本發(fā)明屬于汽車零件制備領(lǐng)域，具體涉及一種汽車用壓電陶瓷/丁腈橡膠復(fù)合磁流變彈性材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
阻尼材料是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種減震降噪的材料能夠把振動(dòng)和聲能轉(zhuǎn)化為熱能散掉的新型功能材料，在各種機(jī)械設(shè)備上廣泛應(yīng)用，尤其是在汽車乘座室內(nèi)的前圍板、車門(mén)、車頂棚、車底板、后備箱等8-12個(gè)部位都有應(yīng)用，常用的阻尼材料一般通過(guò)自身儲(chǔ)存和消耗振動(dòng)能量的方式進(jìn)行減振，缺乏自我調(diào)節(jié)能力。為此，迫切需要一種具有良好可控性和非線性特征的智能阻尼材料。
磁流變材料是一類具有流變特性可控的智能材料，在磁場(chǎng)作用下，其流變特性可發(fā)生連續(xù)、迅速和可逆的變化。正是由于磁流變彈性體有著這樣優(yōu)良的特性，目前磁流變彈性體在一些變剛度變阻尼器件中得到了應(yīng)用，另外磁流變彈性體將粘彈性材料作為基體、將金屬顆粒作為摻雜物組成的復(fù)合材料，其本身就是一種優(yōu)異的阻尼材料，這些獨(dú)特的性能使其受到眾多的關(guān)注，并且在減振、降噪等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
范艷層、龔興龍等人發(fā)表的《順丁橡膠基磁流變彈性體的研制及其阻尼性能研究》一文中，制備出了性能優(yōu)異的順丁橡膠基磁流變彈性體，釆用兩種不同粒徑的羰基鐵粉，研究了磁流變彈性體的界面摩擦阻尼性能。
因此，本發(fā)明使用馬來(lái)酸酐接枝丁腈橡膠，繼而與軟木纖維接枝復(fù)配，增強(qiáng)材料的阻尼性能、吸聲降噪性能，同時(shí)添加二氧化鈦包覆鎳核殼結(jié)構(gòu)的金屬顆粒制備的丁腈橡膠基磁流變彈性材料其阻尼性能可控。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種汽車用壓電陶瓷/丁腈橡膠復(fù)合磁流變彈性材料及其制備方法。
一種汽車用壓電陶瓷/丁腈橡膠復(fù)合磁流變彈性材料，由以下重量份的原料組成：丁腈橡膠65-80份，四氫呋喃148-190份，馬來(lái)酸酐50-68份，過(guò)氧化苯甲酰3-5份，乙醇適量，氫氧化次磷酸鈉2-4份，二甲苯適量，軟木纖維28-37份，硬脂酸1-2份，炭黑3-6份，硫磺1-2份，去離子水適量，三乙醇胺1-3份，鎳粉3-8份，6mol/L NaOH水溶液適量，鈦酸四丁酯4-7份，壓電陶瓷粉1-5份，導(dǎo)電石墨1-3份。
具體步驟如下：
（1）馬來(lái)酸酐接枝丁腈橡膠（MAH-g-NBR）的制備：
將丁腈橡膠完全溶解于四氫呋喃中，用滴液漏斗逐滴加入馬來(lái)酸酐與過(guò)氧化苯甲酰的混合溶液，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，升溫至60-72℃，恒溫反應(yīng)6-9小時(shí)，之后用乙醇沉淀出接枝產(chǎn)物，用乙醇洗滌數(shù)次，將洗滌后的接枝產(chǎn)物置于38-45℃真空干燥箱中烘干，即得到MAH-g-NBR，備用；
（2）MAH-g-NBR接枝軟木纖維：
在裝有冷凝管的平底燒瓶中加入二甲苯、氫氧化次磷酸鈉以及步驟（1）得到的MAH-g-NBR，之后將充分干燥的軟木纖維浸入混合溶液中，控制溫度在125-140℃下反應(yīng)2-4小時(shí)，反應(yīng)完成后，用索氏抽提器除去溶劑，于95-105℃烘干至恒重，即得MAH-g-NBR接枝軟木纖維；
