一种弹性胶泥及其制备方法与流程

本发明属于阻尼材料技术领域，具体涉及一种弹性胶泥及其制备方法。

背景技术：

弹性胶泥是介于固体和液体之间的高分子化合物混溶体，是以具有可塑性的有机聚硅氧烷为基体材料，通过与一些填料、热稳定剂、抗压剂、阻燃剂等混炼而成。有机聚硅氧烷基体的分子结构决定了弹性胶泥在-80～250℃的各项物理化学性能依然良好，并且因其在受拉伸、压缩变形时具有很大的滞回特性，使其具备了存储、耗散机械能量等功能，在减震、降噪等相关领域得到广泛的应用，用其作为芯体材料制成的动车组用弹性胶泥车钩减震器不仅具有体积小、容量大、结构简单等优点，还兼备了液压减震器和橡胶减震器的优点。现有弹性胶泥的制备技术是在炼胶机中将生胶、结构化控制剂、填料、添加剂等按规定的顺序逐一混匀而得，在专利号为cn105524467a，名称为“弹性胶泥及其制备方法”的专利文献中公布了一种弹性胶泥配方，包括具有以下重量份的组分：a)苯基硅油100；b)填充剂0.5-80，其所用的填充剂有气相法白炭黑、沉淀法白炭黑、硅藻土、滑石粉、碳酸钙等，通过机械共混法将其中一种或几种填充剂与苯基硅油共混制成了四种弹性胶泥样品并测试了相关性能指标。弹性胶泥在生产过程中添加不同种类的填充成分可以改变其复合体系的微观结构，从而从宏观上改变整个胶泥的物性。因此，可以通过调整胶泥的生产配方满足胶泥在不同场合下的使用要求。

根据现有的国内外有关弹性胶泥的研究与分析结果，认为弹性胶泥是一种具有流动性的高分子复合阻尼材。国内对弹性胶泥减震器及其密封技术的研究已有一定的基础，将弹性胶泥用于料车钩减震器中使其优异的性能得到发挥，但国内对弹性胶泥材料本身的研究较少，主要表现在：①已有的弹性胶泥阻尼性能较低，阻尼温域较窄，其在低温、高温工作环境下性能变化率大，随着温度的升高，胶体运动粘度变化明显，缓冲阻尼力下降快；②现有技术生产的胶泥模量有待提高，现有胶泥随着所受剪切应力的增大，其剪切模量降低、胶泥稳定性较差；③现国产胶泥黏度一般较低且流动性、弹性较差，阻尼因子在0.3～0.8之间，阻尼性能尚且不能满足大功率减震器的使用要求，因此亟待开发高阻尼、高模量的新型弹性胶泥，以满足高性能减震器的使用要求。

造成上述技术缺点的主要原因在于在硅橡胶胶泥制作过程中，仅考虑到了把基体材料与填充剂简单机械混合，而没有选用合适的填充剂与基体材料形成某种微观结构，以赋予胶泥更加优异的性能。

技术实现要素：

针对现有弹性胶泥存在稳定性差、阻尼性能低和阻尼温域较窄的问题，本发明提供了一种弹性胶泥及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种弹性胶泥，包括以下组分：

