专利名称：：一种橡胶基压电阻尼复合材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种阻尼材料领域技术，特别是一种橡胶基压电阻尼复合材料及其制备方法。
背景技术：
：阻尼材料是一种能吸收振动机械能并将其转化为热能、电能、磁能或其他形式的能量来降低噪声与振动的一种功能材料。传统的粘弹性材料具有高阻尼的特性而被广泛应用于结构的振动控制，但也存在动态力学性能不可控、有效温域窄、性能受温度和频率影响较大等缺点，在实际应用中不能完全满足减振降噪技术对阻尼材料的要求。压电阻尼复合材料是一种智能型阻尼材料，具有多重能量转换机制，突出的优点是其使用条件不再受环境温度和振动频率的很大限制。根据各相材料的连通方式不同，压电复合材料有io种基本类型，其中0-3型压电复合材料具有制备方法简单，成本低，易于大面积成型等优点而得到最为广泛的研究和应用。影响0-3型压电复合材料性能的因素很多，如压电相及导电相的质量分数、性能及分布状态、材料的制备工艺和极化条件等。专利CN1248558A报道了一种0_3型压电陶瓷/压电性聚合物复合材料及其制备方法，主要特点在于采用不同温度下多段极化的极化方法，即先在高于聚合物的居里温度下极化0-3型压电复合材料中的压电陶瓷，然后在低于聚合物的居里温度下极化压电聚合物，从而实现两相复合后压电性能的增强。所制备的压电复合材料具有较高的压电系数，但缺点是制备方法复杂，成本较高。专利CN1587206A报道了一种压电陶瓷/聚合物压电复合材料及其制备方法，采用微波辐照成型的方法制备该种材料，获得介电常数及压电常数较高的压电复合材料。但该种材料所含的压电陶瓷粉体积分数过高，限制了其应用范围。目前报道的压电复合材料主要关注的是其压电常数和介电常数，为了获得较高的压电常数，常采用较复杂的制备方法和工艺，限制了其应用。且较少报道涉及压电复合材料的阻尼性能及其在减振降噪领域内的应用。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种橡胶基压电阻尼复合材料及其制备方法。本发明进一步所要解决的技术问题是提供的一种橡胶基压电阻尼复合材料及其制备方法可以改善传统粘弹性阻尼材料的缺点，获得一种在宽频下具有较高阻尼因子的新型阻尼材料。本发明更进一步所要解决的技术问题是提供的一种橡胶基压电阻尼复合材料及其制备方法可以使材料的阻尼因子较基体材料显著提高并且制备工艺简单可行，能够满足实际工程技术对材料性能和应用的要求。为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案本发明的一种橡胶基压电阻尼复合材料，组成为-------橡胶基体材料为100份的天然橡胶，2.0-2.5份的粉末硫化剂，2.0-2.7份和硫化剂配套的硫化促进剂的混炼物；-------压电陶瓷粉选用微米级压电常数在300pC/N以上的压电陶瓷粉，质量份数为每100份天然橡胶100-1000份压电陶瓷粉；-------导电炭黑质量份数为每100份天然橡胶0.3-2份。本发明的一种橡胶基压电阻尼复合材料，其更优选的技术方案可以为所述的硫化剂为粉末状硫化剂。进一步优选的技术方案是所述的硫化剂为粉末硫磺，硫化促进剂为次磺酰胺类或秋兰姆类硫化促进剂。次磺酰胺类可以是CZ，秋兰姆类可以是TT等。本发明的一种橡胶基压电阻尼复合材料，其更优选的技术方案还可以为所述的压电陶瓷粉为锆钛酸铅压电陶瓷粉(PZT)、铌镁酸铅压电陶瓷粉(PMN)及改性的PZT压电陶瓷粉之一或者它们的混合物。进一步优选的技术方案是所述的压电陶瓷粉为微米级的粒度分布均匀的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷粉。本发明的一种橡胶基压电阻尼复合材料，所述的导电炭黑可以为普通的市售导电碳黑。所述橡胶基压电阻尼复合材料的制备方法包括(1)制备橡胶基体材料将天然生胶先塑炼3-5min，然后在橡胶开炼机中分2-10次添加硫化剂和硫化促进剂，每次添加硫化剂后混炼2-10min，再加入和硫化剂等比例的硫化促进剂再混炼2-10min，经过混炼，使其分散均匀，即可制得橡胶基体材料；(2)把所需的压电陶瓷粉经过球磨、分级、烘干等预处理，得到粒度在0.1-30微米之间的体积分数达到95%的微米级压电陶瓷粉，把所需的导电炭黑和压电陶瓷粉进行预混合，搅拌、研磨，得到预混粉料。充分的预混合，搅拌、研磨可以保证多个压电-导电回路的形成。(3)将预混粉料与橡胶基体材料加入到混合设备中混合均匀，得到混合胶料；(4)将混合胶料在金属模具中加热、加压成型，压力为8-12MPa，温度为120-16(TC，成型时间为25-50min，即可固化成型，制得橡胶基压电复合材料；(5)将橡胶基压电复合材料在高压直流油浴装置中进行极化，极化电压为5000V-50000V，极化温度为60-10(TC，极化时间为10-120min，即可获得本发明的一种橡胶基压电阻尼复合材料。通过采用上述技术方案，本发明具有如下的有益效果本发明的一种橡胶基压电阻尼复合材料，在较宽的频率范围内显著提高了天然橡胶基体材料的阻尼性能，其AtanS>0.1。