（3）二氧化鈦包覆鎳核殼結(jié)構(gòu)顆粒的制備：
①、將平均粒徑在80-150nm左右的鎳粉放入6mol/L NaOH水溶液中浸泡20-30分鐘進(jìn)行羥基化處理，從溶液中磁性分離出顆粒，向顆粒中加入鈦酸四丁酯的乙醇溶液，超聲攪拌并分離顆粒；
②、然后加入含有去離子水、三乙醇胺的乙醇混合溶液，超聲攪拌20-40分鐘并分離顆粒，烘干后再將顆粒放入6mol/L NaOH水溶液中重復(fù)上述包覆過(guò)程2-3次，獲得二氧化鈦包覆鎳核殼結(jié)構(gòu)顆粒；
（4）混煉：
①、將導(dǎo)電石墨與壓電陶瓷粉置于乙醇中，分散均勻后，將懸浮液過(guò)濾，濾餅充分干燥后，備用；
②、在20-30℃條件下，將步驟（2）得到的MAH-g-NBR接枝軟木纖維在開(kāi)煉機(jī)上塑煉3-8分鐘，然后加入上述干燥后的導(dǎo)電石墨與壓電陶瓷粉、硬脂酸、炭黑以及步驟（3）制備的二氧化鈦包覆鎳核殼結(jié)構(gòu)顆?；鞜?0-40分鐘，之后加入硫磺混煉均勻，制備得混煉膠；
（5）預(yù)結(jié)構(gòu)化：
將裝有混煉膠的模具放在溫度為120-140℃的加熱板上，在外部磁場(chǎng)為1300mT的作用下對(duì)其進(jìn)行預(yù)結(jié)構(gòu)化10-25分鐘；
（6）固化：
在溫度150-170℃，壓強(qiáng)10-14MPa條件下，將步驟（5）經(jīng)預(yù)結(jié)構(gòu)化處理后的混煉膠放在平板硫化機(jī)上硫化12-20分鐘，之后經(jīng)極化處理，制得一種汽車用壓電陶瓷/丁腈橡膠復(fù)合磁流變彈性材料。
其中，所述的軟木纖維是用廢工業(yè)源白針葉木漿板機(jī)械解離和分散而成，其長(zhǎng)度分布范圍2mm-3.5mm，寬度分布是34.2μm-73.1μm，長(zhǎng)寬比為72.6。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）本發(fā)明首先使用馬來(lái)酸酐單體對(duì)丁腈橡膠進(jìn)行接枝改性，改變丁腈橡膠的極性，增加極性丁腈橡膠分子鏈活動(dòng)的內(nèi)摩擦阻力，導(dǎo)致分子鏈運(yùn)動(dòng)受阻，分子鏈間摩擦生熱增多，阻尼性能更優(yōu)。
（2）軟木細(xì)胞壁上存在很多的皺褶，可以極大地緩解壓縮變形，因此彈性恢復(fù)特別好，另外軟木纖維特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)能夠減弱平波傳播，尤其能夠降噪音聲波的傳播，因而軟木的吸聲性很好，本發(fā)明中利用軟木纖維的這種特性，使用馬來(lái)酸酐接枝丁腈橡膠（MAH-g-NBR）對(duì)軟木纖維進(jìn)行接枝改性，提高軟木纖維在橡膠基體中的相容性，提高材料的減震、吸聲降噪性能，能有效改善車內(nèi)環(huán)境的舒適度，有利于人們的身心健康。
（3）在外磁場(chǎng)的作用下，二氧化鈦包覆鎳核殼顆粒在丁腈橡膠基體內(nèi)具有更高的相容性，可以在基體內(nèi)形成有序的鏈狀或柱狀結(jié)構(gòu)，具有更高的純度和飽和磁化強(qiáng)度，以其制備的磁流變材料具有更高的磁流變特性，故具有較好的阻尼可調(diào)性。
（4）本發(fā)明中加入導(dǎo)電石墨與壓電陶瓷粉作為導(dǎo)電組分利用焦耳定律的機(jī)理將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，進(jìn)而消耗掉部分機(jī)械能以提高阻尼性能，且明顯提高材料的耐熱性能。
