一种阻尼材料及其制备方法
技术领域
本申请涉及阻尼材料技术领域，尤其涉及一种阻尼材料及其制备方法。
背景技术
振动和噪声是当今世界主要污染源之一，基于粘弹性阻尼材料发展起来的阻尼减振降噪技术是环保科学的重要学科和领域，传统的阻尼橡胶材料已广泛应用于无线通信、航空航天、轨道交通、家用电器等诸多领域。
随着社会的进步，人们对阻尼材料的要求越来越高。现有的丁基阻尼材料还未见与阻燃材料配合，丁基阻尼材料普遍阻燃性能差，限制了其应用领域。
发明内容
本申请提供一种阻尼材料及其制备方法，在丁基阻尼材料中添加了阻燃体系，提高了阻尼材料的阻燃性能。
上述目标和其他目标将通过独立权利要求中的特征来达成。进一步的实现方式在从属权利要求、说明书和附图中体现。
本申请第一目的在于提供一种阻尼材料，包括胶料体系、硫化体系、阻燃体系、补强体系和助剂，所述胶料体系至少包括丁基橡胶，按照质量份数计，胶料体系的质量份数为30～66份，硫化体系的质量份数为4.4～10.9份，补强体系的质量份数为2～20份，助剂的质量份数为1.9～9份，阻燃体系的质量份数为25～50份。
可选的，所述阻燃体系包括磷系阻燃剂和/或氮系阻燃剂；
其中，磷系阻燃剂的磷含量在磷系阻燃剂中不低于20％；氮系阻燃剂的氮含量在氮系阻燃剂中不低于40％。
可选的，所述磷系阻燃剂包括聚磷酸铵阻燃剂，所述氮系阻燃剂包括三聚氰胺高氮阻燃剂；
其中，所述聚磷酸铵阻燃剂与所述三聚氰胺高氮阻燃剂质量之比为2:1。
可选的，所述胶料体系包括三元乙丙橡胶和热塑性弹性体；
所述丁基橡胶的质量份数为30～48份、三元乙丙橡胶的质量份数为0～9份，热塑性弹性体的质量份数为0～9份。
可选的，所述的丁基橡胶的门尼粘度ML1+8(125℃)为46～56；
所述三元乙丙橡胶的门尼粘度ML1+4(100℃)为20～50。
可选的，所述热塑性弹性体为苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物。
可选的，所述硫化体系包括对-特辛基酚醛树脂和氧化锌；
所述对-特辛基酚醛树脂的质量份数为4～10份，所述氧化锌的质量份数为0.4～0.9份。
可选的，所述助剂包括癸二酸二异辛酯、硬脂酸和防老剂；
所述癸二酸二异辛酯的质量份数为1.5～8份，所述硬脂酸的质量份数为0～0.5份，所述防老剂的质量份数为0.4～0.5份；
其中，所述防老剂为防老剂RD或防老剂SP-L。
可选的，所述补强体系为热裂解炭黑N990或热裂解炭黑N991。
本申请第二目的在于提供上述阻尼材料的制备方法，包含以下步骤：
对补强体系进行干燥处理；
将硫化体系制成不大于10mm的颗粒；
在90℃～100℃的环境下，依次将胶料体系、硫化体系、助剂在开炼机中进行配炼，得到母胶；
在50℃～60℃的环境下，依次在母胶中加入所述补强体系和阻燃体系进行混炼；
将混炼好的胶料在室温下停放12h后在开炼机上进行返炼出片，将胶料滚压至表面平整。
本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：
本申请在丁基阻尼材料中添加了阻燃体系，提高了阻尼材料的阻燃性能，同时因为本申请中阻燃体系的增加量少，不影响到阻尼材料的强度，可保证阻尼材料的强度大于5MPa，从而拓展了阻尼材料的应用领域。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍；此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本申请实施例提供过的阻尼材料制备工艺流程图；
