一种减震器顶胶材料及其制备方法

技术领域

本发明属于汽车配件技术领域，具体涉及一种减震器顶胶材料及其制备方法。

背景技术

减震器能够抑制弹簧吸震后反弹时的震荡以及来自路面的冲击，被广泛应用于汽车工业。减震器的零部件之间会相互摩擦，易损耗，所以顶胶作为减震器总成顶部的弹簧基座具有重要的作用。减震器顶胶材料分子间的相互作用会阻碍分子链的运动，其应力和应变往往处于不平衡的状态，使其表现出较强的黏弹阻尼特性，因此减震器顶胶能够减少减震器在工作时所受的冲击力，起到缓冲、减震和隔音的作用。

公开号为CN107383474A的专利公开了一种用于制备减震器顶胶的橡胶，通过多种组分的共混提高橡胶的耐油性、耐热性和耐磨性，但是汽车使用的环境不同，对减震器顶胶的性能要求就越高，在寒冷环境中，减震器顶胶会硬化，减震器工作过程中产生的热量传导不均会导致减震器顶胶的各处温度不均，顶胶的硬度等性能也会产生区别，容易导致顶胶的屈挠撕裂，影响减震器顶胶的使用寿命。为了提高减震器顶胶的导热性能，从而提出一种减震器顶胶材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减震器顶胶材料及其制备方法，以解决背景技术中的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种减震器顶胶材料，按质量份计包括如下原料：

天然橡胶40-60份、氟硅橡胶5-10份、氟醚橡胶6-8份、改性氯丁橡胶50-70份、改性纳米氧化铝20-30份、防老剂4010NA 2-6份、抗屈挠剂SH 2-3份、硬脂酸3-8份、氧化锌3-4.5份、炭黑N330 20-25份、白炭黑18-25份、助交联剂2-5份和三乙氧基乙烯基硅烷1-2份。

进一步地，助交联剂为三烯丙基异氰尿酸酯和2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷中的任意一种。

进一步地，改性纳米氧化铝通过如下步骤制备：

步骤一：将纳米氧化铝加入烧瓶中，再向烧瓶中加入质量分数为25％的乙醇溶液和浓度为0.1mol/L的Tris缓冲液，用盐酸调节pH值至7.5-8并超声分散2-3h，然后向烧瓶中加入盐酸多巴胺，在60-65℃的条件下搅拌20-24h，使盐酸多巴胺在纳米氧化铝表面产生自聚，反应结束后将反应液离心，抽滤，将滤饼用无水乙醇洗涤3-5次，将洗涤后的滤饼真空干燥，粉碎，得到多巴胺包覆纳米氧化铝；

步骤二：将硅烷偶联剂KH-550和质量分数为90-95％的乙醇溶液加入烧瓶中搅拌混合，超声分散1-2h后用盐酸调节pH值至4.5-5.5，然后向烧瓶中加入多巴胺包覆纳米氧化铝，在60℃的条件下搅拌6-8h，离心，抽滤，将滤饼用去离子水洗涤2-3次，将洗涤后的滤饼真空干燥，粉碎，得到改性纳米氧化铝。

进一步地，步骤一中纳米氧化铝、乙醇溶液、Tris缓冲液和盐酸多巴胺的用量比为20g：400mL：3mL：600mg。

进一步地，步骤二中硅烷偶联剂KH-550、乙醇溶液和多巴胺包覆纳米氧化铝的用量比为0.1-0.2g：100-150mL：20g。

进一步地，改性氯丁橡胶通过如下步骤制备：

将还原氧化石墨烯和甲苯加入烧瓶中，在50-70℃的条件下超声分散2-3h，得到还原氧化石墨烯分散液；将氯丁橡胶用甲苯在常温下进行溶解，得到氯丁橡胶液；将还原氧化石墨烯分散液和氯丁橡胶液搅拌混合后超声分散3-4h获得混合液，将混合液在110-120℃的条件下真空干燥12-16h，完全蒸除甲苯后，得到改性氯丁橡胶；