硅橡胶、粘度调节剂和填充剂，所述填充剂包括受阻酚和/或受阻胺。

可选地，按重量份计，包括以下组分：

硅橡胶100份、粘度调节剂10～20份和填充剂30～40份。

可选地，包括以下组分：

硅橡胶100份、粘度调节剂10～20份、受阻酚和/或受阻胺8～15份。

可选地，所述填充剂还包括层状无机材料，所述层状无机材料的重量组分为20～30份。

可选地，所述层状无机材料包括层状有机蒙脱土和/或层状双氢氧化物。

可选地，所述填充剂还包括纤维状凹凸棒石粉和/或滑石粉。

可选地，所述弹性胶泥还包括二硫化钼，所述二硫化钼的重量组分为0.1～2份。

可选地，所述硅橡胶包括苯基硅橡胶和硅橡胶/硫化顺丁橡胶复合体中的一种或多种。

可选地，所述粘度调节剂为苯基硅油。

可选地，所述弹性胶泥还包括有改性剂，所述改性剂包括十六烷基三甲基溴化铵和/或乙烯基三乙氧基硅烷。

可选地，所述弹性胶泥还包括抗压剂和补强剂，所述抗压剂和补强剂的重量组分为：抗压剂0.2～3份和补强剂0.5～5份。

可选地，所述抗压剂包括石墨和/或氮化硼，所述补强剂包括炭黑。

另一方面本发明还提供了如上所述的弹性胶泥的制备方法，包括如下操作：

将辊式研磨机的辊筒预热至55～60℃，将硅橡胶置于辊筒上塑炼，当硅橡胶在辊筒上形成致密一层时，加入粘度调节剂和填充剂进行初步混炼，得到初炼胶泥；

将初炼胶泥进行热处理，热处理温度为130～160℃，处理时间为40～90min；

冷却至室温后进行二次混炼，二次混炼时间为5～20min，得到弹性胶泥。

可选地，所述“当硅橡胶在辊筒上形成致密一层时，加入包括有粘度调节剂和填充剂的混合物进行混炼”包括：先将粘度调节剂和填充剂投入高速搅拌机中搅拌混合，搅拌时间为4～10min，得到预混物，当硅橡胶在辊筒上形成致密一层时，加入所述预混物进行初步混炼。

可选地，初步混炼时，对混合物进行翻搅，初步混炼时间为25～35min。

根据本发明提供的弹性胶泥，将受阻酚和受阻胺类带质子供体的有机小分子物质，添加到含有质子受体的聚硅氧烷基体之中，利用小分子受阻酚结构中的酚羟基与基体聚硅氧烷中的端羟基形成杂化体制成了高性能的弹性胶泥，通过一定的工艺将其复合到一起，基体材料便能在有机小分子受阻酚或受阻胺之间产生可逆氢键，这种氢键的作用比较微弱，再外加振动的影响下会断裂或重新形成，在这过程中会耗散大量能量，可使体系的玻璃化转变温域拓宽，杂化复合材料的损耗峰向高温方向移动，且材料的阻尼因子随着受阻酚或受阻胺用量的增加而增大，显示出这种材料在高温下有优异的阻尼性能。

附图说明

图1是本发明提供的阻尼因子(tanδ)随温度变化曲线图；

图2是本发明提供的储能模量(e')随温度变化曲线；

图3是本发明提供的损耗模量(e″)随温度变化曲线。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明一实施例公开了一种弹性胶泥，包括以下组分：

硅橡胶、粘度调节剂和填充剂，所述填充剂包括受阻酚和/或受阻胺。

高分子阻尼材料在玻璃化温度tg附近，大分子链段才具有很强的松弛运动能力，能产生很强的内摩擦力，而大多数橡胶阻尼材料的tg都很低，用其生产的高分子弹性胶泥材料的玻璃化转变温域较窄，并且模量低，从而限制弹性胶泥在减振方面的运用。

为了获得宽温域、高阻尼、高模量聚合物基弹性胶泥材料，本方案使用了有机杂化法制备了具有特殊微观结构的弹性胶泥样品。将受阻酚和受阻胺类带质子供体的有机小分子物质，添加到含有质子受体的聚硅氧烷基体之中，利用小分子受阻酚结构中的酚羟基与基体聚硅氧烷中的端羟基形成杂化体制成了高性能的弹性胶泥，通过一定的工艺将其复合到一起，基体材料便能在有机小分子受阻酚或受阻胺之间产生可逆氢键，这种氢键的作用比较微弱，再外加振动的影响下会断裂或重新形成，在这过程中会耗散大量能量，可使体系的玻璃化转变温域拓宽，杂化复合材料的损耗峰向高温方向移动，且材料的阻尼因子随着受阻酚或受阻胺用量的增加而增大，显示出这种材料在高温下有优异的阻尼性能。

在本发明的一些实施例中，按重量份计，所述弹性胶泥包括以下组分：

硅橡胶100份、粘度调节剂10～20份和填充剂30～40份。

更优选地，按重量份计，所述弹性胶泥包括以下组分：

硅橡胶100份、粘度调节剂10～20份、受阻酚和/或受阻胺8～15份。

在本发明的一些实施例中，所述填充剂还包括层状无机材料，所述层状无机材料的重量组分为20～30份。

所述层状无机材料指具有微观层状结构的天然硅酸盐黏土矿物如蒙脱土、滑石、沸石等的材料或层状双氢氧化物。

采用硅橡胶作为阻尼材料的基体，通过在硅橡胶中加入粘度调节剂和填充剂形成弹性胶泥，其中，采用了层状无机材料作为填充剂，层状无机材料的微观纳米层状结构可与硅橡胶基体中的硅氧烷形成插层结构，进而得到微观阻尼结构，微观纳米层状结构作为约束阻尼层，当该弹性胶泥体系受剪切或压缩作用时，硅橡胶基体材料和约束阻尼层产生相对滑移运动，从而消耗掉一部分能量，起到提高阻尼性能的作用。

