一種汽車用高散熱減震材料的製備方法與流程
2023-06-08 07:41:21 1
本發明涉及複合材料，具體的涉及一種汽車用高散熱減震材料的製備方法。
背景技術：
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伴隨著汽車製造工業高性能技術的高速發展，汽車技術的發展一方面謀求汽車的使用經濟性，同時，也正在改善汽車的舒適性、安全性。這就從減震、噪音、舒適性和行使穩定性的角度，對橡膠減震元件提出了更高的要求。汽車的振動現象十分複雜，最明顯的振動是懸掛彈簧裝置支承的簧上質量的固有振動。因此，減震橡膠製品主要用於控制汽車振動和噪聲及改善汽車操縱穩定性，，一般置於汽車機架、壓杆裝置、懸掛軸襯、中心軸承託架、顛簸限制器和扭振減震器等部位，以改善汽車的安全性和舒適性。
減震所用橡膠的品種很多，主要以天然橡膠和丁苯橡膠為主，為改善減震製品的耐熱性，也使用丁腈橡膠(NBR)、氯丁橡膠(CR)、丁基橡膠(IR)、三元乙丙橡膠(EPDM)等。為達到汽車用橡膠減震材料須具備的性能，在配方研究時需從以下幾方面作考慮：(1)低動倍率、高阻尼性能。在天然橡膠膠料中當增加炭黑用量時就可達到高阻尼化，但同時也會使動倍率上升；而增大硫黃用量時動倍率就會降低，但同時也會使阻尼下降。(2)耐熱性能為保證製品的耐久性，在減震橡膠的配合設計上，必須考慮的一點是隨時間老化的性能保持性，將橡膠的耐熱溫度從目前的100℃提高到150℃，將來還要用超耐溫(300℃以上)和可變彈性常數橡膠製備減震製品。減震橡膠隨時間老化的原因來自於多方面，但主要的還是熱氧、動態疲勞、臭氧等老化現象。
技術實現要素：
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本發明公開了一種汽車用高散熱減震材料的製備方法，該製備方法簡單，製備過程中無有毒物質釋放，且製得的複合材料減震性能好，耐磨、散熱性能優異。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種汽車用高散熱減震材料的製備方法，包括以下步驟：
(1)在-20～-100℃下，向反應釜中加入去離子水、主引發劑、強電解質、表面活性劑、異丁烯作為第一單體、烷基苯乙烯或/和異戊二烯作為第二單體、第三組分，製得混合液；共引發劑採用己烷或去離子水稀釋製得共引發劑體系；其中，混合液中，第三組分的濃度為1×10-2～2×10-4mol/L；
(2)在-20～-100℃下，將共引發劑體系加入到步驟(1)製得的混合液中，進行聚合反應15-30min，然後加入NaOH/乙醇溶液終止反應，反應體系依次經鹼液和去離子水洗滌多次，40℃條件下乾燥至恆重，製得異丁烯與烷基苯乙烯和/或異戊二烯的無規共聚物；
(3)按重量份稱取15-28份上述製得的異丁烯與烷基苯乙烯和/或異戊二烯的無規共聚物、1-5份納米氮化鋁、1-1.5份偶聯劑在密煉機中混合均勻；
(4)繼續向密煉機中加入0.5-0.8份增塑劑、0.25-0.66份促進劑、2-6份白炭黑，在50-100℃下，密煉20-50min，得到混合物料；
(5)將步驟(4)製得的混合物料置於擠出機中，經熔融混合擠出製得減震材料。
