一種用于隔振器的聚氨酯彈性體材料及其制備方法
【專利摘要】一種用于隔振器的聚氨酯彈性體材料及其制備方法，本發(fā)明通過通過采用多異氰酸酯和聚醚多元醇為反應(yīng)原料，采用三羥基甲基丙烷單烯丙基醚或甘油α-烯丙基醚含有不飽和雙鍵的小分二醇作為擴鏈劑合成聚氨酯生膠，以合成的生膠作為基體材料，通過在生膠體系內(nèi)加入補強填料、硫黃和促進(jìn)劑，獲得聚氨酯混煉膠，然后通過模壓硫化制得隔振器用低內(nèi)耗高性能聚氨酯彈性體材料，本發(fā)明具有內(nèi)耗低、力學(xué)性能、耐水、耐油性能優(yōu)異，且阻尼內(nèi)耗小，特別適用于隔振器用聚氨酯彈性體材料，同時本發(fā)明制備工藝簡單可行，能夠滿足實際工程應(yīng)用對材料性能的要求。
【專利說明】一種用于隔振器的聚氨酯彈性體材料及其制備方法
[0001]【【技術(shù)領(lǐng)域】】 本發(fā)明涉及一種彈性體材料及其制備方法，尤其涉及一種用于隔振器的聚氨酯彈性體 材料及其制備方法，具體涉及一種用于隔振器的低內(nèi)耗聚氨酯彈性體材料及其制備方法。
[0002] 【【背景技術(shù)】】 已知的，橡膠隔振器是應(yīng)用最廣泛的一類隔振器，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、工藝性好、成本低 等優(yōu)點，可以根據(jù)承載設(shè)備的結(jié)構(gòu)要求，硫化成任意的幾何形狀，一般為了適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境， 大多采用耐油性能優(yōu)異的丁腈橡膠、天然橡膠。但隨著橡膠隔振器使用時間的延長，將出現(xiàn) 材料老化、性能劣化的現(xiàn)象，導(dǎo)致橡膠隔振器的使用壽命較短"僅為7?10年就出現(xiàn)各種形 式的失效等"，除此之外，由于橡膠隔振器的貯存老化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，進(jìn)一步縮短了其使用 壽命，甚至一些隔振器產(chǎn)品在安裝之前就已經(jīng)失效。橡膠隔振器一旦失效，必須進(jìn)行及時的 維護(hù)和更換，否則將直接影響設(shè)備的安全性。但是，由于隔振器在更換時存在難度大、費用 高、機動性差等問題。因此，亟待研制一種用于橡膠隔振器的耐老化性能優(yōu)異的低內(nèi)耗耐疲 勞彈性體材料，提高橡膠隔振器的使用壽命。
[0003] 隨著隔振器的橡膠主體材料不斷創(chuàng)新發(fā)展，其中，采用聚氨酯橡膠為主體材料是 橡膠隔振器發(fā)展的一個重要方向，美國海軍于1998年著手研制新型高性能增強聚氨酯彈 性體隔振器，其研究結(jié)果表明，該隔振器除具有力學(xué)性能好、重量輕、尺寸小，耐腐蝕，額定 承載范圍寬，固有頻率低等優(yōu)點，還具有減振效果好、抗沖擊性能優(yōu)良等特點。聚氨酯彈性 體的變形能力是天然橡膠和合成橡膠的2?3倍，因此，可用于設(shè)計具有大變形能力的抗 沖擊隔振器。實驗表明，聚氨酯彈性體隔振器在200g加速度沖擊下不被破壞，而且沖擊實 驗結(jié)果具有可重復(fù)性。此外，聚氨酯隔振器還具有經(jīng)久耐用的特點，使用壽命可達(dá)20?30 年。目前，已有60多種不同規(guī)格的聚氨酯彈性體隔振器用于美海軍艦艇和潛艇設(shè)備的減振 抗沖擊裝置中，其額定承載范圍從0. 23Kg到4536Kg不等。
[0004] 國內(nèi)海軍工程大學(xué)分別采用以TDI和MDI作為反應(yīng)原料，合成了澆注型聚氨酯彈 性體材料并制造了聚氨酯隔振器，對其所研制的聚氨酯隔振器的性能進(jìn)行了試驗研究，包 括聚氨酯隔振器的承載能力、承載范圍、動靜剛度比值等，結(jié)果表明：聚氨酯隔振器比橡膠 隔振器承載能力大，承載范圍寬，動靜剛度比值小且減振效果好。該試驗還初步研究了聚氨 酯彈性體的分子結(jié)構(gòu)組成對隔振器性能的影響。但在該項研究中，聚氨酯澆注體的合成原 料采用傳統(tǒng)的ΡΡ0聚醚多元醇及TDI、MDI等異氰酸酯，材料的內(nèi)耗較大，生熱嚴(yán)重，導(dǎo)致材 料的耐老化性能不足，嚴(yán)重影響了聚氨酯隔振器的性能。
[0005] 由聚氨酯彈性體的分子結(jié)構(gòu)決定，該類型材料阻尼、內(nèi)耗生熱較大，在各類研究論 文中，聚氨酯彈性體材料一般作為高阻尼基體材料進(jìn)行研究；目前已有的專利較多關(guān)注聚 氨酯彈性體材料的合成工藝改進(jìn)、力學(xué)性能等方面的改善，而尚未有針對隔振器專用材料 的專利申報。
[0006] 傳統(tǒng)的聚氨酯材料雖具有抗沖擊性能優(yōu)良的優(yōu)點，但也存在內(nèi)耗生熱較大、耐水、 耐油性能差的缺點，這限制了它作為隔振器材料的應(yīng)用。那么如何提供一種力學(xué)性能優(yōu)異、 內(nèi)耗低、耐介質(zhì)的隔振器用聚氨酯彈性體材料就成了本領(lǐng)域技術(shù)人員的長期技術(shù)訴求。