图2为本申请实施例提供过的阻尼材料在高低温下的动态力学性能图；
图3为本申请实施例二中阻尼材料在高低温下的动态力学性能图；
图4为本申请实施例三中阻尼材料在高低温下的动态力学性能图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
现有的丁基阻尼材料阻尼性能优异，但是其综合性能不够好，尤其是其阻燃性能差，限制了其应用领域。
有鉴于此，本申请实施例提供一种阻尼材料，能够解决上述技术问题。
本申请提供一种阻尼材料，包括胶料体系、硫化体系、阻燃体系、补强体系和助剂，所述胶料体系至少包括丁基橡胶，按照质量份数计，胶料体系的质量份数为30～66份，硫化体系的质量份数为4.4～10.9份，补强体系的质量份数为2～20份，助剂的质量份数为1.9～9份，阻燃体系的质量份数为25～50份。
本申请实施例中，在丁基阻尼材料中添加了阻燃体系，提高了阻尼材料的阻燃性能，同时因为本申请中阻燃体系的增加量少，不影响到阻尼材料的强度，可保证阻尼材料的强度大于5MPa，拓展了其应用领域。
在一种可能的实施方案中，所述阻燃体系包括磷系阻燃剂和/或氮系阻燃剂，其中，
磷系阻燃剂的磷含量在磷系阻燃剂中不低于20％；氮系阻燃剂的氮含量在氮系阻燃剂中不低于40％。
现有的橡胶材料阻燃一般都大量添加卤素阻燃剂和三氧化二锑配合使用，不符合未来环保发展方向。本申请实施例中，采用高磷阻燃剂(聚磷酸铵阻燃剂，磷含量不低于20％)和高氮阻燃剂(三聚氰胺高氮阻燃剂，氮含量不低于40％)配合使用，利于环保，值得推广。
在一种可能的实施方案中，所述磷系阻燃剂包括聚磷酸铵阻燃剂，所述氮系阻燃剂包括三聚氰胺高氮阻燃剂；其中，聚磷酸铵阻燃剂与所述三聚氰胺高氮阻燃剂质量之比为2:1。
在该实施方案中，当聚磷酸铵阻燃剂与所述三聚氰胺高氮阻燃剂质量之比大于或小于2:1时，虽然有一定的阻燃效果，但是阻燃效果并不突出。当聚磷酸铵阻燃剂与所述三聚氰胺高氮阻燃剂质量之比为2:1时，可充分发挥氮-磷协同效应，阻尼材料的阻燃效果明显，阻燃级别可达到V-0级，显著地提高了阻燃性能。
在一种可能的实施方案中，胶料体系还包括三元乙丙橡胶和热塑性弹性体。其中，
所述丁基橡胶的质量份数为30～48份、三元乙丙橡胶的质量份数为0～9份，热塑性弹性体的质量份数为0～9份。
用作阻尼材料的丁基橡胶主要包括：卤化丁基橡胶(含有卤素)和丁基橡胶，本申请实施例使用的是无污型丁基橡胶，即丁基胶301或丁基胶1751，从而提高了环保性能。
本申请中，阻尼材料以丁基橡胶为主体材料还辅以三元乙丙橡胶、热塑性弹性体调节，使的阻尼材料配方的流动性好，增强其可加工性。另外，三元乙丙橡胶可改善材料的弹性，而热塑性弹性体可使材料的阻尼峰值向高温(0～20℃)移动，使材料在宽温域内具有较好的阻尼性能。
本申请中所述丁基橡胶的门尼粘度ML1+8(125℃)为46～56，所述三元乙丙橡胶的门尼粘度ML1+4(100℃)为20～50。上述质量份数设计以丁基橡胶为主体，配备少量的三元乙丙橡胶和热塑性弹性体，且通过选用适宜的三元乙丙橡胶和热塑性弹性体的粘度，实现调节出流动性好的配方，提高了加工性能。
在一种可能的实施方案中，热塑性弹性体可以选用苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物(SIS)。该苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物(SIS)因中间嵌段聚异戊二烯结构上具有甲基侧链，与其他材料相比，具有更好的粘结力和相容性，有利于优化阻尼材料的物理性能。
