5 促進(jìn)劑DM 3 促進(jìn)劑D 1.5 防老劑4010NA 2 硫黃 40 低含硫側(cè)采用高含硫側(cè)同樣的配方，但硫黃份數(shù)為5份。
按照上述配方，將NBR在開煉機(jī)上塑煉，輥溫低于40°C ，加入配合劑，混煉5min，分 別壓成預(yù)定厚度的混煉膠片(高含硫側(cè)的膠片厚為10mm，低含硫側(cè)的膠片厚為15mm)，然后 把所得到的膠片多層疊壓(如附圖l所示)在一起，裝入模具，采用兩段硫化法進(jìn)行硫化。 第一段先在平板硫化機(jī)上在IO(TC， 15Mpa條件下硫化10h，第二段在烘箱中在溫度15(TC的 條件下硫化2h。 得到制品的阻尼性能為玻璃化溫度轉(zhuǎn)變范圍在8(TC以上，半峰寬為38.7t:，拉 伸強(qiáng)度為7. 2Mpa。
實(shí)施例2 配方、操作條件與同實(shí)施例l，改變兩段的硫化溫度和硫化時(shí)間，第一段的硫化條 件為6(TC，15Mpa，200h，第二段的硫化條件為130°C ， 20h，得到的制品的阻尼性能為玻璃 化溫度轉(zhuǎn)變范圍在71. 4°C以上，半峰寬為34. 2°C 。拉伸強(qiáng)度為8. 9Mpa。
實(shí)施例3 配方、操作條件與同實(shí)施例l，改變硫化溫度和硫化時(shí)間，第一段的硫化條件為 15(TC，15Mpa，2h，第二段的硫化條件為200°C，0. 5h，得到的制品的阻尼性能為玻璃化溫 度轉(zhuǎn)變范圍在74. 3°C以上，半峰寬為36. 5°C 。拉伸強(qiáng)度為8. 4Mpa。
實(shí)施例4 配方、操作條件與同實(shí)施例1，改變高含硫側(cè)和低含硫側(cè)硫黃的用量，高含硫側(cè)和 低含硫側(cè)膠片的厚度，當(dāng)高含硫側(cè)的硫黃用量為10份，厚度為0. 2mm，而低含硫側(cè)的硫黃用 量為0份，厚度為0. 2mm，得到的制品的阻尼性能為玻璃化溫度轉(zhuǎn)變范圍在48. 4°C以上，半 峰寬為25. TC。拉伸強(qiáng)度為5. 1Mpa。
實(shí)施例5 配方、操作條件與同實(shí)施例1，改變高含硫側(cè)和低含硫側(cè)硫黃的用量，當(dāng)高含硫側(cè) 的硫黃用量為60份，厚度為20mm，而低含硫側(cè)的硫黃用量為IO份，厚度為20mm，得到的 制品的阻尼性能為玻璃化溫度轉(zhuǎn)變范圍在89.3t:以上，半峰寬為43.6t:。拉伸強(qiáng)度為 10.1Mpa。
實(shí)施例6 改變硫化體系配比SA 1份，促進(jìn)劑匿1. 5份，促進(jìn)劑M 1. 5份，促進(jìn)劑TT 0. 2
份，其余配方、操作條件與同實(shí)施例l，得到丁腈橡膠阻尼梯度材料。得到制品的阻尼性能 為玻璃化溫度轉(zhuǎn)變范圍在76. 2°C以上，半峰寬為35. 9°C 。拉伸強(qiáng)度為6. 7Mpa。
實(shí)施例7 配方、操作條件與同實(shí)施例1，改變所制備混煉膠片的形狀，由長(zhǎng)方體變?yōu)閳A柱體， 再進(jìn)行疊合，得到圓柱型制品。制品的阻尼性能為玻璃化溫度轉(zhuǎn)變范圍在78.6t:，半峰寬 為39.rC。拉伸強(qiáng)度為7.4Mpa。
實(shí)施例8 將基體改為天然橡膠，其余配方、操作條件與同實(shí)施例l，得到天然橡膠阻尼梯度 材料。得到制品的阻尼性能為玻璃化溫度轉(zhuǎn)變范圍在72t:以上。半峰寬為30.3t:，拉伸 強(qiáng)度為19. 8Mpa。
