一种橡胶压电陶瓷阻尼减振材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种橡胶压电陶瓷阻尼减振材料及其制备方法。通过橡胶本身具有的粘弹性，结合压电陶瓷的压电性能，利用橡胶加工及极化的方法，制备出橡胶压电陶瓷复合材料。该方法使得陶瓷均匀地分散在橡胶中，很好地解决了陶瓷与橡胶的界面结合，所得到的复合材料结构致密、分散均匀，并具有较好的吸声性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
在减振材料中，橡胶扮演着越来越重要的角色，是未来减振材料发展的 方向。减振橡胶具有以下优点弹性模量小，隔离振动的性能优越；橡胶是不可压縮的物质，在应力和变形之间产生时间上的延迟，具有非线性的性质，作为防振材料更为有效；体积小、重量轻，支承方法简单，容易和金属牢固 地粘结在一起。但是，橡胶作为减振材料使用时仍然存在较大的问题，这些 问题源于材料自身，很难解决。橡胶减振材料的一个很大的缺点是压縮永久 变形非常大橡胶减振材料的另一个缺点是减振效果对使用条件(如温度和振 动频率)有很大的选择性。压电材料的研究由来已久，作为一种功能材料，压电材料具有将电能与 机械能相互转换的作用，可以广泛地应用于航空航天导航、通信、海洋渔业、 声纳探测、医疗检测、超声波无损探伤以及智能材料等领域。压电材料对温 度不敏感，另外它在低频率(10kHz以下)随着频率(或压力)的增加相应地产 生更多的电荷，再通过载荷电阻(压电材料的外部电阻)，就可以使更多的振 动能转变为热能耗散掉，因此有望设计出一种阻尼性能可自动响应外部环境 变化的智能型压电-阻尼材料。压电材料的先驱是以锆钛铅(PZT)为代表的无机压电陶瓷，它具有良好的压电牿性，但机械加工性差，在装配和应用中很容易破碎。1969年日本 电器公司用PZT(锆钛铅，无机压电材料的代表)和PVDF(聚偏二氟乙烯，有 机压电材料代表)共混制备了最初的陶瓷/聚合物压电复合材料，这种材料兼备了PZT的压电常数大，但很脆，和PVDF柔韧性好又具有一定压电性的 特点。80年代初以后，美国加州斯坦福大学的B.A.Auld等人建立了PZT柱 周期排列的压电复合材料的理论模型、并分析了其中的横向结构模。美国纽 约菲利浦实验室的W.A.Smith等人也做了类似的工作。日本的C.Nakaya等 还利用压电复合材料制作了换能器。压电复合材料的出现同样引起了国内一 些研究机构的关注。王丽坤等制备了 PZT-PVDF复合压电材料，对复合材料 的压电常数d33和介电常数进行了测量，结果显示PZT-PVDF复合材料具有 良好的压电性能。目前PZT-PVDF复合材料大多采用热压、涂覆，微波、挤出，注射等。 热压法是将PZT粉与聚合物PVDF粉末相混合，加入适量溶剂搅拌均匀，待 有机溶剂完全挥发后，将混合粉料加入XQ-2镶嵌机中，在180 'C左右加 压成型，自然冷却至室温，然后取出样品。微波法是将PZT粉与聚合物PVDF 粉末相混合，按照聚合物成型的方法在模具中压制成型，然后将压制好的混 合料连同模具一起进行微波辐照制得压电复合材料。但其制得材料的结构均 匀性比较差，另外制得的材料脆性较大，影响了其使用。
技术实现思路
:本专利技术的目的是提供。在 橡胶中引入压电陶瓷，通过橡胶本身具有的粘弹性，结合压电陶瓷的压电性 能，利用橡胶加工及极化的方法，制备出橡胶压电陶瓷复合材料，解决了高 聚物减振材料的减振效果对使用条件(如温度和振动频率)依赖性大的问题， 所得到的复合材料结构致密、分散均匀，具有一定的柔韧性，较高的吸声性 能，同时具有加工工艺简单，成型容易的特点。本专利技术橡胶压电陶瓷阻尼减振材料其组成和质量份数为 丁腈橡胶 100份压电陶瓷 100-1500份碳纤维 1-20份5硫磺 2-10份偶联剂 8份促进剂 2份防老剂 2份所说的压电陶瓷是铌镁锆钛酸铅型压电陶瓷或锆钛酸铅型压电陶瓷；偶 联剂为硅垸偶联剂(如Si69);促进剂为促进剂D;防老剂为4010NA防老 剂。