在本发明的一些实施例中，所述层状无机材料包括层状有机蒙脱土和/或层状双氢氧化物。

所述层状有机蒙脱土属于硅酸类黏土，为2:1型层状结晶，其单位晶胞由一个铝氧八面体夹在两个二氧化硅四面体中间构成，层间常吸附一些阳离子，随阳离子体积的不同，层间距一般为1～2nm。

所述层状双氢氧化物是一类阴离子型层状功能材料，别名水滑石。由二价金属离子、三价金属离子、氢氧根离子以及其他无机或有机阴离子构成，其中由金属离子和氢氧根离子形成相对稳定的板层结构，其中部分二价金属离子被三价金属离子取代，使得板层结构带有正电荷，无机或有机阴离子进入板层结构之间以中和电荷，同时层间的阴离子具有可交换性，其他物质可插层进入到板层结构之间，甚至能引起板层结构剥离分散于基体中。

在本发明的一些实施例中，所述填充剂还包括纤维状凹凸棒石粉和/或滑石粉。

所述纤维状凹凸棒石粉是一种晶质含水镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，故晶体中含有不定量的na+、ca2+、fe3+、al，晶体呈针状、纤维状或纤维状集合体。凹凸棒石粉具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和一定的可塑性及粘结力，且介于链状结构和层状结构之间的中间结构。在所述弹性胶泥中加入纤维状凹凸棒石粉，可形成取向结构，有利于提高弹性胶泥的弹性、流动性和有序性。

所述弹性胶泥还包括二硫化钼，所述二硫化钼的重量组分为0.1～2份。

所述二硫化钼起到摩擦润滑剂的功能，适用于高温、高压、高转速高负荷的机械工作状态，可以延长弹性胶泥在设备中的使用寿命，当其用于摩擦材料时可在低温减小摩擦、高温增加摩擦，以平衡弹性胶泥粘度受温度的影响。

在本发明的一些实施例中，所述硅橡胶包括苯基硅橡胶和硅橡胶/硫化顺丁橡胶复合体中的一种或多种。

在本发明的一些实施例中，所述粘度调节剂为苯基硅油。

苯基硅油的分子量选自10000-20000、20000-30000、30000-40000、40000-50000、50000-60000、60000-70000、70000-80000、80000-90000、90000-100000、100000-120000、120000-140000、140000-160000、160000-180000、180000-200000、200000-250000。

通过选用不同分子量的苯基硅油实现不同的粘度调节作用。

在本发明的一些实施例中，所述弹性胶泥还包括有改性剂，所述改性剂包括十六烷基三甲基溴化铵和/或乙烯基三乙氧基硅烷。

所述乙烯基三乙氧基硅烷为硅烷偶联剂，主要用于所述弹性胶泥中填充剂的表面改性，提高填充剂与硅橡胶之间的结合力，有利于提高阻尼效果。

所述十六烷基三甲基溴化铵为一种阳离子型表面活性剂，用于所述弹性胶泥中填充剂的有机化改性。

在本发明的一些实施例中，所述弹性胶泥还包括抗压剂和补强剂，所述抗压剂和补强剂的重量组分为：抗压剂0.2～3份和补强剂0.5～5份。

具体地，所述抗压剂包括石墨和/或氮化硼，所述补强剂包括炭黑。

本发明的另一实施例公开了上述弹性胶泥的制备方法，其特征在于，包括如下操作：

将辊式研磨机的辊筒预热至55～60℃，将硅橡胶置于辊筒上塑炼，当硅橡胶在辊筒上形成致密一层时，加入包括有粘度调节剂和填充剂的混合物进行初步混炼，得到初炼胶泥；

将初炼胶泥进行热处理，热处理温度为130～160℃，处理时间为40～90min；

冷却至室温后进行二次混炼，二次混炼时间为5～20min，得到弹性胶泥。

相对于现有弹性胶泥的制备方法，本方案在进行初步混炼后对所述初炼胶泥进行热处理和二次混炼，能够促进其中填充剂和硅橡胶之间的充分反应，使有机聚硅氧烷分子链能较快、充分地缠缚于层状无机材料表面，可获得有机小分子/聚硅氧烷基杂化复合胶泥和具有插层结构的阻尼约束胶泥，所述弹性胶泥具有高阻尼、高模量、宽温域的使用特性，其粘度和模量受温度和剪切应力的影响较小，在低、高温工作环境下仍具有优异的阻尼性能，在动车组车钩弹性胶泥减震器芯体材料的运用方面具有广阔的运用前景。