實(shí)施例9 將基體改為丁苯橡膠，其余配方、操作條件與同實(shí)施例l，得到丁苯橡膠阻尼梯度材料。得到制品的阻尼性能為玻璃化溫度轉(zhuǎn)變范圍在65.2。C以上，半峰寬為28.4。C。拉 伸強(qiáng)度為5. 8Mpa。
實(shí)施例10 將基體改為順丁橡膠，其余配方、操作條件與同實(shí)施例l，得到順丁橡膠阻尼梯度 材料。得到制品的阻尼性能為玻璃化溫度轉(zhuǎn)變范圍在56.4。C以上，半峰寬為25.rC。拉 伸強(qiáng)度為4. 9Mpa。
權(quán)利要求
一種制備硫黃改性梯度結(jié)構(gòu)橡膠阻尼材料的方法，通過(guò)對(duì)橡膠基體進(jìn)行塑煉得到混煉膠片，將多層混煉膠片疊合層壓，然后進(jìn)行硫化處理，最終得到橡膠阻尼梯度材料，其特征在于，所述的硫化處理過(guò)程采用兩段硫化法，第一段硫化處理的溫度為60℃～150℃，硫化時(shí)間為2h～200h，第二段硫化處理的溫度為130℃～200℃，硫化時(shí)間為0.5h～20h；所述的疊合層壓的過(guò)程采用兩種不同厚度、不同含硫量的混煉膠片進(jìn)行多層交替疊合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備硫黃改性梯度結(jié)構(gòu)橡膠阻尼材料的方法，其特征在 于，所述的橡膠基體為丁腈橡膠、天然橡膠、丁苯橡膠或順丁橡膠及其改性產(chǎn)品或它們的 混合物或再生產(chǎn)品。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備硫黃改性梯度結(jié)構(gòu)橡膠阻尼材料的方法，其特征在 于，參與疊合的高含硫側(cè)混煉膠片厚度范圍為0. 2mm 20mm ;參與疊合的低含硫側(cè)混煉膠 片厚度范圍為0. 2mm 20mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備硫黃改性梯度結(jié)構(gòu)橡膠阻尼材料的方法，其特征在 于，參與疊合的高含硫側(cè)混煉膠片的硫黃含量質(zhì)量份數(shù)為10 60份；參與疊合的低含硫側(cè) 混煉膠片的硫黃含量質(zhì)量份數(shù)為和0 10份。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種制備硫黃改性梯度結(jié)構(gòu)橡膠阻尼材料的方法，通過(guò)對(duì)橡膠基體進(jìn)行塑煉得到兩種不同厚度、不同含硫量的混煉膠片，將多層這兩種混煉膠片進(jìn)行交替疊合層壓，采用兩段硫化法進(jìn)行硫化處理，第一段硫化處理的溫度為60℃～150℃，硫化時(shí)間為2h～200h，第二段硫化處理的溫度為130℃～200℃，硫化時(shí)間為0.5h～20h，最終得到橡膠阻尼梯度材料。同現(xiàn)有工藝相比，本發(fā)明采用兩段硫化的方法，這樣有效地控制硫黃在橡膠基體中的擴(kuò)散，因而得到制品的阻尼值較高，阻尼峰呈矩形，可以有效的利用阻尼溫域；采用兩種混煉膠片進(jìn)行交替疊合層壓方式省略了專門制備多種不同硫黃份數(shù)混煉膠片的步驟，方法簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，可制備不同厚度的制品。
文檔編號(hào)C08L9/06GK101704282SQ20091023678
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者劉慶生, 張立群, 王益慶 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)