具体实施方式实施例1制备橡胶基体材料按表1中配方比例称量天然胶100份，将天然橡胶塑炼3min，然后在橡胶开炼机中分10次添加硫化剂，每次混炼2min，再加入硫化促进剂再混炼2min，经过混炼，即可制得橡胶基体材料；以天然橡胶体系为基体材料，添加压电陶瓷粉和导电炭黑制备橡胶基压电阻尼复合材料。按表1中配方比例称量橡胶基体材料、粒径分布在0.1-20iim之间的保定宏声声学材料厂压电陶瓷粉P4-2和粒径分布在l-20um之间的九江亚米特石化有限公司导电炭4黑N550的混合粉料，在密炼机上混炼，待混合均匀后，出片，剪裁，装入模具，在热压成型机上成型。成型温度为13(TC，成型压力为8MPa，成型时间为30min。成型后的压电阻尼复合材料在高压直流油浴极化装置中极化，极化电压为40000V，极化温度为8(TC，极化时间为40min。表l的数值均为质量份数。表2为极化后的压电阻尼复合材料在室温下的损耗因子。实施例2配方如表1中实施例2的配方，但是是将天然橡胶塑炼5min，然后在橡胶开炼机中分2次添加硫化剂，每次混炼10min，再加入硫化促进剂再混炼10min;经过混炼，即可制得橡胶基体材料；成型温度为12(TC，成型压力为12MPa，成型时间为50min。成型后的压电阻尼复合材料在高压直流油浴极化装置中极化，极化电压为50000V，极化温度为6(TC，极化时间为40min。其他工艺步骤同实施例1。实施例3配方如表1中实施例3的配方，但是是将将天然橡胶塑炼5min，然后在橡胶开炼机中分6次添加硫化剂，每次混炼3min，再加入硫化促进剂再混炼3min;经过混炼，即可制得橡胶基体材料；其他工艺步骤同实施例1。成型温度为14(TC，成型压力为lOMPa，成型时间为30min。成型后的压电阻尼复合材料在高压直流油浴极化装置中极化，极化电压为5000V，极化温度为IO(TC，极化时间为120min。其他工艺步骤同实施例1。实施例4除配方按照表中实施例1的配方外，其他同实施例1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求一种橡胶基压电阻尼复合材料，其特征在于组成为-------橡胶基体材料为100份的天然橡胶，2.0-2.5份的粉末硫化剂，2.0-2.7份和硫化剂配套的硫化促进剂的混炼物；-------压电陶瓷粉为微米级压电常数在300pC/N以上的压电陶瓷粉，质量份数为每100份天然橡胶100-1000份压电陶瓷粉；-------导电炭黑质量份数为每100份天然橡胶0.3-2份。2.根据权利要求1所述橡胶基压电阻尼复合材料，其特征在于所述的硫化剂为粉末状硫化剂。3.根据权利要求2所述橡胶基压电阻尼复合材料，其特征在于所述的硫化剂为粉末硫磺，硫化促进剂为次磺酰胺类或秋兰姆类硫化促进剂。4.根据权利要求1所述橡胶基压电阻尼复合材料，其特征在于所述的压电陶瓷粉为锆钛酸铅压电陶瓷粉(PZT)、铌镁酸铅压电陶瓷粉(PMN)及改性的PZT压电陶瓷粉之一或者它们的混合物。5.根据权利要求2所述橡胶基压电阻尼复合材料，其特征在于所述的压电陶瓷粉为微米级的粒度分布均匀的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷粉。6.—种权利要求1所述橡胶基压电阻尼复合材料的制备方法，其特征在于制备方法包括(1)制备橡胶基体材料将天然生胶先塑炼3-5min，然后在橡胶开炼机中分2-10次添加硫化剂和硫化促进剂，每次添加硫化剂后混炼2-10min，再加入和硫化剂等比例的硫化促进剂再混炼2-10min，经过混炼，使其分散均匀，即可制得橡胶基体材料；(2)把所需的压电陶瓷粉经过球磨、分级、烘干等预处理，得到粒度在0.1-30微米之间的体积分数达到95%的微米级压电陶瓷粉，把所需的导电炭黑和压电陶瓷粉进行预混合，搅拌、研磨，得到预混粉料；(3)将预混粉料与橡胶基体材料加入到混合设备中混合均匀，得到混合胶料；(4)将混合胶料在金属模具中加热、加压成型，压力为8-12MPa，温度为120-16(TC，成型时间为25-50min，即可固化成型，制得橡胶基压电复合材料；(5)将橡胶基压电复合材料在高压直流油浴装置中进行极化，极化电压为5000V-50000V，极化温度为60-10(TC，极化时间为10-120min，即可获得本发明的一种橡胶基压电阻尼复合材料。全文摘要本发明介绍了一种橡胶基压电阻尼复合材料及其制备方法，其组成为天然橡胶100份、粉末硫化剂2.0-2.5份、硫化促进剂2.0-2.7份制备的橡胶基体材料；100-1000份微米级压电常数在300pC/N以上的压电陶瓷粉；0.3-2份导电炭黑。制法包括制备橡胶基体材料、制备微米级压电陶瓷粉并与导电炭黑混合得到预混粉料；预混粉料与橡胶基体材料混合得混合胶料；混合胶料经加热、加压固化成型得橡胶基压电复合材料；再经极化得压电阻尼复合材料。本发明的一种新型橡胶基压电阻尼复合材料，在较宽的频率范围内显著提高了天然橡胶基体材料的阻尼性能，其Δtanδ≥0.1。文档编号C04B26/00GK101746993SQ20091022772公开日2010年6月23日申请日期2009年12月21日优先权日2009年12月21日发明者朱晓君,梁磊,王雯霏,韦璇申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所