本发明涉及一种聚硅氧烷复合材料，尤其是涉及一种聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术：
现代工业的快速发展使得机械设备趋于高速化，和机械相关的振动和噪音等一系列问题也随之产生，这些问题既加速了机械结构的疲劳损坏，缩短其使用寿命，在一定程度上还会污染环境以及危害人体健康。因此，研制性能优异的高效阻尼材料，提高其阻尼减振效果，改善机械设备运行环境至关重要。
氯化丁基橡胶在减震、阻尼等领域的应用十分宽广。随着汽车工业和航天工业等尖端高科技的发展，氯化丁基橡胶作为优秀的减震基材有着十分广阔的应用前景。氯化丁基橡胶为有活性氯的异丁烯-异戊二烯共聚弹性体。在橡胶的常见硫化体系中，异丁烯-异戊二烯共聚弹性体可与异戊二烯的碳-碳双键或者活性氯中的一种或者两种进行交联，因此氯化丁基橡胶的硫化胶具有良好的热稳定性和耐腐蚀性，能够在强腐蚀或者高温等极端环境下使用。氯化丁基橡胶的硫化速度快于丁基橡胶的硫化速度，并且能够与其他弹性体并用而硫化。我国氯化丁基橡胶曾经完全依赖进口，而国内对氯化丁基橡胶的需求以每年15％～20％的增长率持续增长，2005年增长率达到44.4％。
但氯化丁基橡胶存在高温有效阻尼功能区不够宽广、低温阻尼稳定性不佳以及阻尼效果、导热性能不能满足阻尼减振苛刻要求等缺陷，因此其应用领域具有一定的局限性。
中国专利CN105906956A公开了一种高阻尼氯化丁基阻尼橡胶及其制备方法，所述高阻尼氯化丁基阻尼橡胶由以下组分混炼得到：100质量份氯化丁基橡胶、12.5～25质量份辛基三嗪酮母炼胶、2～4质量份硫化剂、1～1.5质量份促进剂、1～3质量份硬脂酸、1～3质量份纳米氧化锌、1～3质量份防老剂。该专利仅侧重于利用辛基三嗪酮和氯化丁基橡胶间的氢键作用来提升橡胶的阻尼性能，阻尼机制单一，从而无法提升阻尼温域。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种显著提高阻尼性能、力学性能和导热性能的聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：
氯化丁基橡胶100、硫化剂1～3、促进剂1～3、硬脂酸2～4、纳米氧化锌1～2、防老剂2～4、轻质氧化镁1～3、聚硅氧烷微球5～20。
所述的聚硅氧烷微球采用以下方法制备得到：
(1)将正辛烷与司班85混合均匀后，加入到含有氨水的水中，控制搅拌速率为300～500r/min，搅拌1～3h；
(2)向步骤(1)得到的溶液中滴加甲基三甲氧基硅烷(MTMS)，搅拌速率为500～800r/min，搅拌24～36h，直至反应充分，抽滤反应物，并将抽滤得到的产物放入烘箱干燥，得到聚硅氧烷微球；
(3)采用100～600目筛网对上述干燥后的聚硅氧烷微球筛分1～2h，所得聚硅氧烷微球作为氯化丁基橡胶的填料，如选择小于100目的筛网，筛分出的聚硅氧烷微球的粒径较大，会导致氯化丁基橡胶的阻尼和力学性能下降。
步骤(1)中正辛烷、司班85与水的质量比为60-80:10-20:30-50，氨水的加入量为2-4mL/30-50g水。
步骤(2)中滴加的甲基三甲氧基硅烷与正辛烷的质量比为12-16:60-80。
所述的硫化剂为硫磺。
所述的促进剂为2-巯醇基苯并噻唑。
所述的纳米氧化锌的粒径为50～70nm，优选为50～59nm。
所述的轻质氧化镁的粒径为2～5μm，如选择粒径大于5μm的轻质氧化镁，会导致氯化丁基橡胶的阻尼和力学性能下降。
