專利名稱：通過添加釹鐵硼磁粉提高橡膠阻尼性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過添加釹鐵硼磁粉提高橡膠阻尼性能的方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科技和現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，機械設(shè)備趨于高速化和自動化，因此就不可避免的產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量，加速機械結(jié)構(gòu)的疲勞損壞，縮短機械的使用壽命，污染環(huán)境，危害人們的身體健康。因此，減振降噪，改善人機工作環(huán)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(fā)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(chǎn)生相對運動，將機械能轉(zhuǎn)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(guān)的松弛過程，橡膠隨著溫度的升高呈現(xiàn)玻璃態(tài)、玻璃化轉(zhuǎn)變和高彈態(tài)。當(dāng)橡膠處于玻璃態(tài)時大分子鏈段被凍結(jié)，機械能不能轉(zhuǎn)化為熱能散逸，只能作為位能儲存，橡膠的阻尼系數(shù)(tanS)很小，減·震效果差；處于高彈態(tài)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(dāng)橡膠處于兩態(tài)之間的轉(zhuǎn)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(xiàn)象嚴重，出現(xiàn)(tan δ )_，使得材料在這一區(qū)域內(nèi)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(zhuǎn)變溫度和(tan δ )_。常用的阻尼橡膠根據(jù)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(yōu)異，耐寒及耐臭氧性較差；丁苯橡膠耐磨性能優(yōu)異，彈性低、力學(xué)性能差；硅橡膠耐高溫和耐低溫性能優(yōu)異，耐油性差，價格昂貴；天然橡膠綜合性能優(yōu)異、價格低廉，耐老化性差。單種橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)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(qū)間內(nèi)較為優(yōu)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(zhuǎn)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(tanS )max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(jié)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(dāng)橡膠與塑料、纖維共混時，工藝復(fù)雜，成本較高。將永磁磁粉與橡膠材料進行復(fù)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(fù)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(dāng)橡膠形變時，橡膠分子之間相互摩擦使機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，同時由于形變導(dǎo)致的總磁化強度發(fā)生變化，材料內(nèi)部將產(chǎn)生宏觀渦流，從而使部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。磁阻尼的量完全由磁粉量提供。磁粉的添加會導(dǎo)致橡膠相對密度的減小，從而降低機械阻尼。只有當(dāng)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。
釹鐵硼作為第三代稀土永磁材料，以其高磁能積、高性能價格比等優(yōu)異特性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天、電子通訊、機電、計算技術(shù)、自動化技術(shù)、磁醫(yī)療技術(shù)等領(lǐng)域。釹鐵硼主要由稀土元素NcUFe和B組成，磁體內(nèi)主要含有提供磁性能的主相Nd2Fe14B、沿著主相晶界分布的富Nd相和分布在晶界的富B相。純?nèi)拟S鐵硼永磁材料的內(nèi)稟矯頑力低、居里溫度低，影響了其應(yīng)用。此外，由于處在晶界的富Nd相化學(xué)點位比主相低很多，磁體容易產(chǎn)生原電池腐蝕而發(fā)生瓦解。提高釹鐵硼永磁材料的矯頑力通?？梢酝ㄟ^添加合金元素、改進加工工藝實現(xiàn)。添加合金元素分為1替代型。用稀土元素Pr、Dy、Tb等替代Nd，提高主相的內(nèi)稟性能。2摻雜型。