进一步地，还原氧化石墨烯分散液中还原氧化石墨烯和甲苯的用量比为0.8-1g：200mL。

进一步地，氯丁橡胶液中氯丁橡胶和甲苯的用量比为1g：8mL。

进一步地，还原氧化石墨烯分散液和氯丁橡胶液的用量比为1mL：4mL。

一种减震器顶胶材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：将天然橡胶、氟硅橡胶、氟醚橡胶和改性纳米氧化铝投入密炼机中，在辊温为30-40℃和转子速度为50r/min的条件下混炼50-60s，然后加入防老剂4010NA、抗屈挠剂SH、硬脂酸和炭黑N330继续混炼180-200s，然后在140-150℃的条件下排胶，出片后冷却，得到一段混炼胶；

步骤S2：将一段混炼胶、改性氯丁橡胶、氧化锌和白炭黑加入密炼机中，在转子速度为50/min的条件下混炼180-200s，在140-150℃的条件下排胶，出片后冷却，得到二段混炼胶；

步骤S3：将二段混炼胶和助交联剂加入密炼机中，然后在二段混炼胶表面喷洒三乙氧基乙烯基硅烷，在转子速度为20r/min的条件下混炼120-150s，在60-80℃的条件下排胶，出片后冷却，得到减震器顶胶材料。

本发明的有益效果：

本发明减震器顶胶材料中含有改性纳米氧化铝，纳米氧化铝有利于增加顶胶材料的耐磨性和导热性，成本可控，通过聚多巴胺包覆后有利于硅烷偶联剂的接枝处理，硅烷偶联剂处理使无机粉体表面自由能降低，减少团聚，提高了改性纳米氧化铝与橡胶基体材料的相容性，有利于改性纳米氧化铝的均匀分布并纳米氧化铝搭接通路，能够提高减震器顶胶材料的导热率且有效降低接触热阻，使减震器在工作过程中产生的热量能够被有效传导，有利于减震器顶胶材料各处的硬度等性质保持一致，提高减震器顶胶整体的弹性从而增加减震效果。

还原氧化石墨烯和氯丁橡胶通过溶液共混的方式制备出改性氯丁橡胶，有利于增加两者的混匀效果；改性氯丁橡胶有利于增加减震器顶胶材料的热稳定性能，还原氧化石墨烯可以通过其吸附界面提高减震器顶胶材料的应力分散效果，减缓减震器在工作过程中其余部件对减震器顶胶的冲击，减少裂纹的产生，增加减震器顶胶材料的耐磨性能和拉伸强度。氟硅橡胶和氟醚橡胶的添加有利于增加减震器顶胶材料的耐低温性能，三乙氧基乙烯基硅烷有利于增加减震器顶胶材料黏度，其乙烯基官能团可以提高硫化活性，使得制备的橡胶减震器顶胶材料硫化均匀，进一步提高减震器顶胶材料的稳定性。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

制备改性纳米氧化铝，包括如下步骤：

步骤一：将2kg纳米氧化铝加入烧瓶中，再向烧瓶中加入40L质量分数为25％的乙醇溶液和300mL浓度为0.1mol/L的Tris缓冲液，用盐酸调节pH值至7.5并超声分散2h，然后向烧瓶中加入60g盐酸多巴胺，在60℃的条件下搅拌20h，使盐酸多巴胺在纳米氧化铝表面产生自聚，反应结束后将反应液离心，抽滤，将滤饼用无水乙醇洗涤3次，将洗涤后的滤饼真空干燥，粉碎，得到多巴胺包覆纳米氧化铝；

步骤二：将10g硅烷偶联剂KH-550和10L质量分数为90％的乙醇溶液加入烧瓶中搅拌混合，超声分散1h后用盐酸调节pH值至4.5，然后向烧瓶中加入2kg多巴胺包覆纳米氧化铝，在60℃的条件下搅拌6h，离心，抽滤，将滤饼用去离子水洗涤2次，将洗涤后的滤饼真空干燥，粉碎，得到改性纳米氧化铝。

实施例2

制备改性纳米氧化铝，包括如下步骤：

步骤一：将2kg纳米氧化铝加入烧瓶中，再向烧瓶中加入40L质量分数为25％的乙醇溶液和300mL浓度为0.1mol/L的Tris缓冲液，用盐酸调节pH值至7.8并超声分散2.5h，然后向烧瓶中加入60g盐酸多巴胺，在62℃的条件下搅拌22h，使盐酸多巴胺在纳米氧化铝表面产生自聚，反应结束后将反应液离心，抽滤，将滤饼用无水乙醇洗涤4次，将洗涤后的滤饼真空干燥，粉碎，得到多巴胺包覆纳米氧化铝；

