專利名稱：通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法
技術領域：
本發明涉及一種通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法。
背景技術：
隨著現代科技和現代工業的快速發展，機械設備趨于高速化和自動化，因此就不可避免的產生振動、噪音，疲勞斷裂等一系列問題，從而影響機械的加工精度和產品質量，加速機械結構的疲勞損壞，縮短機械的使用壽命，污染環境，危害人們的身體健康。因此，減振降噪，改善人機工作環境是一個亟待解決的問題。橡膠材料以其高阻尼、低密度等特點，在減振降噪中發揮著重要作用。橡膠材料的阻尼行為是材料受外力作用時，大分子鏈段產生相對運動，將機械能轉化為熱能的過程，屬于機械阻尼。橡膠大分子鏈段運動是一個與溫度有關的松弛過程，橡 膠隨著溫度的升高呈現玻璃態、玻璃化轉變和高彈態。當橡膠處于玻璃態時大分子鏈段被凍結，機械能不能轉化為熱能散逸，只能作為位能儲存，橡膠的阻尼系數(tanS)很小，減震效果差；處于高彈態時大分子鏈段運動變得容易，松弛時間相對較短，不能儲存足夠的機械能；當橡膠處于兩態之間的轉變時，即玻璃化溫度(Tg)附近，大分子鏈段既能運動又不充分運動，故滯后現象嚴重，出現(tan δ )_，使得材料在這一區域內能夠吸收大量的振動能量，從而具有較好的減震效果。不同的橡膠具有不同的玻璃化轉變溫度和(tan δ )_。常用的阻尼橡膠根據阻尼性能可以分為三等，一等為丁基橡膠、丁腈橡膠，二等為丁苯橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠、聚氨酯橡膠、乙丙橡膠，三等為天然橡膠、順丁橡膠。此外，每種橡膠還具有各自的特性。如丁基橡膠具有良好的耐老化性和耐高溫性，耐油性差；丁腈橡膠耐油、耐油性能優異，耐寒及耐臭氧性較差；丁苯橡膠耐磨性能優異，彈性低、力學性能差；硅橡膠耐高溫和耐低溫性能優異，耐油性差，價格昂貴；天然橡膠綜合性能優異、價格低廉，耐老化性差。單種橡膠的玻璃化轉變溫域較窄，tan δ隨溫度變化的曲線的峰較窄，橡膠的阻尼性能只在較窄的一段溫度區間內較為優異。提高橡膠阻尼性能的主要方法是共聚物共混。將橡膠與另一種玻璃化轉變溫度不同的聚合物進行共混，可以顯著增加tan δ -T曲線峰的寬度，但(tan δ )_值下降。常用的聚合物可以是橡膠、塑料或者纖維。兩種或多種橡膠材料共混可以結合各種橡膠的特性，同時增加了有效阻尼的溫域范圍，但是(tan δ )max降低。當橡膠與塑料、纖維共混時，工藝復雜，成本較高。將永磁磁粉與橡膠材料進行復合，可顯著提高阻尼性能。在橡膠中添加一定尺寸的永磁磁粉，混煉均勻并硫化后進行取向充磁，制備出具有一定磁化強度的磁性橡膠復合材料，其有效阻尼溫域增加，(tan δ )_顯著提高。磁性橡膠的阻尼行為同時具有機械阻尼和磁阻尼。當橡膠形變時，橡膠分子之間相互摩擦使機械能轉化為內能，同時由于形變導致的總磁化強度發生變化，材料內部將產生宏觀渦流，從而使部分機械能轉化為內能。磁阻尼的量完全由磁粉量提供。磁粉的添加會導致橡膠相對密度的減小，從而降低機械阻尼。只有當磁粉添加量在一個合適的范圍時，磁阻尼與機械阻尼的有效疊加提高阻尼性能。
釤鈷永磁材料具有居里溫度高、溫度系數低、化學穩定性好等優點，在許多應用領域有著不可替代的作用。然而釤鈷合金中，鈷為戰略元素，釤也非常稀少，因此價格昂貴。釤鈷系列合金有許多相，而具有優異內稟磁性的主要為稀土元素與過渡族原子1:5型和2:17型的相。1:5型的SmCo5磁體的剩磁、矯頑力和飽和磁能積均比較優異。用Pr部分替代Sm得到的(SmPr) Co5磁體磁能積較高,成本較低。用Ce、麗等部分取代Sm,成本可進一步降低，但磁性能也稍有降低。而2:17型的Sm2Col7永磁具有較大的飽和磁化強度，良好的單軸磁晶各向異性(易c軸)。用Ce、麗等元素替代Sm可降低成本，但是磁性能下降，而用重稀土元素Dy、Ho、Gd等替代Sm可獲得較高的溫度系數，但成本上升。釤鈷合金磁體往往為兩相的混合物。如以1:5型為基、含有少量2:17相 的磁體(CeSm) (Co，Cu，Fe) z，z介于