添加M1 (Cu、Al、Ga、Sn、Ge、Zn等)在主相晶粒內(nèi)部形成新相分離磁性相晶粒，或添加M2 (No, Mo、V，W，Zr、Ti等)在晶界處抑制軟磁相的形成，從而提高矯頑力。合金元素的添加還可改善晶界相的電化學(xué)性能，從而提高磁體的腐蝕性能。另外，用Ni、Co等元素替代Fe可提高磁體的居里溫度。釹鐵硼材料的磁性能高，密度大，與其他磁粉制備的磁性橡膠相比,在產(chǎn)生相同磁阻尼的情況下，所添加的磁粉最少，橡膠相對含量最高，機械阻尼大。因此，釹鐵硼磁性橡膠 具有優(yōu)異的阻尼性能。釹鐵硼材料的矯頑力低，導(dǎo)致釹鐵硼磁性橡膠不適合在較高溫度中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供通過添加釹鐵硼磁粉提高橡膠阻尼性能的方法。通過添加釹鐵硼磁粉提高橡膠阻尼性能的方法的步驟如下
1)在混煉設(shè)備上對100質(zhì)量份橡膠進行塑煉，再依次添加I 50質(zhì)量份補強劑、20 120質(zhì)量份釹鐵硼磁粉、O. I 5質(zhì)量份硫磺、O. I 5質(zhì)量份氧化鋅、O. I 5質(zhì)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，得到高阻尼釹鐵硼磁性橡膠。所述的步驟I)加入增塑劑、防老劑、偶聯(lián)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(lián)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。所述的釹鐵硼磁粉為各向同性或各向異性的快淬或注塑釹鐵硼磁粉中的一種或任意組合。所述的釹鐵硼磁粉粒徑為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(shè)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(fā)明的優(yōu)點是有效結(jié)合了機械阻尼與磁阻尼，使磁性橡膠在發(fā)生形變時，除了橡膠分子之間的摩擦產(chǎn)生機械阻尼之外，材料的磁化強度發(fā)生變化，產(chǎn)生渦流，從而增加額外的能量轉(zhuǎn)化。與橡膠相比，磁性橡膠的最大阻尼系數(shù)最高可以提高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中高阻尼釹鐵硼磁性橡膠的阻尼系數(shù)隨溫度的變化曲線；
圖2是實施例2中高阻尼釹鐵硼磁性橡膠的阻尼系數(shù)隨溫度的變化曲線；
圖3是實施例3中高阻尼釹鐵硼磁性橡膠的阻尼系數(shù)隨溫度的變化曲線；
圖4是實施例4中高阻尼釹鐵硼磁性橡膠的阻尼系數(shù)隨溫度的變化曲線；
圖5是實施例5中高阻尼釹鐵硼磁性橡膠的阻尼系數(shù)隨溫度的變化曲線； 圖6是實施例6中高阻尼釹鐵硼磁性橡膠的阻尼系數(shù)隨溫度的變化曲線。
具體實施例方式通過添加釹鐵硼磁粉提高橡膠阻尼性能的方法的步驟如下
1)在混煉設(shè)備上對100質(zhì)量份橡膠進行塑煉，再依次添加I 50質(zhì)量份補強劑、20 120質(zhì)量份釹鐵硼磁粉、O. I 5質(zhì)量份硫磺、O. I 5質(zhì)量份氧化鋅、O. I 5質(zhì)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，得到高阻尼釹鐵硼磁性橡膠。所述的步驟I)加入增塑劑、防老劑、偶聯(lián)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(lián)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。所述的釹鐵硼磁粉為各向同性或各向異性的快淬或注塑釹鐵硼磁粉中的一種或任意組合。所述的釹鐵硼磁粉粒徑為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(shè)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(zhì)量份丁基橡膠進行塑煉，再依次添加50質(zhì)量份炭黑補強劑、20質(zhì)量份粒徑為100微米的各向同性快淬釹鐵硼磁粉、2質(zhì)量份硫磺、5質(zhì)量份氧化鋅、I. 5質(zhì)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，得到高阻尼釹鐵硼磁性橡膠。結(jié)果如圖I所示，與普通丁基橡膠相比，添加20質(zhì)量份磁粉的釹鐵硼磁性橡膠在50下的最大阻尼系數(shù)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(zhì)量份丁腈橡膠進行塑煉，再依次添加35質(zhì)量份炭黑補強劑、60質(zhì)量份粒徑為I微米的各向異性快淬釹鐵硼磁粉、I. 5質(zhì)量份硫磺、5質(zhì)量份氧化鋅、I質(zhì)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，得到高阻尼釹鐵硼磁性橡膠。