在一种可能的实施方案中，所述硫化体系包括对-特辛基酚醛树脂和氧化锌。
用作阻尼材料的硫化树脂现有一般都为溴化对-特辛基酚醛树脂，溴含量超高，本申请实施例中，则采用了无溴的对-特辛基酚醛树脂，有利于环保。另外，采用对-特辛基酚醛树脂与氧化锌配合使用作为硫化体系，其在丁基橡胶、三元乙丙橡胶和热塑性弹性体共混体系中分散良好，硫化时间短，制品力学性能优越且材料在0℃～65℃范围内阻尼系数大于0.35。传统丁基橡胶阻尼材料硫化剂采用溴化对-特辛基酚醛树脂或者硫磺，含卤素或者硫含且生产效率低。本申请实施例将对-特辛基酚醛树脂和氧化锌配合使用，硫化曲线表明：提高硫化温度(180℃以上)也不会发生焦烧现象。故通过提高硫化温度来缩短硫化时间，最短5min即可完成硫化，大大提高了生产效率。
其中，所述对-特辛基酚醛树脂的质量份数为4～10份，所述氧化锌的质量份数为0.4～0.9份。
该实施方案中，硫化体系以对-特辛基酚醛树脂为主，配以少量氧化锌，氧化锌活化了硫化体系，提高了交联密度，能够加快硫化速度，提高硫化胶的导热性能使得硫化更加彻底，氧化钙同时还具有提高阻尼材料耐老化性能的效果。在上述质量份数范围内，硫化体系可快随完成硫化，锁定硫化时间，显著地提高了生产效率。
在一种可能的实施方案中，所述助剂包括癸二酸二异辛酯、硬脂酸和防老剂。
阻尼材料的阻尼性能除了受胶料体系和硫化体系的影响外，通过添加助剂也能改良阻尼性能。具体的，所述癸二酸二异辛酯的质量份数为1.5～8份，所述硬脂酸的质量份数为0～0.5份，所述防老剂的质量份数为0.4～0.5份。其中，所述防老剂为防老剂RD或防老剂SP-L。
在一种可能的实施方案中，所述补强体系为热裂解炭黑N990或热裂解炭黑N991。
现有大量使用的炉法炭黑，如N330，N550等，硫含量高，不满足要求，本申请实施例中，我们采用热裂解炭黑N990或N991，提升了阻尼材料的环保性能。
本申请实施例提供的阻尼材料具有良好的力学性能，其拉断强度≥5MPa。
本申请同时还提供该阻尼材料的制备方法，包括：
对补强体系进行干燥处理；
将硫化体系制成不大于10mm的颗粒；
在90℃～100℃的环境下，依次将胶料体系、硫化体系、助剂在开炼机中进行配炼，得到母胶；
在50℃～60℃的环境下，依次在母胶中加入所述补强体系和阻燃体系进行混炼；
将混炼好的胶料在室温下停放12h后在开炼机上进行返炼出片，将胶料滚压至表面平整。
具体的，参见图1所示为本发明阻尼材料制备工艺流程图。
原材料处理：将炭黑置于烘箱中进行干燥处理，干燥温度为100℃～120℃，干燥时间为4h±10min；在通风橱中将片状对-特辛基酚醛树脂捣碎过筛，要求树脂颗粒直径不大于10mm。
配料：按配方进行配料，配料时使用天平准确称量各种原材料；
共混炼胶:先在18寸高温开炼机上依次加入已完成配料的丁基橡胶、三元乙丙橡胶、热塑性弹性体、对-特辛基酚醛树脂、氧化锌、癸二酸二异辛酯、硬脂酸、防老剂进行配炼，得到母胶，配炼时辊筒温度为90℃～100℃，不允许超过110℃。然后在18寸开炼机上依次在母胶中加入炭黑和聚磷酸铵阻燃剂、三聚氰胺高氮阻燃剂进行混炼，辊筒温度为50℃～60℃，不允许超过70℃。
返炼出片：经混炼好的胶料在室温下必须停放12h后方可返炼出片。返炼在18寸开炼机上进行，辊筒温度为30℃～50℃，辊距2mm～5mm,割胶打卷过辊8～10次，滚压到胶料表面平整为止。