所述的防老剂为N-苯基-1-萘胺。
聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料的制备方法，将氯化丁基橡胶、硫化剂、促进剂、硬脂酸、纳米氧化锌、防老剂、轻质氧化镁、聚硅氧烷微球按配方加入到开炼机中，控制辊筒温度为20-40℃的条件下进行混炼40-60min，制备得到聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)制备得到的聚硅氧烷微球的玻璃化温度和氯化丁基橡胶相差较大，共混后可以明显改变橡胶的阻尼性能；
(2)由于聚硅氧烷微球表面含有大量羟基等极性基团，可以增加橡胶基体中的氢键作用，这种可逆的氢键作用可以使复合材料在受到外界振动时，通过氢键的断裂或生成，将动能转化为热能，有利于进一步提升复合材料的阻尼温域和阻尼效果。
(3)由于聚硅氧烷微球的加入，提高了材料的交联密度，使得热量更容易在分子链节中传导和扩散。因此，将该聚硅氧烷微球应用于氯化丁基橡胶中，产品的阻尼温域、阻尼性能、力学性能和导热性能等都得到显著提高，因此其应用前景十分广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
下述实施例以及对比例采用《材料结构及表征》(吴刚.化学工业出版社.2004)报道的方法，测试聚硅氧烷微球的红外光谱、分子量、分子量分布指数；采用透射电镜法观察聚硅氧烷微球的粒子尺寸；采用德国耐驰公司生产的DMA-242型动态力学分析仪测试橡胶的阻尼性能；采用GB 528-83测试氯化丁基橡胶的力学性能；采用GB/T 11205-2009测试氯化丁基橡胶的导热性能。
对比例1
将氯化丁基橡胶100g、硬脂酸2g、纳米氧化锌1g、促进剂M 1g、防老剂A 2g、轻质氧化镁1g和硫磺1g按照上述比例投入开炼机中，在辊筒温度为30℃的条件下进行混炼，即获得普通氯化丁基橡胶。
普通氯化丁基阻尼橡胶的阻尼温域、损耗因子、拉伸强度、断裂伸长率和导热系数，见表1。
对比例2
将氯化丁基橡胶100g、硬脂酸3g、纳米氧化锌1.5g、促进剂M 2g、防老剂A 3g、轻质氧化镁2g和硫磺2g按照上述比例投入开炼机中，在辊筒温度为40℃的条件下进行混炼，即获得普通氯化丁基橡胶。
普通氯化丁基阻尼橡胶的阻尼温域、损耗因子、拉伸强度、断裂伸长率和导热系数，见表1。
对比例3
将氯化丁基橡胶100g、硬脂酸4g、纳米氧化锌2g、促进剂M 3g、防老剂A 4g、轻质氧化镁3g和硫磺3g按照上述比例投入开炼机中，在辊筒温度为50℃的条件下进行混炼，即获得普通氯化丁基橡胶。
普通氯化丁基阻尼橡胶的阻尼温域、损耗因子、拉伸强度、断裂伸长率和导热系数，见表1。
实施例1
量取60g正辛烷与10g司班85，搅拌均匀。量取3g水加入以及2ml氨水，搅拌均匀。将上述混合物加入250mL三口烧瓶，开始搅拌，搅拌速率为300r/min，搅拌时间1h。滴加10g甲基三甲氧基硅烷(MTMS)，搅拌速率为500r/min，搅拌时间36h，直至反应充分，抽滤反应物，并将抽滤得到的产物放入烘箱干燥，得到聚硅氧烷微球。采用10目筛网对上述干燥后的聚硅氧烷微球进行筛分，筛分时间1h，所得聚硅氧烷微球作为改性氯化丁基橡胶的填料。
将氯化丁基橡胶100g、硬脂酸2g、纳米氧化锌1g、促进剂M 1g、防老剂A 2g、轻质氧化镁1g、5g聚硅氧烷微球和硫磺1g按照上述比例投入开炼机中，在辊筒温度为30℃的条件下进行混炼，即获得本发明的阻尼橡胶。
