一种陶瓷粉体改性橡胶复合材料及改性方法技术

本发明专利技术提供的是一种陶瓷粉体改性橡胶复合材料及改性方法。由体积分数为橡胶100份，微纳米碳化物陶瓷粉体1～30份以及助剂20～30份制成，所述助剂包括氢氧化钙、氧化镁、炭黑和硫化剂。所制备的高性能橡胶复合材料不仅具有良好的阻尼性能，而且其耐老化、耐机油性能均优于其他橡胶品种。实验表明，经长时间老化后，改性橡胶复合材料的力学强度没有呈现出下降趋势；在各种型号机油中长期浸泡后，橡胶的质量和体积几乎无明显变化。这说明本发明专利技术中的橡胶材料同时兼顾耐腐蚀性、耐老化性和高阻尼性能。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷粉体改性橡胶复合材料及改性方法
本专利技术涉及的是一种改性橡胶复合材料，本专利技术也涉及的是一种改性橡胶复合材料的改性方法。
技术介绍
在通用橡胶中，丁腈橡胶由于具有强极性氰基，损耗因子值较大，表现出优良的阻尼性能，此外还兼具有极佳的耐油、耐化学、耐溶剂性以及优良的耐热耐低温性。但随着石油和汽车工业的发展，对丁腈橡胶提出了更加苛刻的要求，促进了丁腈橡胶的改性研究。目前，主要是利用合成阶段的改性、多元化共聚、加工阶段与不同橡胶共混、橡塑并用、添加助剂等方法来改善丁腈橡胶的综合性能，并取得了一定成效。在橡胶系列中，氟橡胶是主链或侧链的碳原子上接有氟原子的一种合成高分子聚合物。氟橡胶拥有好的耐油性、耐高温、耐腐蚀、耐强氧化剂、耐辐射等显著特性和良好的机械性能，已成在航空航天、电子通讯、船舶车辆等尖端
获得了广泛的应用。目前，橡胶材料大量应用于公共场所，但是，在航空航天、船舶海洋等苛刻的环境下，现有的橡胶已不能满足使用需求。为了进一步提高橡胶的性能和强度，扩大其应用范围，开发强度高、耐腐蚀、抗老化且减振性能良好的橡胶复合材料是当前科学发展过程中急需解决的技术难题。在氟橡胶改性方面，化学合成(分子接枝、嵌段)、橡胶共混以及配合加工是三种主要的改性技术，取得了一定的研究成果，改善氟橡胶的性能缺陷，扩大了其应用范围。同时也存在一些不足之处，如采用分子接枝、嵌段方法，将柔性基团引入到分子链中，改善了橡胶性能，但改性方法复杂，工艺参数控制严格，外界影响因素较多，工艺较大规模工厂化应用，并且成本高昂；采用共混的方法，很难找到兼容的硫化工艺；加工配合技术是向氟橡胶胶料中加入新型的补强剂、硫化剂、吸酸剂及相关加工助剂，其中无机填料的增强改性是最具效果、也是应用最广泛的方法。陶瓷(碳化物等，如碳化硅、碳化硼)/聚合物纳米复合材料是近年来材料学领域新兴的一种改性聚合物材料，由于碳化物陶瓷以纳米尺寸均匀分散在橡胶基体中，其晶层的总比表面积和形变因数都很高，能明显改善复合材料的物理性能、热稳定性能和气体阻隔性能等，因此成为材料学研究的热点，但是由于纳米颗粒的活性很大，容易产生团聚，不利于在复合物体系中的均匀分散。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种强度高、耐腐蚀性好的陶瓷粉体改性橡胶复合材料。本专利技术的目的还在于提供一种陶瓷粉体改性橡胶复合材料的改性方法。本专利技术的陶瓷粉体改性橡胶复合材料由体积分数为橡胶100份，微纳米碳化物陶瓷粉体1～30份以及助剂20～30份制成，所述助剂包括氢氧化钙、氧化镁、炭黑和硫化剂。本专利技术的陶瓷粉体改性橡胶复合材料的改性方法为：将体积分数为橡胶100份，微纳米碳化物陶瓷粉体1～30份以及助剂20～30份的原料混合后按照如下方法进行改性制备：(1)塑炼和共混橡胶在30～40℃温度下塑炼：先以5～6mm辊距通过3～4次，再以3～4mm辊距通过3～4次，然后以小辊距薄通10～15min；逐渐加入微纳米碳化物陶瓷粉体和助剂共混10min得到共混胶；(2)混炼将混炼机辊筒温度加热至40～45℃，保持5～10分钟，混炼时辊速比为1:1.5，将共混胶在双辊混炼机上混炼，割刀、薄通并打三角包6次至组分混炼均匀，调节辊距下片，得到厚度为2mm的未硫化混炼胶片；(3)热压硫化将未硫化混炼胶片放入钢制模具内腔中，然后将模具置于电热平板硫化机的平台中心位置，待温度上升至170℃时，调节压力10MPa，保压10～15min，硫化完成后卸压，取出模具并连同胶片一并放入冰水中淬火冷却，脱模后既得厚约2mm的薄片状一次胶片；(4)次硫化将一次硫化胶放入电热鼓风干燥箱中，调节升温250℃，保温8h。本专利技术提供了种强度高、耐腐蚀性好的高性能橡胶复合材料。该材料是先将微纳米碳化物等陶瓷粉体进行改性处理，增强颗粒表面化学活性，然后将改性后的微纳米碳化物等陶瓷粉体加入橡胶基体中，利用改性的微纳米碳化物等陶瓷粉体接枝橡胶分子链来提高橡胶本体的力学及阻尼性能。