作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述第三組分為酯類、醯胺類、酮類、醇類及吡啶類物質中的一種；其中，酯類為乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸叔丁酯中的一種；醯胺類為N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、三乙基胺中的一種；酮類為丙酮、丁酮、戊酮、苯丙酮中的一種；醇類為乙醇、丙醇、丁醇中的一種；第三組分與引發劑的摩爾比為(0.2-10)∶1。
作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述共引發劑為三(五氟代苯基)鎵、三(五氟代苯基)鋁中的一種。
作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述主引發劑為水、枯基氯、二枯基氯、2-氯-2，4，4-三甲基戊烷中的一種。
作為上述技術方案的優選，所述主引發劑與共引發劑的摩爾比為(10-30)∶1。
作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述強電解質為LiCl、H2SO4、HBF4中的一種，強電解質在去離子水中的含量為5-50wt％。
作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述第一單體與第二單體的摩爾比為(10-70)∶1。
作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、三氟甲烷磺酸、三甲基十二烷基溴化銨中的一種，表面活性劑的添加量為單體質量的0.5-10wt％。
作為上述技術方案的優選，步驟(3)中，所述偶聯劑為鋁酸酯偶聯劑、鋁鈦複合偶聯劑的混合物，二者質量比為1∶(0.5-0.8)。
作為上述技術方案的優選，步驟(4)中，所述促進劑為促進劑TMTD、TATD中的一種。
本發明具有以下有益效果：
本發明採用自製的異丁烯與烷基苯乙烯和/或異戊二烯的無規共聚物作為減震材料的基體，其合成率高，合成採用水相體系，無毒環保，且生產周期短，且製得的無規共聚物耐熱氧老化性能、抗疲勞性能和耐磨性能好，減震性能優異；
另一方面，本發明採用納米氮化矽材料對該高分子材料進行改性，其採用鋁酸酯偶聯劑、鋁鈦複合偶聯劑的混合物作為表面活性劑，使得納米氮化矽在基體中具有良好的分散性能，從而製得的減震材料穩定性好，散熱性能得到有效改善。
具體實施方式：
為了更好的理解本發明，下面通過實施例對本發明進一步說明，實施例只用於解釋本發明，不會對本發明構成任何的限定。
實施例1
一種汽車用高散熱減震材料的製備方法，包括以下步驟：
(1)在-20℃下，向反應釜中加入去離子水、水、LiCl、十二烷基硫酸鈉、異丁烯作為第一單體、烷基苯乙烯作為第二單體、乙酸甲酯，製得混合液；三(五氟代苯基)鎵採用己烷或去離子水稀釋製得共引發劑體系；其中，混合液中，乙酸甲酯的濃度為1×10-2mol/L；LiCl在去離子水中的含量為5-50wt％；所述異丁烯與烷基苯乙烯的摩爾比為10∶1；十二烷基硫酸鈉的添加量為單體質量的0.5wt％；水與三(五氟代苯基)鎵的摩爾比為10∶1；
(2)在-20℃下，將共引發劑體系加入到步驟(1)製得的混合液中，進行聚合反應15min，然後加入NaOH/乙醇溶液終止反應，反應體系依次經鹼液和去離子水洗滌多次，40℃條件下乾燥至恆重，製得異丁烯與烷基苯乙烯的無規共聚物；
(3)按重量份稱取15份上述製得的異丁烯與烷基苯乙烯的無規共聚物、1份納米氮化鋁、1份偶聯劑在密煉機中混合均勻；其中，所述偶聯劑為鋁酸酯偶聯劑、鋁鈦複合偶聯劑的混合物，二者質量比為1∶0.5；