5 6ο釤鈷磁粉的磁性能優異，磁粉密度大，且居里溫度高，溫度系數低。釤鈷磁性橡膠添加較少磁粉量即可獲得較大的磁阻尼，橡膠相對含量高，機械阻尼大，磁性橡膠的阻尼性能優異。且釤鈷磁粉的高的居里溫度和低的溫度系數使得釤鈷磁性橡膠可以在較高的溫度仍具有良好的磁阻尼。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法。通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法的步驟如下
1)在混煉設備上對100質量份橡膠進行塑煉，再依次添加I 50質量份補強劑、20 120質量份衫鈷磁粉、O. I 5質量份硫磺、O. I 5質量份氧化鋅、O. I 5質量份硬脂酸，混煉5 20分鐘，得到混合物；
2)將混合物放置在模具中，再對模具施加5 50Pa的壓力，在120 200°C下保溫5 30分鐘進行硫化，得到硫化膠；
3)將硫化膠放置在O.5 5T磁場下進行充磁I 60秒，得到高阻尼釤鈷磁性橡膠。所述的步驟I)加入增塑劑、防老劑、偶聯劑、促進劑，增塑劑為礦物油)，防老劑為己二酸類聚酯、苯酐聚，偶聯劑為硅烷，促進劑為苯胺、二硫化氨基甲酸鹽、次硫酰胺中的一種或任意組合。所述的橡膠為丁基橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠、聚氨酯橡膠、乙丙橡膠、天然橡膠或順丁橡膠中的一種或多種。所述的釤鈷磁粉為各向同性或各向異性的快淬或注塑釤鈷磁粉中的一種或任意組合。所述的釤鈷磁粉粒徑為I 100微米。所述的補強劑為炭黑、白炭黑、碳酸鈣的一種或任意組合。所述的混煉設備為攪拌機、高混機、螺桿混煉機、開煉機、壓延機或密煉機中的一種或幾種。本發明的優點是有效結合了機械阻尼與磁阻尼，使磁性橡膠在發生形變時，除了橡膠分子之間的摩擦產生機械阻尼之外，材料的磁化強度發生變化，產生渦流，從而增加額外的能量轉化。與橡膠相比，磁性橡膠的最大阻尼系數提高25%以上，有效阻尼溫域顯著增大，阻尼性能顯著提高。
圖I是實施例I中高阻尼釤鈷磁性橡膠的阻尼系數隨溫度的變化曲線；圖2是實施例2中高阻尼釤鈷磁性橡膠的阻尼系數隨溫度的變化曲線；
圖3是實施例3中高阻尼釤鈷磁性橡膠的阻尼系數隨溫度的變化曲線；
圖4是實施例4中高阻尼釤鈷磁性橡膠的阻尼系數隨溫度的變化曲線；
圖5是實施例5中高阻尼釤鈷磁性橡膠的阻尼系數隨溫度的變化曲線；
圖6是實施例6中高阻尼釤鈷磁性橡膠的阻尼系數隨溫度的變化曲線。
具體實施例方式通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法的步驟如下
1)在混煉設備上對100質量份橡膠進行塑煉，再依次添加I 50質量份補強劑、20 120質量份衫鈷磁粉、O. I 5質量份硫磺、O. I 5質量份氧化鋅、O. I 5質量份硬脂酸，混煉5 20分鐘，得到混合物；· 2)將混合物放置在模具中，再對模具施加5 50Pa的壓力，在120 200°C下保溫5
30分鐘進行硫化，得到硫化膠；
3)將硫化膠放置在O.5 5T磁場下進行充磁I 60秒，得到高阻尼釤鈷磁性橡膠。所述的步驟I)加入增塑劑、防老劑、偶聯劑、促進劑，增塑劑為礦物油)，防老劑為己二酸類聚酯、苯酐聚，偶聯劑為硅烷，促進劑為苯胺、二硫化氨基甲酸鹽、次硫酰胺中的一種或任意組合。所述的橡膠為丁基橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠、聚氨酯橡膠、乙丙橡膠、天然橡膠或順丁橡膠中的一種或多種。所述的釤鈷磁粉為各向同性或各向異性的快淬或注塑釤鈷磁粉中的一種或任意組合。所述的釤鈷磁粉粒徑為I 100微米。所述的補強劑為炭黑、白炭黑、碳酸鈣的一種或任意組合。所述的混煉設備為攪拌機、高混機、螺桿混煉機、開煉機、壓延機或密煉機中的一種或幾種。實施例I
