本发明涉及一种用于轨道交通领域的橡胶弹性元件胶料及其制备方法，特别是涉及一种宽温域高阻尼卤化丁基橡胶材料的配方及其制备方法，属于阻尼材料技术领域。
背景技术：
随着科技与社会的发展，各行各业对阻尼材料的性能要求越来越高，需求量也越来越大，研究和开发综合性能优异的高阻尼材料已经成为国内外专家学者的关注热点。橡胶材料作为一种粘弹性材料，可吸收振动的能量，将吸收的机械能转化为热能消耗掉，从而起到减振降噪的作用，目前在轨道交通、建筑、机械、汽车等领域已经得到了广泛应用。
卤化丁基橡胶是在丁基橡胶的基础上进行卤化反应制备而成，分子链上分布着密集的侧甲基，限制了橡胶分子链的运动，使其玻璃化转变温度较低，一般为-70℃左右，从而导致阻尼峰峰值在低温且有效阻尼温域较窄，tanδ≥0.4的有效阻尼温域为-52℃～15℃之间，无法满足胶料在室温及其更高温度范围内的高阻尼性能要求。为了提高卤化丁基橡胶在常温及高温下的阻尼性能并同时拓宽有效阻尼温域，通常采用以下几种方法：①在橡胶基体中添加受阻酚和/或受阻胺类极性小分子；②对卤化丁基橡胶进行改性处理；③将卤化丁基橡胶与玻璃化转变温度较高的胶种进行共混。但是，目前的这些方法均存在一些不足之处，即有效阻尼温域较窄、胶料物理性能变差、制备工艺比较复杂、阻尼峰峰值及有效阻尼温域无法有效控制。此外，卤化丁基橡胶是一种分子链饱和橡胶，粘和性较差，使其与金属材料的粘接性能较差，上述方法在改善胶料阻尼性能的同时，无法同时改善胶料与金属的粘接性能。
在zl201610281900.7“一种高阻尼氯化丁基阻尼橡胶及其制备方法”中利用辛基三嗪酮与氯化丁基橡胶间形成氢键作用来改善橡胶的阻尼性能，但该方法制备的胶料力学性能较差，无法满足橡胶弹性元件对胶料力学性能的要求，且无法同时解决胶料与金属的粘接问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种宽温域高阻尼卤化丁基橡胶材料的配方及其制备方法，在改善阻尼性能的同时，提高胶料与金属的粘接性能。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种宽温域高阻尼卤化丁基橡胶材料，主要由按重量份计的下述组分组成：生胶100份；阻尼剂10～50份；氧化锌3～10份；硬脂酸1～3份；氧化镁0.1～1.5份；补强填充剂15～80份；増塑剂1～10份；硫化剂1～5份；促进剂2～4份；所述生胶为氯化丁基橡胶和/或溴化丁基橡胶；所述阻尼剂为萜烯树脂、酚醛改性萜烯树脂、苯酚改性萜烯树脂和芳烃改性萜烯树脂中的一种或两种以上。
进一步的，所述阻尼剂软化点在80℃～110℃之间。
进一步的，所述阻尼剂为15～45份。
进一步的，所述补强填充剂包括炭黑、白炭黑、片状云母粉、高岭土、陶土、蒙脱土和强威粉中的一种或两种以上。
进一步的，所述増塑剂包括古马隆、dos、石蜡油和环烷油中的一种或两种以上。
本发明还提供一种所述的宽温域高阻尼卤化丁基橡胶材料的制备方法，，包括下述步骤：
(1)将生胶与阻尼剂在高于阻尼剂软化点的温度下混炼，使得阻尼剂完全软化并均匀分散在橡胶基体中；
(2)加入氧化锌、硬脂酸和氧化镁进行混炼，然后加入补强填充剂和增塑剂进行混炼；
(3)待胶料混合均匀后冷却至80℃以下后加入硫化剂和促进剂进行混炼，然后冷却；
(4)进行硫化处理，得到所述宽温域高阻尼卤化丁基橡胶材料。
进一步的，所述步骤(1)混炼1-3min，步骤(2)加入氧化锌、硬脂酸和氧化镁混炼1-3min。
进一步的，步骤(2)加入补强填充剂和增塑剂在100-130℃混炼5～10min。
进一步的，所述步骤(4)所述硫化温度控制在140-170℃，时间控制在15-30分钟。