(4)繼續向密煉機中加入0.5份增塑劑、0.25份促進劑、2-6份白炭黑，在50℃下，密煉50min，得到混合物料；
(5)將步驟(4)製得的混合物料置於擠出機中，經熔融混合擠出製得減震材料。
實施例2
一種汽車用高散熱減震材料的製備方法，包括以下步驟：
(1)在-100℃下，向反應釜中加入去離子水、枯基氯、H2SO4、三氟甲烷磺酸、異丁烯作為第一單體、異戊二烯作為第二單體、N，N-二甲基甲醯胺，製得混合液；三(五氟代苯基)鋁採用己烷或去離子水稀釋製得共引發劑體系；其中，混合液中，N，N-二甲基甲醯胺的濃度為2×10-4mol/L；H2SO4在去離子水中的含量為50wt％；所述異丁烯與異戊二烯的摩爾比為70∶1；三氟甲烷磺酸的添加量為單體質量的10wt％；枯基氯與三(五氟代苯基)鋁的摩爾比為30∶1；
(2)在-100℃下，將共引發劑體系加入到步驟(1)製得的混合液中，進行聚合反應30min，然後加入NaOH/乙醇溶液終止反應，反應體系依次經鹼液和去離子水洗滌多次，40℃條件下乾燥至恆重，製得異丁烯與異戊二烯的無規共聚物；
(3)按重量份稱取28份上述製得的異丁烯與異戊二烯的無規共聚物、5份納米氮化鋁、1.5份偶聯劑在密煉機中混合均勻；其中，所述偶聯劑為鋁酸酯偶聯劑、鋁鈦複合偶聯劑的混合物，二者質量比為1∶0.8；
(4)繼續向密煉機中加入0.8份增塑劑、0.66份促進劑、6份白炭黑，在100℃下，密煉50min，得到混合物料；
(5)將步驟(4)製得的混合物料置於擠出機中，經熔融混合擠出製得減震材料。
實施例3
一種汽車用高散熱減震材料的製備方法，包括以下步驟：
(1)在-40℃下，向反應釜中加入去離子水、二枯基氯、HBF4、三甲基十二烷基溴化銨、異丁烯作為第一單體、烷基苯乙烯和異戊二烯作為第二單體、丙酮，製得混合液；三(五氟代苯基)鋁採用己烷或去離子水稀釋製得共引發劑體系；其中，混合液中，第三組分的濃度為1×10-3mol/L；HBF4在去離子水中的含量為15wt％；所述第一單體與第二單體的摩爾比為20∶1；三甲基十二烷基溴化銨的添加量為單體質量的2.5wt％；二枯基氯與三(五氟代苯基)鋁的摩爾比為15∶1；
(2)在-40℃下，將共引發劑體系加入到步驟(1)製得的混合液中，進行聚合反應15min，然後加入NaOH/乙醇溶液終止反應，反應體系依次經鹼液和去離子水洗滌多次，40℃條件下乾燥至恆重，製得異丁烯與烷基苯乙烯和異戊二烯的無規共聚物；
(3)按重量份稱取18份上述製得的異丁烯與烷基苯乙烯和異戊二烯的無規共聚物、2份納米氮化鋁、1.1份偶聯劑在密煉機中混合均勻；其中，所述偶聯劑為鋁酸酯偶聯劑、鋁鈦複合偶聯劑的混合物，二者質量比為1∶0.6；
(4)繼續向密煉機中加入0.6份增塑劑、0.35份促進劑、3份白炭黑，在60℃下，密煉30min，得到混合物料；
(5)將步驟(4)製得的混合物料置於擠出機中，經熔融混合擠出製得減震材料。
實施例4
一種汽車用高散熱減震材料的製備方法，包括以下步驟：
(1)在-60℃下，向反應釜中加入去離子水、2-氯-2，4，4-三甲基戊烷、LiCl、三甲基十二烷基溴化銨、異丁烯作為第一單體、烷基苯乙烯和異戊二烯作為第二單體、乙醇，製得混合液；三(五氟代苯基)鎵採用己烷或去離子水稀釋製得共引發劑體系；其中，混合液中，乙醇的濃度為5×10-3mol/L；LiCl在去離子水中的含量為25wt％；所述第一單體與第二單體的摩爾比為30∶1；三甲基十二烷基溴化銨的添加量為單體質量的4.5wt％；2-氯-2，4，4-三甲基戊烷與三(五氟代苯基)鎵的摩爾比為20∶1；