1)在開煉機上對100質量份丁基橡膠進行塑煉，再依次添加50質量份炭黑補強劑、20質量份粒徑為100微米的各向同性快淬釤鈷磁粉、2質量份硫磺、5質量份氧化鋅、I. 5質量份硬脂酸，混煉5分鐘，得到混合物；
2)將混合物放置在模具中，再對模具施加5Pa的壓力，在120°C下保溫30分鐘進行硫化，得到硫化膠；
3)將硫化膠放置在5T磁場下進行充磁I秒，得到高阻尼釤鈷磁性橡膠。與普通丁基橡膠相比，添加20質量份磁粉的釤鈷磁性橡膠在50下的最大阻尼系數從O. 85提高到O. 98，提高15%，阻尼性能顯著提高。實施例2
1)在壓延機上對100質量份丁腈橡膠進行塑煉，再依次添加35質量份炭黑補強劑、120質量份粒徑為I微米的各向異性快淬釤鈷磁粉、I. 5質量份硫磺、5質量份氧化鋅、I質量份硬脂酸，混煉5分鐘，得到混合物；
2)將混合物放置在模具中，再對模具施加15Pa的壓力，在150°C下保溫10分鐘進行硫化，得到硫化膠；
3)將硫化膠放置在4T磁場下進行充磁5秒，得到高阻尼釤鈷磁性橡膠。與普通丁基橡膠相比，添加60質量份磁粉的釤鈷磁性橡膠在50下的最大阻尼系數從O. 84提高到I. 05，提高25%，阻尼性能顯著提高。
實施例3
1)在攪拌機上對100質量份硅橡膠進行塑煉，再依次添加50質量份白炭黑補強劑、60質量份粒徑為70微米的各項同性注塑釤鈷磁粉、O. 8質量份硫磺，混煉15分鐘，得到混合物；
2)將混合物放置在模具中，再對模具施加20Pa的壓力，在170°C下保溫20分鐘進行硫化，得到硫化膠；
3)將硫化膠放置在I.5T磁場下進行充磁10秒，得到高阻尼釤鈷磁性橡膠。與普通硅橡膠相比，添加120質量份磁粉的釤鈷磁性橡膠在50下的最大阻尼系數從O. 34提高到O. 40，提高18%，阻尼性能顯著提高。 實施例4 1)在高混機上對100質量份天然橡膠進行塑煉，再依次添加50質量份炭黑補強劑、60質量份粒徑為30微米的各向同性注塑釤鈷磁粉、5質量份硫磺、5質量份氧化鋅、I. 5質量份硬脂酸、I質量份DM促進劑、20質量份礦物油增塑劑，混煉20分鐘，得到混合物；
2)將混合物放置在模具中，再對模具施加50Pa的壓力，在160°C下保溫15分鐘進行硫化，得到硫化膠；
3)將硫化膠放置在O.5T磁場下進行充磁60秒，得到高阻尼釤鈷磁性橡膠。與普通天然橡膠相比，添加60質量份磁粉的釤鈷磁性橡膠在50下的最大阻尼系數從O. 55提高到O. 65，提高18%，阻尼性能顯著提高。實施例5
1)在螺桿混煉機上對100質量份聚氨酯橡膠進行塑煉，再依次添加50質量份碳酸鈣補強劑、60質量份粒徑為30微米的各向同性注塑釤鈷磁粉、5質量份氧化鋅、I. 5質量份硬脂酸，混煉20分鐘，得到混合物；
2)將混合物放置在模具中，再對模具施加50Pa的壓力，在140°C下保溫30分鐘進行硫化，得到硫化膠；
3)將硫化膠放置在O.5T磁場下進行充磁60秒，得到高阻尼釤鈷磁性橡膠。與普通聚氨酯橡膠相比，添加60質量份磁粉的釤鈷磁性橡膠在50下的最大阻尼系數從O. 80提高到I. 05，提高31%，阻尼性能顯著提高。實施例6
1)在密煉機上對60質量份氯丁橡膠和40質量份丁苯橡膠進行塑煉,再依次添加50質量份炭黑補強劑、60質量份粒徑為50微米的各向同性注塑釤鈷磁粉、3質量份硫磺、5質量份氧化鋅、I. 5質量份硬脂酸，混煉20分鐘，得到混合物；
2)將混合物放置在模具中，再對模具施加ISPa的壓力，在160°C下保溫15分鐘進行硫化，得到硫化膠；