在本发明的一些实施例中，所述“当硅橡胶在辊筒上形成致密一层时，加入包括有粘度调节剂和填充剂的混合物进行混炼”包括：先将粘度调节剂和填充剂投入高速搅拌机中搅拌混合，搅拌时间为4～10min，得到预混物，当硅橡胶在辊筒上形成致密一层时，加入所述预混物进行初步混炼。

在本发明的一些实施例中，初步混炼时，对混合物进行翻搅，初步混炼时间为25～35min。

以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的一种弹性胶泥及其制备方法。

本实施例制备的弹性胶泥的成分和质量份如下：

其制备方法包括以下操作：

①将三辊研磨机的滚筒温度预热至55～60℃，按以上组分称量好所需各质量份的组分；

②将称量好的苯基硅橡胶于辊筒上进行塑炼，当苯基硅橡胶在辊筒上连续包辊成致密一层时，首先将受阻酚加入混炼5min，之后依次加入滑石粉、二硫化钼、乙烯基三乙氧基硅烷继续混炼，最后加入苯基硅油调节其粘度(此过程约混炼25min)，得到初炼胶泥；

③将初炼胶泥放在140℃的烘箱中静置1h后取出，冷却至室温后再于三辊研磨机上混炼5min，得到具有层状插层结构的弹性胶泥样品。

将得到的弹性胶泥样品标记为s1。

实施例2

本实施例用于说明本发明公开的一种弹性胶泥及其制备方法。

本实施例制备的弹性胶泥的成分和质量份如下：

其制备方法包括以下操作：

①将三辊研磨机的滚筒温度预热至55～60℃，按以上组分称量好所需各质量份的组分；

②将称量好的苯基硅橡胶于辊筒上进行塑炼，当苯基硅橡胶在辊筒上连续包辊成致密一层时，首先将受阻酚加入混炼5min，之后依次加入层状双氢氧化物、二硫化钼、乙烯基三乙氧基硅烷继续混炼，最后加入苯基硅油调节其粘度(此过程约混炼25min)，得到初炼胶泥；

③将初炼胶泥放在140℃的烘箱中静置1h后取出，冷却至室温后再于三辊研磨机上混炼5min，得到具有层状插层结构的弹性胶泥样品。

将得到的弹性胶泥样品标记为s2。

实施例3

本实施例用于说明本发明公开的一种弹性胶泥及其制备方法。

本实施例制备的弹性胶泥的成分和质量份如下：

其制备方法包括以下操作：

①将三辊研磨机的滚筒温度预热至55～60℃，按以上组分称量好所需各质量份的组分；

②将称量好的苯基硅橡胶于辊筒上进行塑炼，当苯基硅橡胶在辊筒上连续包辊成致密一层时，首先将受阻胺加入混炼5min，之后依次加入滑石粉、二硫化钼、乙烯基三乙氧基硅烷继续混炼，最后加入苯基硅油调节其粘度(此过程约混炼25min)，得到初炼胶泥；

③将初炼胶泥放在140℃的烘箱中静置1h后取出，冷却至室温后再于三辊研磨机上混炼5min，得到具有层状插层结构的弹性胶泥样品。

将得到的弹性胶泥样品标记为s3。

实施例4

本实施例用于说明本发明公开的一种弹性胶泥及其制备方法。

本实施例制备的弹性胶泥的成分和质量份如下：

其制备方法包括以下操作：

①将三辊研磨机的滚筒温度预热至55～60℃，按以上组分称量好所需各质量份的组分；

②将称量好的苯基硅橡胶于辊筒上进行塑炼，当苯基硅橡胶在辊筒上连续包辊成致密一层时，首先将受阻胺和受阻酚加入混炼5min，之后依次加入滑石粉、二硫化钼、乙烯基三乙氧基硅烷继续混炼，最后加入苯基硅油调节其粘度(此过程约混炼25min)，得到初炼胶泥；