(2)在-60℃下，將共引發劑體系加入到步驟(1)製得的混合液中，進行聚合反應20min，然後加入NaOH/乙醇溶液終止反應，反應體系依次經鹼液和去離子水洗滌多次，40℃條件下乾燥至恆重，製得異丁烯與烷基苯乙烯和異戊二烯的無規共聚物；
(3)按重量份稱取21份上述製得的異丁烯與烷基苯乙烯和異戊二烯的無規共聚物、3份納米氮化鋁、1.2份偶聯劑在密煉機中混合均勻；其中，所述偶聯劑為鋁酸酯偶聯劑、鋁鈦複合偶聯劑的混合物，二者質量比為1∶0.65；
(4)繼續向密煉機中加入0.65份增塑劑、0.45份促進劑、4份白炭黑，在70℃下，密煉35min，得到混合物料；
(5)將步驟(4)製得的混合物料置於擠出機中，經熔融混合擠出製得減震材料。
實施例5
一種汽車用高散熱減震材料的製備方法，包括以下步驟：
(1)在-80℃下，向反應釜中加入去離子水、水、H2SO4、三氟甲烷磺酸、異丁烯作為第一單體、烷基苯乙烯作為第二單體、乙酸叔丁酯，製得混合液；三(五氟代苯基)鎵採用己烷或去離子水稀釋製得共引發劑體系；其中，混合液中，乙酸叔丁酯的濃度為8×10-3mol/L；強電解質在去離子水中的含量為35wt％；所述第一單體與第二單體的摩爾比為40∶1；三氟甲烷磺酸的添加量為單體質量的6.5wt％；水與三(五氟代苯基)鎵的摩爾比為20∶1；
(2)在-80℃下，將共引發劑體系加入到步驟(1)製得的混合液中，進行聚合反應20min，然後加入NaOH/乙醇溶液終止反應，反應體系依次經鹼液和去離子水洗滌多次，40℃條件下乾燥至恆重，製得異丁烯與烷基苯乙烯的無規共聚物；
(3)按重量份稱取24份上述製得的異丁烯與烷基苯乙烯的無規共聚物、4份納米氮化鋁、1.3份偶聯劑在密煉機中混合均勻；其中，所述偶聯劑為鋁酸酯偶聯劑、鋁鈦複合偶聯劑的混合物，二者質量比為1∶0.7；
(4)繼續向密煉機中加入0.7增塑劑、0.55份促進劑、5份白炭黑，在80℃下，密煉40min，得到混合物料；
(5)將步驟(4)製得的混合物料置於擠出機中，經熔融混合擠出製得減震材料。
實施例6
一種汽車用高散熱減震材料的製備方法，包括以下步驟：
(1)在-90℃下，向反應釜中加入去離子水、二枯基氯、HBF4、十二烷基硫酸鈉、異丁烯作為第一單體、異戊二烯作為第二單體、N，N-二甲基乙醯胺，製得混合液；三(五氟代苯基)鋁採用己烷或去離子水稀釋製得共引發劑體系；其中，混合液中，N，N-二甲基乙醯胺的濃度為1×10-4mol/L；HBF4在去離子水中的含量為45wt％；所述第一單體與第二單體的摩爾比為60∶1；十二烷基硫酸鈉的添加量為單體質量的8wt％；二枯基氯與三(五氟代苯基)鋁的摩爾比為25∶1；
(2)在-90℃下，將共引發劑體系加入到步驟(1)製得的混合液中，進行聚合反應25min，然後加入NaOH/乙醇溶液終止反應，反應體系依次經鹼液和去離子水洗滌多次，40℃條件下乾燥至恆重，製得異丁烯與異戊二烯的無規共聚物；
(3)按重量份稱取26份上述製得的異丁烯與異戊二烯的無規共聚物、4.5份納米氮化鋁、1.4份偶聯劑在密煉機中混合均勻；其中，所述偶聯劑為鋁酸酯偶聯劑、鋁鈦複合偶聯劑的混合物，二者質量比為1∶75；
(4)繼續向密煉機中加入0.75份增塑劑、0.6份促進劑、5份白炭黑，在90℃下，密煉45min，得到混合物料；
(5)將步驟(4)製得的混合物料置於擠出機中，經熔融混合擠出製得減震材料。
本發明製得的減震材料全按國家標準HGT 3784-2005進行測試，對比例為市售減震材料，測試結果如下表所示。
從上述表格來看，本發明製得的減震材料力學性能優異，耐老化性能好。