步骤二：将15g硅烷偶联剂KH-550和12L质量分数为92％的乙醇溶液加入烧瓶中搅拌混合，超声分散1.5h后用盐酸调节pH值至5，然后向烧瓶中加入2kg多巴胺包覆纳米氧化铝，在60℃的条件下搅拌7h，离心，抽滤，将滤饼用去离子水洗涤2.5次，将洗涤后的滤饼真空干燥，粉碎，得到改性纳米氧化铝。

实施例3

制备改性纳米氧化铝，包括如下步骤：

步骤一：将2kg纳米氧化铝加入烧瓶中，再向烧瓶中加入40L质量分数为25％的乙醇溶液和300mL浓度为0.1mol/L的Tris缓冲液，用盐酸调节pH值至8并超声分散3h，然后向烧瓶中加入60g盐酸多巴胺，在65℃的条件下搅拌24h，使盐酸多巴胺在纳米氧化铝表面产生自聚，反应结束后将反应液离心，抽滤，将滤饼用无水乙醇洗涤5次，将洗涤后的滤饼真空干燥，粉碎，得到多巴胺包覆纳米氧化铝；

步骤二：将20g硅烷偶联剂KH-550和15L质量分数为95％的乙醇溶液加入烧瓶中搅拌混合，超声分散2h后用盐酸调节pH值至5.5，然后向烧瓶中加入2kg多巴胺包覆纳米氧化铝，在60℃的条件下搅拌8h，离心，抽滤，将滤饼用去离子水洗涤3次，将洗涤后的滤饼真空干燥，粉碎，得到改性纳米氧化铝。

实施例4

制备减震器顶胶材料，包括如下步骤：

步骤S1：将80g还原氧化石墨烯和20L甲苯加入烧瓶中，在50℃的条件下超声分散2h，得到还原氧化石墨烯分散液；将10kg氯丁橡胶用80L甲苯在常温下进行溶解，得到氯丁橡胶液；将20L还原氧化石墨烯分散液和80L氯丁橡胶液搅拌混合后超声分散3h获得混合液，将混合液在110℃的条件下真空干燥12h，完全蒸除甲苯并回收后，得到改性氯丁橡胶；

步骤S2：将2kg天然橡胶、0.25kg氟硅橡胶、0.3kg氟醚橡胶和1kg实施例1中制得的改性纳米氧化铝投入密炼机中，在辊温为30℃和转子速度为50r/min的条件下混炼50s，然后加入0.1kg防老剂4010NA、0.1kg抗屈挠剂SH、0.15kg硬脂酸和1kg炭黑N330继续混炼180s，然后在140℃的条件下排胶，出片后冷却，得到一段混炼胶；

步骤S3：将上一步骤中的一段混炼胶、2.5kg步骤S1中制备的改性氯丁橡胶、0.15kg氧化锌和1kg白炭黑加入密炼机中，在转子速度为50/min的条件下混炼180s，在140℃的条件下排胶，出片后冷却，得到二段混炼胶；

步骤S4：将上一步骤中的二段混炼胶和0.1kg三烯丙基异氰尿酸酯加入密炼机中，然后在二段混炼胶表面喷洒0.05kg三乙氧基乙烯基硅烷，在转子速度为20r/min的条件下混炼120s，在60℃的条件下排胶，出片后冷却，得到减震器顶胶材料。

实施例5

制备减震器顶胶材料，包括如下步骤：

步骤S1：将90g还原氧化石墨烯和20L甲苯加入烧瓶中，在60℃的条件下超声分散2.5h，得到还原氧化石墨烯分散液；将10kg氯丁橡胶用80L甲苯在常温下进行溶解，得到氯丁橡胶液；将20L还原氧化石墨烯分散液和80L氯丁橡胶液搅拌混合后超声分散3.5h获得混合液，将混合液在115℃的条件下真空干燥14h，完全蒸除甲苯并回收后，得到改性氯丁橡胶；

