[发明专利]一种苯基硅橡胶海绵阻尼材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种苯基硅橡胶海绵阻尼材料及其制备方法，其原料按照重量分数计包括：苯基硅橡胶100份，白炭黑30～60份，硫化剂0.5～2份，发泡剂H 1～15份，发泡助剂0.5～10份。采用化学发泡工艺在苯基硅橡胶基体中引入泡孔结构的方法，制备了具有宽温域阻尼特性的苯基硅橡胶阻尼材料。本方法制备的苯基硅橡胶海绵泡孔细密，均匀性好，具有宽温域阻尼特性，适用于制备阻尼减震、隔热、绝缘部件,在航空航天、交通运输、仪表、日常生活等领域使用。

技术领域

本发明涉及高分子材料加工技术领域，具体涉及一种苯基硅橡胶海绵阻尼材料及其制备方法。

背景技术

阻尼的物理意义是力的衰减,或物体在运动中的能量耗散。当物体受到外力作用而振动时,会产生一种使外力衰减的反力,称为阻尼力或减震力。它和作用力的比被称为阻尼系数。通常阻尼力的方向总是和运动的速度方向相反。因此,材料的阻尼系数越大,意味着其减震效果或阻尼效果越好。橡胶是一种很理想的阻尼材料,这是因为橡胶是大分子材料,分子体积庞大,在外力作用下导致剧烈的内摩擦,产生了反作用力。这种力在抗拒外来振动的过程中,一方面削弱了振动的幅度,另一方面又从机械能转化为热能,实现了能量转换。以橡胶为主体的材料可以制成各种减震制品,如机器、发动机、车辆、舰船、飞机上的减震件等。减震橡胶也广泛应用于交通工具,如机车、汽车上配套的减震部件,铁轨减震垫、桥梁支座等。目前粘弹性阻尼材料及其制品设计技术已广泛应用于各种火箭、导弹、卫星、军用及民用飞机、舰船和车辆上的仪器仪表、导航设备和电子系统等的振动控制及噪声控制[1](赵云峰，宇航材料工艺，2009，No.5，pp.1-6)，已成为航空航天工程中必不可少的关键技术之一。

理想的阻尼材料要求在宽温域范围内具有高阻尼因子，使其有更好的环境适应性，适用于更多行业。橡胶弹性体阻尼材料的缺点在于单一橡胶品种的玻璃化转变区温度范围一般都较窄，只有20～40℃，且都集中在室温以下，因此阻尼功能区温度范围窄且使用温度偏低，室温以上的阻尼性能不佳，难以满足实际工程应用的需要。

硅橡胶特殊的主链结构使其具有优异的耐高低温性能，同时在较宽的温度范围内(-50℃～200℃)力学性能以及阻尼性能稳定。这种性能的稳定性使硅橡胶区别于一般的粘弹性材料，成为航空航天、精密仪器等领域阻尼材料的首选。但是硅橡胶在-50℃～150℃范围内其损耗因子tanδ较低，约0.05～0.1，不能满足实际使用要求[2](黄艳华，石扬，薛磊等，航空材料学报，2016，Vol.36，No.3，pp.79-91)。

目前可以通过嵌段共聚改变侧链基团，与其它有机聚合物共混或互穿聚合物网络，以及添加阻尼添加剂等方式可进一步提高硅橡胶的阻尼。这些方法可以不同程度提高硅橡胶的阻尼性能，但都有各自的不足。通过嵌段共聚改变侧链基团与互穿网络提升硅橡胶阻尼性能方法尚处于实验室研究阶段，目前难以工业化生产。通过与高阻尼聚合物共混是提高硅橡胶阻尼的便捷方法，但是会改变材料的组成，降低硅橡胶的耐高低温等特性。添加小分子阻尼剂方法也会改变材料组成，而且使用过程中发生小分子迁移而影响阻尼材料性能的稳定性。

通过引入泡孔结构来提高硅橡胶基体的阻尼性能是制备硅橡胶阻尼材料的新技术途径。目前乙烯基硅橡胶发泡的方法有两类。一类是化学发泡的方法，通常是利用化学发泡剂热降解释放出来的气体形成气泡。这种发泡方法适用于制作闭孔结构的泡沫材料。由于在加工过程中，硫化与发泡两个化学过程同时进行，硫化过程和发泡过程的匹配是制备泡孔结构和性能优良的海绵材料的关键。但是，常用的过氧化物硫化剂和发泡剂对温度均非常敏感，温度每升高10℃，硫化速度和发泡剂分解速度均成倍增加，此外，过氧化物硫化剂易受发泡剂分解残留物的影响而降低过氧化物的交联效率，为了调节过氧化物的交联速度，常常需要加反复进行配方和工艺研究，以达到交联速度和发泡速度的匹配，因此，这种方法的实施与控制难度较大。另一类发泡方法是溶析成孔法：采用惰性粒状成孔剂与硅橡胶混合后，经过溶析等方法去除惰性成孔剂而成孔，得到开孔结构的硅橡胶海绵材料。但是，这种发泡方法效率较低、能耗高，需要消耗大量的惰性成孔剂，另外，大量颗粒成孔剂在橡胶基体中不仅难以分散均匀，而且影响橡胶的加工工艺性能。