聚硅氧烷微球的红外光谱、分子量、分子量分布指数及粒径见表1。
阻尼橡胶的阻尼温域、损耗因子、拉伸强度、断裂伸长率和导热系数，见表2。
实施例2
量取70g正辛烷与15g司班85，搅拌均匀。量取40g水加入以及3ml氨水，搅拌均匀。将上述混合物加入250mL三口烧瓶，开始搅拌，搅拌速率为400r/min，搅拌时间2h。滴加20g甲基三甲氧基硅烷(MTMS)，搅拌速率为650r/min，搅拌时间30h，直至反应充分，抽滤反应物，并将抽滤得到的产物放入烘箱干燥，得到聚硅氧烷微球。采用400目筛网对上述干燥后的聚硅氧烷微球进行筛分，筛分时间1.5h，所得聚硅氧烷微球作为改性氯化丁基橡胶的填料。
将氯化丁基橡胶100g、硬脂酸2g、纳米氧化锌1g、促进剂M 1g、防老剂A 2g、轻质氧化镁1g、5g聚硅氧烷微球和硫磺1g按照上述比例投入开炼机中，在辊筒温度为30℃的条件下进行混炼，即获得本发明的阻尼橡胶。
聚硅氧烷微球的红外光谱、分子量、分子量分布指数及粒径见表1。
阻尼橡胶的阻尼温域、损耗因子、拉伸强度、断裂伸长率和导热系数，见表2。
实施例3
量取80g正辛烷与20g司班85，搅拌均匀。量取50g水加入以及4ml氨水，搅拌均匀。将上述混合物加入250mL三口烧瓶，开始搅拌，搅拌速率为500r/min，搅拌时间1h。滴加30g甲基三甲氧基硅烷(MTMS)，搅拌速率为800r/min，搅拌时间24h，直至反应充分，抽滤反应物，并将抽滤得到的产物放入烘箱干燥，得到聚硅氧烷微球。采用600目筛网对上述干燥后的聚硅氧烷微球进行筛分，筛分时间2h，所得聚硅氧烷微球作为改性氯化丁基橡胶的填料。
将氯化丁基橡胶100g、硬脂酸2g、纳米氧化锌1g、促进剂M 1g、防老剂A 2g、轻质氧化镁1g、5g聚硅氧烷微球和硫磺1g按照上述比例投入开炼机中，在辊筒温度为30℃的条件下进行混炼，即获得本发明的阻尼橡胶。
聚硅氧烷微球的红外光谱、分子量、分子量分布指数及粒径见表1。
阻尼橡胶的阻尼温域、损耗因子、拉伸强度、断裂伸长率和导热系数，见表2。
表1聚硅氧烷微球的红外光谱、分子量、分子量分布指数
表2阻尼橡胶的损耗因子、拉伸强度、断裂伸长率和导热系数
通过表2中的实验数据可以看出，是采用聚硅氧烷微球进行改性后，氯化丁基橡胶复合材料的阻尼温域得到明显拓展，阻尼性能、力学性能和导热性能均有了显著提高。
实施例4
一种聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：氯化丁基橡胶100、硫化剂1、促进剂1、硬脂酸2、纳米氧化锌1、防老剂2、轻质氧化镁1、聚硅氧烷微球5。
采用的硫化剂为硫磺，促进剂为2-巯醇基苯并噻唑，纳米氧化锌的粒径为50nm，轻质氧化镁的粒径为2μm，防老剂为N-苯基-1-萘胺。
聚硅氧烷微球采用以下方法制备得到：
(1)将正辛烷与司班85混合均匀后，加入到含有氨水的水中，正辛烷、司班85与水的质量比为60:10:30，氨水的加入量为2mL/30g水，控制搅拌速率为300r/min，搅拌3h；
(2)向步骤(1)得到的溶液中滴加甲基三甲氧基硅烷(MTMS)，滴加的甲基三甲氧基硅烷与正辛烷的质量比为12:60，搅拌速率为500r/min，搅拌36h，直至反应充分，抽滤反应物，并将抽滤得到的产物放入烘箱干燥，得到聚硅氧烷微球；
(3)采用100目筛网对上述干燥后的聚硅氧烷微球筛分1h，所得聚硅氧烷微球作为氯化丁基橡胶的填料。
聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料在制备时，将氯化丁基橡胶、硫化剂、促进剂、硬脂酸、纳米氧化锌、防老剂、轻质氧化镁、聚硅氧烷微球按以上配方加入到开炼机中，控制辊筒温度为20℃的条件下进行混炼60min，制备得到聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料。
实施例5
一种聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：氯化丁基橡胶100、硫化剂2、促进剂2、硬脂酸3、纳米氧化锌1、防老剂3、轻质氧化镁2、聚硅氧烷微球10。
采用的硫化剂为硫磺，促进剂为2-巯醇基苯并噻唑，纳米氧化锌的粒径为59nm，轻质氧化镁的粒径为3μm，防老剂为N-苯基-1-萘胺。
聚硅氧烷微球采用以下方法制备得到：
(1)将正辛烷与司班85混合均匀后，加入到含有氨水的水中，正辛烷、司班85与水的质量比为70:15:40，氨水的加入量为3mL/40g水控制搅拌速率为400r/min，搅拌2h；
(2)向步骤(1)得到的溶液中滴加甲基三甲氧基硅烷(MTMS)，滴加的甲基三甲氧基硅烷与正辛烷的质量比为14:70，搅拌速率为600r/min，搅拌30h，直至反应充分，抽滤反应物，并将抽滤得到的产物放入烘箱干燥，得到聚硅氧烷微球；
(3)采用400目筛网对上述干燥后的聚硅氧烷微球筛分2h，所得聚硅氧烷微球作为氯化丁基橡胶的填料。
聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料的制备方法，将氯化丁基橡胶、硫化剂、促进剂、硬脂酸、纳米氧化锌、防老剂、轻质氧化镁、聚硅氧烷微球按配方加入到开炼机中，控制辊筒温度为30℃的条件下进行混炼50min，制备得到聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料。
实施例6
一种聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：
氯化丁基橡胶100、硫化剂3、促进剂3、硬脂酸4、纳米氧化锌2、防老剂4、轻质氧化镁3、聚硅氧烷微球20。
硫化剂为硫磺，促进剂为2-巯醇基苯并噻唑，纳米氧化锌的粒径为70nm，轻质氧化镁的粒径为5μm，防老剂为N-苯基-1-萘胺。
聚硅氧烷微球采用以下方法制备得到：
(1)将正辛烷与司班85混合均匀后，加入到含有氨水的水中，正辛烷、司班85与水的质量比为80:20:50，氨水的加入量为4mL/50g水，控制搅拌速率为500r/min，搅拌1h；
(2)向步骤(1)得到的溶液中滴加甲基三甲氧基硅烷(MTMS)，滴加的甲基三甲氧基硅烷与正辛烷的质量比为16:80，搅拌速率为800r/min，搅拌24h，直至反应充分，抽滤反应物，并将抽滤得到的产物放入烘箱干燥，得到聚硅氧烷微球；
(3)采用600目筛网对上述干燥后的聚硅氧烷微球筛分1h，所得聚硅氧烷微球作为氯化丁基橡胶的填料。
聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料的制备方法，将氯化丁基橡胶、硫化剂、促进剂、硬脂酸、纳米氧化锌、防老剂、轻质氧化镁、聚硅氧烷微球按配方加入到开炼机中，控制辊筒温度为40℃的条件下进行混炼40min，制备得到聚硅氧烷微球阻尼氯化丁基橡胶复合材料。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。