具體實(shí)施方式
一種汽車用壓電陶瓷/丁腈橡膠復(fù)合磁流變彈性材料，由以下重量份的原料組成：丁腈橡膠77，四氫呋喃185，馬來(lái)酸酐56，過(guò)氧化苯甲酰5，乙醇適量，氫氧化次磷酸鈉3，二甲苯適量，軟木纖維34，硬脂酸2，炭黑4，硫磺2，去離子水適量，三乙醇胺2，鎳粉5，6mol/L NaOH水溶液適量，鈦酸四丁酯5，壓電陶瓷粉3，導(dǎo)電石墨2。
具體步驟如下：
（1）馬來(lái)酸酐接枝丁腈橡膠（MAH-g-NBR）的制備：
將丁腈橡膠完全溶解于四氫呋喃中，用滴液漏斗逐滴加入馬來(lái)酸酐與過(guò)氧化苯甲酰的混合溶液，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，升溫至70℃，恒溫反應(yīng)8小時(shí)，之后用乙醇沉淀出接枝產(chǎn)物，用乙醇洗滌數(shù)次，將洗滌后的接枝產(chǎn)物置于40℃真空干燥箱中烘干，即得到MAH-g-NBR，備用；
（2）MAH-g-NBR接枝軟木纖維：
在裝有冷凝管的平底燒瓶中加入二甲苯、氫氧化次磷酸鈉以及步驟（1）得到的MAH-g-NBR，之后將充分干燥的軟木纖維浸入混合溶液中，控制溫度在130℃下反應(yīng)3小時(shí)，反應(yīng)完成后，用索氏抽提器除去溶劑，于100℃烘干至恒重，即得MAH-g-NBR接枝軟木纖維；
（3）二氧化鈦包覆鎳核殼結(jié)構(gòu)顆粒的制備：
①、將平均粒徑在80-150nm的鎳粉放入6mol/L NaOH水溶液中浸泡25分鐘進(jìn)行羥基化處理，從溶液中磁性分離出顆粒，向顆粒中加入鈦酸四丁酯的乙醇溶液，超聲攪拌并分離顆粒；
②、然后加入含有去離子水、三乙醇胺的乙醇混合溶液，超聲攪拌30分鐘并分離顆粒，烘干后再將顆粒放入6mol/L NaOH水溶液中重復(fù)上述包覆過(guò)程2次，獲得二氧化鈦包覆鎳核殼結(jié)構(gòu)顆粒；
（4）混煉：
①、將導(dǎo)電石墨與壓電陶瓷粉置于乙醇中，分散均勻后，將懸浮液過(guò)濾，濾餅充分干燥后，備用；
②、在28℃條件下，將步驟（2）得到的MAH-g-NBR接枝軟木纖維在開(kāi)煉機(jī)上塑煉7分鐘，然后加入上述干燥后的導(dǎo)電石墨與壓電陶瓷粉、硬脂酸、炭黑以及步驟（3）制備的二氧化鈦包覆鎳核殼結(jié)構(gòu)顆粒混煉28分鐘，之后加入硫磺混煉均勻，制備得混煉膠；
（5）預(yù)結(jié)構(gòu)化：
將裝有混煉膠的模具放在溫度為130℃的加熱板上，在外部磁場(chǎng)為1300mT的作用下對(duì)其進(jìn)行預(yù)結(jié)構(gòu)化18分鐘；
（6）固化：
在溫度160℃，壓強(qiáng)13MPa條件下，將步驟（5）經(jīng)預(yù)結(jié)構(gòu)化處理后的混煉膠放在平板硫化機(jī)上硫化15分鐘，之后經(jīng)極化處理，制得一種汽車用壓電陶瓷/丁腈橡膠復(fù)合磁流變彈性材料。
其中，所述的軟木纖維是用廢工業(yè)源白針葉木漿板機(jī)械解離和分散而成，其長(zhǎng)度分布范圍2mm-3.5mm，寬度分布是34.2μm-73.1μm，長(zhǎng)寬比為72.6。
性能測(cè)試：
按照實(shí)施例制備對(duì)其材料進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：
密度：1.198g/cm3，減震性能（23℃，200HZ）：0.16，斷裂延伸率：610%，拉伸強(qiáng)度：155Mpa，耐老化性：4級(jí)。