所制取橡胶复合材料的性能提升明显，制备方法简单易行。本专利技术以橡胶、微纳米碳化物等陶瓷粉体填料及其它助剂为主要成分，经生胶塑炼、各组分均匀混炼及后续二次硫化工艺而热压成型。其中，以体积百分含量为单位，材料中橡胶体积分数为100份，微纳米碳化物陶瓷粉体体积分数为0～30份，并加入氢氧化钙(Ca(OH)2)、氧化镁(MgO)、炭黑(N990)及硫化剂(双二五)等加工助剂体积分数为20～30份。所述特种橡胶材料经微纳米碳化物等陶瓷改性后，其拉伸强度可提高30-66％，损耗因子提高至1.05～1.15，tanδ＞0.3有效阻尼温域达到30～40℃。可在在酸碱、机油等腐蚀性液体环境中可保持良好的力学及阻尼性能。本专利技术所具备的独特性与创新性包括微纳米碳化物等陶瓷粉体经偶联剂改性后，其表面与偶联剂中的一部分有机官能团发生反应而形成化学键，而另一部分官能团与橡胶基体反应形成化学键。因此，在这种化学媒介作用下，碳化物陶瓷粒子与橡胶界面牢固地结合在一起，从而改善了颗粒—橡胶的界面效应，提高了橡胶的力学和阻尼性能。通过偶联剂的作用，改性微纳米陶瓷颗粒与橡胶基体能够很好的融合在一起，这进一步促进了填料与基体间的内摩擦阻力，限制了橡胶分子链相互转换过程中的运动，增加了应力与应变之间的相位滞后，增强了能量的转化效率，从而提高了橡胶材料的阻尼性能。所制备的高性能橡胶复合材料不仅具有良好的阻尼性能，而且其耐老化、耐机油性能均优于其他橡胶品种。实验表明，经长时间老化后，改性橡胶复合材料的力学强度没有呈现出下降趋势；在各种型号机油中长期浸泡后，橡胶的质量和体积几乎无明显变化。这说明本专利技术中的橡胶材料同时兼顾耐腐蚀性、耐老化性和高阻尼性能。附图说明图1(a)是20体积分数SiC改性丁腈橡胶复合材料的动态力学性能。图1(a)中：横坐标参数是温度(Temperature)，纵坐标参数是损耗因子(tanδ)，其表达公式为：tanδ＝E′/E"，其中，E′代表储能模量，E"代表损耗模量。图1(b)是20体积分数SiC改性丁腈橡胶复合材料老化前后的拉伸强度。图1(b)中：横坐标表示工艺类别，纵坐标表示拉伸强度(MPa)。图2是25体积分数SiC改性氟橡胶复合材料的动态力学测试分析图谱。图2中横坐标参数是温度(Temperature)，纵坐标参数是损耗因子(tanδ)，其表达公式为：tanδ＝E′/E"，其中，E′代表储能模量，E"代表损耗模量。图3(a)是碳化硼改性氟橡胶复合材料的压缩模量柱状图。图3(a)中：横轴表示碳化硼体积分数(％)，纵轴表示压缩模量(MPa)。图3(b)是碳化硼改性氟橡胶复合材料的静刚度曲线图。图3(b)中：横轴表示碳化硼体积分数(％)，纵轴表示静刚度(N/mm)。具体实施方式本专利技术的陶瓷粉体改性橡胶复合材料，以体积百分含量为单位，材料中橡胶体积分数为100份，微纳米碳化物陶瓷粉体体积分数为1～30份，并加入氢氧化钙(Ca(OH)2)、氧化镁(MgO)、炭黑(N990)及硫化剂(双二五)等加工助剂体积分数为20～30份。所述特种橡胶材料经微纳米碳化物等陶瓷改性后，其拉伸强度可提高30-66％，损耗因子提高至1.05～1.15，tanδ＞0.3有效阻尼温域达到30～40℃。可在在酸碱、机油等腐蚀性液体环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷粉体改性橡胶复合材料，其特征是：由体积分数为橡胶100份，微纳米碳化物陶瓷粉体1～30份以及助剂20～30份制成，所述助剂包括氢氧化钙、氧化镁、炭黑和硫化剂。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷粉体改性橡胶复合材料，其特征是：由体积分数为橡胶100份，微纳米碳化物陶瓷粉体1～30份以及助剂20～30份制成，所述助剂包括氢氧化钙、氧化镁、炭黑和硫化剂。2.根据权利要求1所述的陶瓷粉体改性橡胶复合材料，其特征是：所述的橡胶为丁腈橡胶或氟橡胶。3.根据权利要求1或2所述的陶瓷粉体改性橡胶复合材料，其特征是：所述的微纳米碳化物陶瓷粉体为微纳米碳化硅或碳化硼，或这是碳化硅和碳化硼的混合粉体，其纯度大于99.9％，粒度200nm～10μm。4.一种权利要求1所述的陶瓷粉体改性橡胶复合材料的改性方法，其特征是：(1)塑炼和共混橡胶在30～40℃温度下塑炼：先以5～6mm辊距通过3～4次，再以3～4mm辊距通过3～4次，然后以小辊距薄通10～15min；逐渐加入微纳米碳化物陶瓷粉体和...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔英杰，刘瑞良，张晓红，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23