检验：按照阻尼胶料相应性能要求进行检验。试样包括2mm厚试片和Ф10mm×15mm小豆。2mm厚试片的硫化温度为165±5℃，硫化压力10±2MPa,硫化时间35min，放气次数为1～2次；Ф10mm×15mm小豆的硫化温度为165±5℃，硫化压力10±2MPa,硫化时间60min，放气次数为1～2次。
包装：胶料使用干净的塑料袋包装，做好状态标识。胶料的贮存温度为-10℃～+35℃。胶料不得与有腐蚀性、挥发性的化学药品及易燃物品存放在一起，不得受阳光直接照射。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
本实施例一提供一种阻尼材料。
成分配比：
按照质量份数计，丁基橡胶的质量份数为45.7份，三元乙丙橡胶的质量份数为0份，热塑性弹性体的质量份数为0份，对-特辛基酚醛树脂的质量份数为6.8份，氧化锌的质量份数为0.9，癸二酸二异辛酯的质量份数为2.3份，炭黑N990的质量份数为6.8份，硬脂酸的质量份数为0.5份，防老剂D的质量份数为0.5份，聚磷酸铵阻燃剂的质量份数为22.8份，三聚氰胺高氮阻燃剂的质量份数为13.7份。
制备过程：在18寸高温开炼机上依次加入已完成配料的丁基橡胶、三元乙丙橡胶、热塑性弹性、对-特辛基酚醛树脂、氧化锌、癸二酸二异辛酯、硬脂酸、防老剂RD进行配炼，得到母胶。配炼时辊筒温度为95℃。然后在18寸开炼机上依次在母胶中加入干燥处理后的炭黑N990和聚磷酸铵阻燃剂、三聚氰胺高氮阻燃剂进行混炼，辊筒温度为55℃。混炼好的胶料在室温下停放12h后返炼出片。返炼在18寸开炼机上进行，辊筒温度为40℃，辊距3mm,割胶打卷过辊8～10次，滚压到胶料表面平整为止。按照阻尼胶料相应性能要求进行检验并包装。
性能测试：阻尼材料硬度为邵氏51度，扯断强度为6.1MPa，拉断伸长率为753％，在-10℃～+65℃范围内，阻尼系数大于0.35，最大阻尼系数为1.2；材料中镉、铅、汞、六价铬、多溴联苯(PBBs)、多溴二苯醚(PBDEs)、邻苯二甲酸酯的测试结果均符合欧盟RoHS指令的限值要求；阻尼材料硫含量为120mg/kg；阻尼材料中氯含量为306mg/kg,溴含量为0，符合IEC61249-2-21无卤标准要求；该材料按REACH法规对168种高关注物质(SVHC)进行筛分测试，样品中测试的高关注物质浓度都≤0.1％，符合REACH规定；该材料2mm试片按UL-94标准进行水平燃烧法测试，阻燃等级为HB级。
该阻尼材料已在某5G设备上应用，取得了良好的效果。图2为本申请实施例一的阻尼材料在高低温下的动态力学性能图。
实施例二
本实施例一提供一种阻尼材料。
成分配比：
按照质量份数计，丁基橡胶的质量份数为30.3份，三元乙丙橡胶的质量份数为7.6份，热塑性弹性体的质量份数为0份，对-特辛基酚醛树脂的质量份数为9.4份，氧化锌的质量份数为0.8，癸二酸二异辛酯的质量份数为1.9份，炭黑N991的质量份数为18.9份，硬脂酸的质量份数为0.4份，防老剂RD的质量份数为0.4份，聚磷酸铵阻燃剂的质量份数为18.9份，三聚氰胺高氮阻燃剂的质量份数为11.4份。
制备过程：
在18寸高温开炼机上依次加入已完成配料的丁基橡胶、三元乙丙橡胶、对-特辛基酚醛树脂、氧化锌、癸二酸二异辛酯、硬脂酸、防老剂RD进行配炼，得到母胶，配炼时辊筒温度为95℃。然后在18寸开炼机上依次在母胶中加入干燥处理后的炭黑N991和聚磷酸铵阻燃剂、三聚氰胺高氮阻燃剂进行混炼，辊筒温度为55℃。
混炼好的胶料在室温下停放12h后返炼出片。返炼在18寸开炼机上进行，辊筒温度为40℃，辊距3mm,割胶打卷过辊8～10次，滚压到胶料表面平整为止。按照阻尼胶料相应性能要求进行检验并包装。