步骤S2：将2.5kg天然橡胶、0.35kg氟硅橡胶、0.35kg氟醚橡胶和1.25kg实施例2中制得的改性纳米氧化铝投入密炼机中，在辊温为35℃和转子速度为50r/min的条件下混炼55s，然后加入0.2kg防老剂4010NA、0.125kg抗屈挠剂SH、0.25kg硬脂酸和1.1kg炭黑N330继续混炼190s，然后在145℃的条件下排胶，出片后冷却，得到一段混炼胶；

步骤S3：将上一步骤中的一段混炼胶、3kg步骤S1中制备的改性氯丁橡胶、0.2kg氧化锌和1.2kg白炭黑加入密炼机中，在转子速度为50/min的条件下混炼190s，在145℃的条件下排胶，出片后冷却，得到二段混炼胶；

步骤S4：将上一步骤中的二段混炼胶和0.2kg 2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷加入密炼机中，然后在二段混炼胶表面喷洒0.08kg三乙氧基乙烯基硅烷，在转子速度为20r/min的条件下混炼135s，在70℃的条件下排胶，出片后冷却，得到减震器顶胶材料。

实施例6

制备减震器顶胶材料，包括如下步骤：

步骤S1：将100g还原氧化石墨烯和20L甲苯加入烧瓶中，在70℃的条件下超声分散3h，得到还原氧化石墨烯分散液；将10kg氯丁橡胶用80L甲苯在常温下进行溶解，得到氯丁橡胶液；将20L还原氧化石墨烯分散液和80L氯丁橡胶液搅拌混合后超声分散4h获得混合液，将混合液在120℃的条件下真空干燥16h，完全蒸除甲苯并回收后，得到改性氯丁橡胶；

步骤S2：将3kg天然橡胶、0.5kg氟硅橡胶、0.4kg氟醚橡胶和1.5kg实施例3中制得的改性纳米氧化铝投入密炼机中，在辊温为40℃和转子速度为50r/min的条件下混炼60s，然后加入0.3kg防老剂4010NA、0.15kg抗屈挠剂SH、0.4kg硬脂酸和1.25kg炭黑N330继续混炼200s，然后在150℃的条件下排胶，出片后冷却，得到一段混炼胶；

步骤S3：将上一步骤中的一段混炼胶、3.5kg步骤S1中制备的改性氯丁橡胶、0.225kg氧化锌和1.25kg白炭黑加入密炼机中，在转子速度为50/min的条件下混炼200s，在150℃的条件下排胶，出片后冷却，得到二段混炼胶；

步骤S4：将上一步骤中的二段混炼胶和0.25kg 2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷加入密炼机中，然后在二段混炼胶表面喷洒0.1kg三乙氧基乙烯基硅烷，在转子速度为20r/min的条件下混炼150s，在80℃的条件下排胶，出片后冷却，得到减震器顶胶材料。

对比例1：

在实施例6的基础上，不使用实施例3中的改性纳米氧化铝，直接使用相同质量的纳米氧化铝制备出一段混炼胶，然后后续步骤保持不变，制备出顶胶材料。

对比例2：

在实施例6的基础上，不按照步骤S1的方法对氯丁橡胶进行改性，直接使用相同质量的氯丁橡胶，其余步骤保持不变，制备出顶胶材料。

对比例3：

在实施例6的基础上，直接将相同比例的还原氧化石墨烯和氯丁橡胶进行共混制备出改性氯丁橡胶，然后按照相同的后续步骤制备出顶胶材料。

对实施例4-实施例6和对比例1-对比例3进行性能测试，将各组顶胶材料按要求制备成厚度为15mm的试样，然后采用二段硫化的方式，在160℃和10MPa的条件下硫化10min，在180℃和10MPa的条件下硫化10min。根据GB/T528-2009来测试不同试样的拉伸强度、100％定伸应力、拉伸永久变形、拉断伸长率；根据GB/T 529-2008来测试不同试样的撕裂强度，采用Hot-disk导热系数测试仪测试不同试样的导热系数。

结果如表1所示：

表1

由表1可以看出，实施例4-实施例6中制备的减震器顶胶具有较好的导热系数，并且拉伸强度高于对比例1-对比例3。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。