3)將硫化膠放置在I.3T磁場下進行充磁10秒，得到高阻尼釤鈷磁性橡膠。與普通聚氨酯橡膠相比，添加60質量份磁粉的釤鈷磁性橡膠在50下的最大阻尼系數從O. 65提高到O. 84，提高29%，阻尼性能顯著提高。
權利要求
1.一種通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法，其特征在于它的步驟如下 1)在混煉設備上對100質量份橡膠進行塑煉，再依次添加I 50質量份補強劑、20 120質量份衫鈷磁粉、O. I 5質量份硫磺、O. I 5質量份氧化鋅、O. I 5質量份硬脂酸，混煉5 20分鐘，得到混合物； 2)將混合物放置在模具中，再對模具施加5 50Pa的壓力，在120 200°C下保溫5 30分鐘進行硫化，得到硫化膠； 3)將硫化膠放置在O.5 5T磁場下進行充磁I 60秒，得到高阻尼釤鈷磁性橡膠。
2.如權利要求I所述的一種通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法，其特征在于所述的步驟I)加入增塑劑、防老劑、偶聯劑、促進劑，增塑劑為礦物油)，防老劑為己二酸類聚酯、苯酐聚，偶聯劑為硅烷，促進劑為苯胺、二硫化氨基甲酸鹽、次硫酰胺中的一種或任意組合。
3.如權利要求I所述的一種通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法，其特征在于所述的橡膠為丁基橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠、聚氨酯橡膠、乙丙橡膠、天然橡膠或順丁橡膠中的一種或多種。
4.如權利要求I所述的一種通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法，其特征在于所述的衫鈷磁粉衫鈷合金磁粉為由稀土元素與過渡族元素呈1:5型的相、或呈2:17型的相、或兩相共同提供磁性，主要成分為Sm和Co，含部分其他稀土元素或副族元素的釤鈷合金磁粉中的一種或任意組合。
5.如權利要求I所述的一種通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法，其特征在于所述的釤鈷磁粉粒徑為I 100微米。
6.如權利要求I所述的一種通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法，其特征在于所述的補強劑為炭黑、白炭黑、碳酸鈣的一種或任意組合。
7.如權利要求I所述的一種通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法，其特征在于所述的混煉設備為攪拌機、高混機、螺桿混煉機、開煉機、壓延機或密煉機中的一種或幾種。
全文摘要
本發明公開了一種通過添加釤鈷磁粉提高橡膠阻尼性能的方法。它的步驟如下1)在混煉設備上對100質量份橡膠進行塑煉，再依次添加1～50質量份補強劑、20～120質量份釤鈷磁粉、0.1～5質量份硫磺、0.1～5質量份氧化鋅、0.1～5質量份硬脂酸，混煉5～20分鐘，得到混合物；2)將混合物放置在模具中，再對模具施加5～50Pa的壓力，在120～200℃下保溫5～30分鐘進行硫化，得到硫化膠；3)將硫化膠放置在0.5～5T磁場下進行充磁1～60秒，得到高阻尼釤鈷磁性橡膠。本發明采用添加釤鈷磁粉技術獲得的橡膠，其阻尼性能可以在較寬頻率范圍和較寬的溫域內最高可提高25%以上。
文檔編號C08L23/16GK102875910SQ201210416269
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者嚴密, 魏迪永, 范建江 申請人:浙江大學, 寧波埃爾斯通電氣有限公司