性能测试：
阻尼材料硬度为邵氏60度，扯断强度为8.2MPa，拉断伸长率为668％，在-10℃～+65℃范围内，阻尼系数大于0.4，最大阻尼系数为0.71；材料中镉、铅、汞、六价铬、多溴联苯(PBBs)、多溴二苯醚(PBDEs)、邻苯二甲酸酯的测试结果均符合欧盟RoHS指令的限值要求；阻尼材料硫含量为107mg/kg；阻尼材料中氯含量为358mg/kg,溴含量为0，符合IEC61249-2-21无卤标准要求；该材料按REACH法规对168种高关注物质(SVHC)进行筛分测试，样品中测试的高关注物质浓度都≤0.1％，符合REACH规定；该材料2mm试片按UL-94标准进行垂直燃烧法测试，阻燃等级为V-1级。
该阻尼材料已在某通信天线罩上得到应用。图3为本申请实施例二中的阻尼材料在高低温下的动态力学性能图。
实施例三
本实施例一提供一种阻尼材料。
成分配比：
按照质量份数计，丁基橡胶的质量份数为34.3份，三元乙丙橡胶的质量份数为4.3份，热塑性弹性体的质量份数为4.3份，对-特辛基酚醛树脂的质量份数为4.3份，氧化锌的质量份数为0.4，癸二酸二异辛酯的质量份数为6.4份，炭黑N991的质量份数为2.2份，硬脂酸的质量份数为0.4份，防老剂RD的质量份数为0.4份，聚磷酸铵阻燃剂的质量份数为25.8份，三聚氰胺高氮阻燃剂的质量份数为17.2份。
制备过程：
在18寸高温开炼机上依次加入已完成配料的丁基橡胶、三元乙丙橡胶、热塑性弹性体SIS、对-特辛基酚醛树脂、氧化锌、癸二酸二异辛酯、硬脂酸、防老剂RD进行配炼，得到母胶，配炼时辊筒温度为95℃。然后在18寸开炼机上依次在母胶中加入干燥处理后的炭黑N990和聚磷酸铵阻燃剂、三聚氰胺高氮阻燃剂进行混炼，辊筒温度为55℃。混炼好的胶料在室温下停放12h后返炼出片。返炼在18寸开炼机上进行，辊筒温度为40℃，辊距3mm,割胶打卷过辊8～10次，滚压到胶料表面平整为止。按照阻尼胶料相应性能要求进行检验并包装。
性能测试：
阻尼材料硬度为邵氏45度，扯断强度为5.5MPa，拉断伸长率为772％，在-10℃～+65℃范围内，阻尼系数大于0.37，最大阻尼系数为1.19；材料中镉、铅、汞、六价铬、多溴联苯(PBBs)、多溴二苯醚(PBDEs)、邻苯二甲酸酯的测试结果均符合欧盟RoHS指令的限值要求；阻尼材料硫含量为57mg/kg；阻尼材料中氯含量为227mg/kg，溴含量为0，符合IEC61249-2-21无卤标准要求；该材料按REACH法规对168种高关注物质(SVHC)进行筛分测试，样品中测试的高关注物质浓度都≤0.1％，符合REACH规定；该材料3mm试片按UL-94标准进行垂直燃烧法测试，阻燃等级为V-0级。
该阻尼材料已在某无人机云台上得到应用。图4为本申请实施例三中阻尼材料在高低温下的动态力学性能图。
综上所述，本申请提供的阻尼材料在宽温域内拥有良好的力学性能和阻尼性能，在0℃～65℃范围内，阻尼系数大于0.35；本申请提供的阻尼材料同时环保性能优异，硫含量和卤素含量低，硫含量低于200mg/kg，符合RoHS指令要求，符合REACH法规规定，符合IEC61249-2-21无卤标准，阻燃性能最优可达到UL-94标准V-0等级。除已有应用外，该本申请的阻燃材料还可推广应用于无线电通讯、航空航天、轨道交通等领域，对各类电子设备进行有效的振动和噪声控制。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