本专利技术橡胶压电陶瓷阻尼减振材料的制备方法为 A坯料的制备在开炼机上塑炼丁腈橡胶，加入粒径为0.5-10微米的铌镁锆钛酸铅型压 电陶瓷粉(如型号为P-5H的压电陶瓷粉)或锆钛酸铅型压电陶瓷粉(如型 号为P-4的压电陶瓷粉)、碳纤维、硫磺、偶联剂、促进剂、防老剂，混炼 均匀，辊温控制在50-6CTC，然后将制得的片在平板硫化机上模压成型，取 出后冷至室温。B极化将步骤A制得的坯料两面加金属片(最好是铝片)做为电极，在温度 为60-120°C，电场强度为3 10kv/mm的条件下极化10-30min，极化工艺可 以在高温油浴极化装置里进行，制得本专利技术的阻尼减振材料。对压电材料来讲，需要经过极化才能具有压电性能，这个极化过程是使 材料中的自发极化定向排列的过程，在强的直流电场的作用下，自发极化沿 电场方向排列，使该方向成为特殊极性方向，材料才具有压电性。各种原材料在50-60。C的开炼机上通过不断的剪切作用，相互混合，并 通过偶联剂改善界面的结合效果，使得材料能够达到更好的分散。本专利技术基于橡胶自身的粘弹性和阻尼性能，结合压电陶瓷的独有压电特 性，利用橡胶加工及极化的方法，通过偶联剂的加入，并且控制辊温在50-60 。C的范围内，促进了压电陶瓷粉在橡胶中的分散，改善了材料界面的结合效6果，制备出橡胶压电陶瓷阻尼减振材料。使得陶瓷均匀地分散在橡胶中，很 好地解决了陶瓷与橡胶的界面结合，所得到的复合材料分散均匀，并具有较 高的吸声性能。 具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术的效果做进一步描述。实施例1: 丁腈橡胶100份，0.5-10微米粒径的P-5H压电陶瓷粉100 份，硫磺8份与碳纤维5份组成的复合材料。在开炼机上将丁腈橡胶塑炼，加入P-5H压电陶瓷粉、碳纤维、防老剂 4010NA、偶联剂Si69、促进剂D、硫磺，控制辊温控制在50-60°C，混炼均 匀，制得样片。将样片在平板硫化机上硫化，得到坯料。在复合材料坯料两面加铝片做为电极，在高温油浴极化装置里进行极化 制得复合材料，极化条件温度为80'C，电场强度为3 10kv/mm，时间为 25min。实施例2: 丁腈橡胶100份，0.5-10微米粒径的P-5H压电陶瓷粉613 份，硫磺8份与碳纤维5份组成的复合材料。在开炼机上将丁腈橡胶塑炼，加入P-5H压电陶瓷粉、碳纤维、防老剂 4010NA、偶联剂Si69、促进剂D、硫磺，控制辊温控制在50-60°C ，混炼均 匀，制得样片。将样片在平板硫化机上硫化，得到坯料。在复合材料坯料两面加铝片做为电极，在高温油浴极化装置里进行极化 制得复合材料，极化条件温度为8(TC，电场强度为3 10kv/mm,时间为 25min。实施例3: 丁腈橡胶100份，0.5-10微米粒径的P-4压电陶瓷粉613份， 硫磺8份与碳纤维10份组成的复合材料。在开炼机上将丁腈橡胶塑炼，加入P-4压电陶瓷粉、碳纤维、防老剂 4010NA、偶联剂Si69、促进剂D、硫磺，控制辊温控制在50-60°C，混炼均 匀，制得样片。将样片在平板硫化机上硫化，得到坯料。7在复合材料坯料两面加铝片做为电极，在高温油浴极化装置里进行极化制得复合材料，极化条件温度为8(TC，电场强度为3 10kv/mm，时间为 25min。实施例4: 丁腈橡胶100份，0.5-10微米粒径的P-5H压电陶瓷粉920 份，硫磺5份与碳纤维10份组成的复合材料。在开炼机上将丁腈橡胶塑炼，加入P-5H压电陶瓷粉、碳纤维、防老剂 4010NA、偶联剂Si69、促进剂D、硫磺，控制辊温控制在50-60°C ，混炼均 匀，制得样片。将样片在平板硫化机上硫化，得到坯料。在复合材料坯料两面加铝片做为电极，在高温油浴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种橡胶压电陶瓷阻尼减振材料，其组成和质量份数为：　丁腈橡胶　１００份　压电陶瓷　１００－１５００份　碳纤维　１－２０份　硫磺　２－１０份　偶联剂　８份　促进剂　２份　防老剂　２份。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘力，蒋小强，曹建莉，刘彦东，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]