與普通丁基橡膠相比，添加60質(zhì)量份磁粉的釹鐵硼磁性橡膠在50下的最大阻尼系數(shù)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(zhì)量份硅橡膠進行塑煉，再依次添加50質(zhì)量份白炭黑補強劑、120質(zhì)量份粒徑為70微米的各項同性注塑釹鐵硼磁粉、O. 8質(zhì)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，得到高阻尼釹鐵硼磁性橡膠。與普通硅橡膠相比，添加120質(zhì)量份磁粉的釹鐵硼磁性橡膠在50下的最大阻尼系數(shù)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(zhì)量份天然橡膠進行塑煉，再依次添加50質(zhì)量份炭黑補強劑、60質(zhì)量份粒徑為30微米的各向同性注塑釹鐵硼磁粉、5質(zhì)量份硫磺、5質(zhì)量份氧化鋅、I. 5質(zhì)量份硬脂酸、I質(zhì)量份DM促進劑、20質(zhì)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，得到高阻尼釹鐵硼磁性橡膠。與普通天然橡膠相比，添加60質(zhì)量份磁粉的釹鐵硼磁性橡膠在50下的最大阻尼系數(shù)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(zhì)量份聚氨酯橡膠進行塑煉，再依次添加50質(zhì)量份碳酸鈣補強劑、60質(zhì)量份粒徑為30微米的各向同性注塑釹鐵硼磁粉、5質(zhì)量份氧化鋅、I. 5質(zhì)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，得到高阻尼釹鐵硼磁性橡膠。與普通聚氨酯橡膠相比，添加60質(zhì)量份磁粉的釹鐵硼磁性橡膠在50下的最大阻尼系數(shù)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(zhì)量份氯丁橡膠和40質(zhì)量份丁苯橡膠進行塑煉,再依次添加50質(zhì)量份炭黑補強劑、60質(zhì)量份粒徑為50微米的各向同性注塑釹鐵硼磁粉、3質(zhì)量份硫磺、5質(zhì)量份氧化鋅、I. 5質(zhì)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，得到高阻尼釹鐵硼磁性橡膠。與普通聚氨酯橡膠相比，添加60質(zhì)量份磁粉的釹鐵硼磁性橡膠在50下的最大阻尼系數(shù)從O. 65提高到O. 84，提高29%，阻尼性能顯著提高。
權(quán)利要求
1.一種通過添加釹鐵硼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(shè)備上對100質(zhì)量份橡膠進行塑煉，再依次添加I 50質(zhì)量份補強劑、20 120質(zhì)量份釹鐵硼磁粉、O. I 5質(zhì)量份硫磺、O. I 5質(zhì)量份氧化鋅、O. I 5質(zhì)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，得到高阻尼釹鐵硼磁性橡膠。
2.如權(quán)利要求I所述的一種通過添加釹鐵硼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(lián)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(lián)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(quán)利要求I所述的一種通過添加釹鐵硼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(quán)利要求I所述的一種通過添加釹鐵硼磁粉提高橡膠阻尼性能的方法，其特征在于所述的釹鐵硼磁粉為各向同性或各向異性的快淬或注塑釹鐵硼磁粉中的一種或任意組口 ο
5.如權(quán)利要求I所述的一種通過添加釹鐵硼磁粉提高橡膠阻尼性能的方法，其特征在于所述的釹鐵硼磁粉粒徑為I 100微米。
6.如權(quán)利要求I所述的一種通過添加釹鐵硼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(quán)利要求I所述的一種通過添加釹鐵硼磁粉提高橡膠阻尼性能的方法，其特征在于所述的混煉設(shè)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(fā)明公開了一種通過添加釹鐵硼磁粉提高橡膠阻尼性能的方法。它的步驟如下1)在混煉設(shè)備上對100質(zhì)量份橡膠進行塑煉，再依次添加1～50質(zhì)量份補強劑、20～120質(zhì)量份釹鐵硼磁粉、0.1～5質(zhì)量份硫磺、0.1～5質(zhì)量份氧化鋅、0.1～5質(zhì)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，得到高阻尼釹鐵硼磁性橡膠。本發(fā)明采用添加釹鐵硼磁粉技術(shù)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(nèi)最高可提高25%以上。
文檔編號C08L75/04GK102875909SQ20121041623
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者嚴密, 魏迪永, 趙宇航, 包大新 申請人:浙江大學(xué), 橫店集團東磁股份有限公司