本发明从力学性能、阻尼性能、粘合性能和加工性能等方面综合考虑，最终确定了宽温域高阻尼橡胶材料的最佳配方体系，得到一种价格便宜、性能优异且制备方法简单的高阻尼橡胶材料。与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过在卤化丁基橡胶中添加阻尼剂萜烯树脂和/或其改性产品，利用卤化丁基橡胶与阻尼剂萜烯树脂及其改性产品的玻璃化转变温度相差较大，二者共混使得阻尼峰峰值(损耗因子峰值)右移，改善了胶料在常温及高温下的阻尼性能，并进一步拓宽了胶料的有效阻尼温域，23℃损耗因子可达到0.85以上，60℃损耗因子可达到0.4以上，tanδ≥0.4的有效阻尼温域拓宽至-50℃～70℃。
(2)阻尼剂萜烯树脂和/或其改性产品的加入，限制了胶料分子链的运动，体系中自由链含量提高，使得体系的松弛强度提高，松弛时间延长，交联密度降低，最终导致胶料的损耗因子提高，阻尼峰峰值达到1.5以上。
(3)萜烯树脂和/或其改性产品的加入，改善了胶料与金属材料的浸润性，同时萜烯树脂可同时与橡胶及胶黏剂(橡胶与金属粘接时，通常会在金属表面涂胶黏剂)形成氢键作用，在两者间起到“桥梁”作用，在保证胶料高阻尼性能的前提下，可进一步改善胶料与金属的粘接性能，胶料与金属的粘接强度可提高60％以上。
(4)胶料的阻尼峰峰值、阻尼峰峰值对应温度及有效阻尼温域可通过控制萜烯树脂和/或其改性产品的用量及软化点来调节。随着阻尼剂用量的增大及软化点的提高，阻尼峰峰值提高、对应温度向高温移动，有效阻尼温域也会随之向高温方向发生移动并进一步拓宽。
(5)本发明以卤化丁基橡胶为基体，无需与其他高玻璃化转变温度胶种并用且仅需添加萜烯树脂即可同时解决阻尼和粘接问题，工艺更加简单可行。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明的宽温域高阻尼卤化丁基橡胶材料，主要由按重量份计的下述组分组成：生胶100份；阻尼剂10～50份，优选15～45份；氧化锌3～10份，优选4～6份；硬脂酸1～3份；氧化镁0.1～1.5份，优选0.1～0.5份；补强填充剂15～80份，优选30～70份；増塑剂1～10份；硫化剂1～5份；促进剂2～4份。
本发明一个具体实施方式中所用补强填充剂包括炭黑、白炭黑、片状云母粉、高岭土、陶土、蒙脱土、强威粉中的一种或几种并用，优选炭黑和片状云母粉，其中炭黑以小粒径n300系列效果更佳。
本发明一个具体实施方式中所用増塑剂包括古马隆、dos、石蜡油和环烷油中的一种或几种，优选石蜡油和/或环烷油。
本发明中的硫化剂、促进剂没有特别限制，可采用通常卤化丁基橡胶制作时使用的种类和用量，若胶料有耐高温性能要求时，优选树脂硫化体系(如叔丁基苯酚甲醛树脂(2402树脂)、反应性酚醛树脂、对特辛基苯酚甲醛树脂等)。可以使用tbztd、hva-2、tbbs等橡胶常用的促进剂。
如有必要，可在本发明的高阻尼橡胶材料中加入各种助剂，如加工助剂、防焦剂等。
本发明一个优选的具体实施方式中，宽温域高阻尼卤化丁基橡胶材料的制备方法包括下述步骤：
(1)先在密炼机中将橡胶基体与阻尼剂在90-130℃下混炼，优选混炼1-3min，使得阻尼剂完全软化并均匀分散在橡胶基体中。阻尼剂分散的更加均匀，使得胶料阻尼性能更佳且稳定。
(2)然后加入按比例预先混合好的氧化锌、硬脂酸、氧化镁以及其他助剂进行混炼，优选混炼1-3min，然后将补强填充剂和增塑剂投入密炼机中进行高温混炼，优选混炼5～10min，优选高温混炼温度为100-130℃。高温混炼有利于生胶的塑性流动和对配合剂离子表面的润湿、吃粉。
(3)待胶料混合均匀后冷却至80℃以下后均匀地加入硫化剂和促进剂进行混炼，并自然冷却。高温下加入硫化剂和促进剂会使得胶料在混炼过程中提前发生硫化，导致胶料焦烧报废，因此必须冷却后加入硫化剂和促进剂。
(4)胶料静置停放24h以上后，进行硫化处理，具体的，使用开炼机压成2mm左右的薄片，在平板硫化机上进行硫化，温度控制在140-170℃，硫化时间控制在15-30分钟，制得橡胶硫化试样。
实施例1