③将初炼胶泥放在140℃的烘箱中静置1h后取出，冷却至室温后再于三辊研磨机上混炼5min，得到具有层状插层结构的弹性胶泥样品。

将得到的弹性胶泥样品标记为s4。

对比例1

本对比例用于对比说明本发明公开的一种弹性胶泥及其制备方法。

本对比例制备的弹性胶泥的成分和质量份如下：

其制备方法包括以下操作：

①按以上组分称量好所需各质量份的组分，将苯基硅油、纤维状凹凸棒石粉、层状双氢氧化物、层状有机蒙脱土、十六烷基三甲基溴化铵于高速搅拌机中搅拌5min得到预混物，待用；

②将三辊研磨机的辊筒温度预热至55～60℃，然后将称量好的苯基硅橡胶于辊筒上塑炼，当苯基硅橡胶在辊筒上形成致密一层时，加入步骤①制得的混合物进行初步混炼，初步混炼时用铲子进行翻搅以确保混炼均匀，初步混炼进行25min后得到初炼胶泥；

③将步骤②得到的初炼胶泥置于140℃下热处理1h，冷却至室温后再于开炼机上混炼5min，得到具有层状插层结构的弹性胶泥样品。

将得到的弹性胶泥样品标记为d1。

对比例2

本对比例用于对比说明本发明公开的一种弹性胶泥及其制备方法。

本对比例制备的弹性胶泥的成分和质量份如下：

其制备方法包括以下操作：

①将三辊研磨机的滚筒温度预热至55～60℃，按以上组分称量好所需各质量份的组分；

②将称量好的苯基硅橡胶于辊筒上进行塑炼，当苯基硅橡胶在辊筒上连续包辊成致密一层时，加入气相法白炭黑、纳米碳酸钙、滑石粉、乙烯基三乙氧基硅烷进行混炼，最后加入苯基硅油调节其粘度(此过程约混炼25min)，得到初炼胶泥；

③将初炼胶泥放在140℃的烘箱中静置1h后取出，冷却至室温后再于三辊研磨机上混炼5min，得到具有层状插层结构的弹性胶泥样品。

将得到的弹性胶泥样品标记为d2。

性能测试

分别对弹性胶泥样品s1～s4、d1和d2进行流变性能测试。

具体测试原理为：弹性胶泥在受到外力作用的时候，会发生形变，同时产生粘阻作用力，使混炼弹性胶泥的应变落后于应力的变化，发生滞后现象，这样就会有一部分动能转变为热能、弹性势能及其他形式的能量被消耗掉，从而产生阻尼作用。应变落后于应力的落后程度用损耗角正切值(阻尼因子，损耗因子)来表示，落后程度越大，粘阻作用就越大。在弹性胶泥发生形变时，作用于硅橡胶上的应力(模量)可分解为两部分：一部分用于克服理想橡胶的弹力，在往复形变过程中交替储存和释放，是不损耗的，表征材料的刚度，称为储能模量或弹性模量(e')；另一部分应力用于克服橡胶的粘性，在试样的每个运动周期中均以热量的形式耗散掉，称为损耗模量(e″)，反映材料的粘性。通过多功能流变仪可直接测出阻尼因子(tanδ)、储能模量(e')和损耗模量(e″)。

测试条件：温度t＝25～250℃，升温速率5℃/min，角频率ω＝10rad/s，固定应变为5％。

测试结果如图1～3所示。

测试结果表明：胶泥样品s1～s4和胶泥样品d1的阻尼因子(tanδ)、储能模量(e')和损耗模量(e″)均大于胶泥样品d2，且玻璃化转变温度向高温方向移动，拓宽了阻尼温度范围。造成这种结果的主要原因是：胶泥样品d1中形成了微观阻尼约束结构，导致其模量升高；阻尼层与聚硅氧烷基体间摩擦耗散了相当大的能量，导致其具有高阻尼性能；胶泥样品s1～s4中由于受阻酚或受阻胺与基体有机聚硅氧烷链端硅醇基之间产生了氢键杂化效应，导致其模量升高；氢键的形成与破坏耗散了大部分能量，导致其具有高阻尼性能；而胶泥样品d2仅是简单物理共混，不存在具有特殊功能的微观结构，故其阻尼因子、储能模量、损耗模量均低于胶泥样品s1～s4和胶泥样品d1。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。