本实施例的宽温域高阻尼橡胶材料的各组分及质量：溴化丁基橡胶100g，氧化锌5g，硬脂酸2g，氧化镁0.2g，炭黑n33060g，古马隆5g，dos3g，硫黄1.2g，四苄基二硫代秋兰姆(tbztd)1.0g，n,n’-间苯撑双马来酰亚胺(hva-2)1.0g，n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(tbbs)0.8g，萜烯树脂tr-8030g。萜烯树脂tr-80软化点80℃，软化点的测量采用环球法(gb/t8146)。
制备工艺为：(1)先将溴化丁基橡胶与阻尼剂萜烯树脂加入密炼机中混炼2min，混炼温度为100℃，使得萜烯树脂完全软化并均匀分散在橡胶基体中；
(2)然后加入氧化锌、硬脂酸及氧化镁，混炼3分钟；然后加入炭黑、增塑剂再进行混炼，混炼时间8分钟，混炼温度控制在120℃；
(3)在开炼机上出片、冷却，获得母炼胶。
(4)将步骤(3)获得的母炼胶放入开炼机中，均匀地加入硫黄、促进剂进行混炼，静置停放24h以上，然后在160℃下硫化20min，即得到高阻尼橡胶材料。
实施例2
本实施例的宽温域高阻尼橡胶材料的各组分及质量：溴化丁基橡胶80g，氯化丁基橡胶20g，氧化锌5g，硬脂酸2g，氧化镁0.2g，炭黑n33050g，片状云母粉15g，古马隆5g，石蜡油2g，硫黄1.5g，四苄基二硫代秋兰姆(tbztd)1.0g，n,n’-间苯撑双马来酰亚胺(hva-2)1.5g，n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(tbbs)0.8g，酚醛改性萜烯树脂tr-100s20g，萜烯树脂tr-9020g(tr-100s的软化点为100℃，tr-90的软化点为90℃)。
制备工艺为：(1)先将溴化丁基橡胶、氯化丁基橡胶与阻尼剂萜烯树脂及酚醛改性萜烯树脂加入密炼机中混炼3min，混炼温度为120℃，使得萜烯树脂完全软化并均匀分散在橡胶基体中；
(2)然后加入氧化镁、硬脂酸及氧化镁，混炼3分钟；然后加入炭黑、片状云母粉、增塑剂再进行混炼，混炼时间8分钟，混炼温度控制在130℃；
(3)在开炼机上出片、冷却，获得母炼胶。
(4)将步骤(3)获得的母炼胶放入开炼机中，均匀地加入硫黄、促进剂进行混炼，静置停放24h以上，然后在160℃下硫化20min，即得到高阻尼橡胶材料。
对比例
本对比例的宽温域高阻尼橡胶材料的各组分及质量：氯化丁基橡胶100g，氧化锌5g，硬脂酸3g，氧化镁0.3g，炭黑n55050g，石蜡油3g，硫黄1g，四苄基二硫代秋兰姆(tbztd)0.8g，二硫化二苯并噻唑(dm)1.0g，n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(tbbs)0.8g，
制备工艺为：(1)先将生胶基体加入密炼机中混炼均匀，混炼温度控制在50-70℃；
(2)加入氧化锌、氧化镁以及硬脂酸，混炼3分钟；然后加入炭黑、增塑剂再进行混炼，混炼时间8分钟，混炼温度控制在100-130℃；
(3)在开炼机上出片、冷却，获得母炼胶。
(4)将步骤(3)获得的母炼胶放入开炼机中，均匀地加入硫化剂、促进剂进行混炼，制得高阻尼橡胶材料，静置停放24h以上，然后在160℃下硫化20min，即得到高阻尼橡胶硫化试样。
以上对比例和实施例对应胶料及产品的检测性能参数如下表：
从表中数据可以看出，本发明制备的宽温域高阻尼卤化丁基橡胶材料，通过添加阻尼剂萜烯树脂和/或其改性产品，可同时解决胶料的阻尼性能和粘接性能，且制备工艺简单。该发明制备的胶料力学性能基本保持一致，常温及高温下的阻尼性能显著提高，阻尼峰峰值提高且向高温方向发生移动，tanδ≥0.4有效阻尼温域得到明显拓宽，最大振动传递率明显降低；与此同时，橡胶与金属材料的粘合强度得到显著改善。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。