[0007] 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】 為克服【背景技術(shù)】中存在的不足，本發(fā)明提供了一種用于隔振器的聚氨酯彈性體材料及 其制備方法，本發(fā)明通過通過采用多異氰酸酯和聚醚多元醇為反應(yīng)原料，采用三羥基甲基 丙烷單烯丙基醚或甘油α-烯丙基醚含有不飽和雙鍵的小分二醇作為擴鏈劑合成聚氨酯 生膠，以合成的生膠作為基體材料，通過在生膠體系內(nèi)加入補強填料、硫黃和促進(jìn)劑，獲得 聚氨酯混煉膠，然后通過模壓硫化制得隔振器用低內(nèi)耗高性能聚氨酯彈性體材料，本發(fā)明 具有力學(xué)性能、耐水、耐油性能優(yōu)異，且阻尼內(nèi)耗小，適用于隔振器主體材料，同時本發(fā)明制 備工藝簡單可行，能夠滿足實際工程應(yīng)用對材料性能的要求。
[0008] 為實現(xiàn)如上所述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案： 一種用于隔振器的聚氨酯彈性體材料，所述聚氨酯彈性體材料以芳香族多異氰酸酯和 聚醚多元醇或聚酯多元醇為反應(yīng)材料，采用三羥基甲基丙烷單烯丙基醚或甘油α-烯丙基 醚含有不飽和雙鍵的小分二醇作為擴鏈劑合成聚氨酯生膠，以合成的生膠作為聚氨酯混煉 膠的基體材料，進(jìn)一步，通過在基體材料內(nèi)加入適量的補強填料、硫化劑和促進(jìn)劑，進(jìn)而獲 得聚氨酯混煉膠，進(jìn)一步通過模壓硫化制得用于隔振器的聚氨酯彈性體材料。
[0009] 所述用于隔振器的聚氨酯彈性體材料，所述合成制備的聚氨酯生膠，其每100份 質(zhì)量份數(shù)的生膠中添加補強填料20?50份、硫化劑2?5份、促進(jìn)劑5?10份。
[0010] 所述用于隔振器的聚氨酯彈性體材料，所述補強填料為補強炭黑或半補強炭黑或 氣相白炭黑中的任意一種。
[0011] 所述用于隔振器的聚氨酯彈性體材料，所述硫化劑為粉末硫磺。
[0012] 所述用于隔振器的聚氨酯彈性體材料，所述促進(jìn)劑為硫磺促進(jìn)劑，所述硫磺促進(jìn) 劑為促進(jìn)劑D或促進(jìn)劑Μ。
[0013] 一種用于隔振器的聚氨酯彈性體材料的制備方法，所述制備方法的具體步驟如 下： 一、 合成聚氨酯生膠： 首先將聚醚多元醇或聚酯多元醇進(jìn)行脫水預(yù)處理，在100?120°c真空烘箱中真空脫 水2h以上，然后按照計量將脫水后的聚醚多元醇或聚酯多元醇加入到置于75?115°C油 浴的三口燒瓶中，通氮氣并在低速攪拌下加入芳香族有機二異氰酸酯，增大攪拌速度，使兩 者混合均勻，反應(yīng)30?50min后，加入適量的擴鏈劑，繼續(xù)反應(yīng)20?30min后，將混合物倒 出，放置于100?120°C烘箱中加熱6h以上，獲得聚氨酯合成生膠； 二、 制備混合膠料： 將上步獲得的聚氨酯合成生膠與補強填料、硫化劑和促進(jìn)劑在混合設(shè)備中混合均勻， 得到混合膠料； 三、 制備聚氨酯彈性體材料： 將上步獲得的混合膠料在金屬模具中加熱、加壓成型，壓力為8?12MPa，溫度為130? 150°C，成型時間為25?50min，即可硫化成型，制得聚氨酯彈性體材料。
[0014] 所述的用于隔振器的聚氨酯彈性體材料的制備方法，所述聚醚多元醇的分子量為 1000 ?3000。
[0015] 采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下所述的優(yōu)越性： 本發(fā)明所述的一種用于隔振器的聚氨酯彈性體材料及其制備方法，本發(fā)明通過通過 采用多異氰酸酯和聚醚多元醇為反應(yīng)原料，采用三羥基甲基丙烷單烯丙基醚或甘油α-烯 丙基醚含有不飽和雙鍵的小分二醇作為擴鏈劑合成聚氨酯生膠，以合成的生膠作為基體材 料，通過在生膠體系內(nèi)加入補強填料、硫黃和促進(jìn)劑，獲得聚氨酯混煉膠，然后通過模壓硫 化制得隔振器用低內(nèi)耗高性能聚氨酯彈性體材料，本發(fā)明具有內(nèi)耗低、力學(xué)性能、耐水、耐 油性能優(yōu)異，且阻尼內(nèi)耗小，特別適用于隔振器用聚氨酯彈性體材料，同時本發(fā)明制備工藝 簡單可行，能夠滿足實際工程應(yīng)用對材料性能的要求。
[0016]【【具體實施方式】】 通過下面的實施例可以更詳細(xì)的解釋本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于下面的實施例； 本發(fā)明所述的一種用于隔振器的聚氨酯彈性體材料，所述聚氨酯彈性體材料以芳香族 多異氰酸酯和端基為伯羥基的線型聚醚多元醇或聚酯多元醇為反應(yīng)材料，采用三羥基甲基 丙烷單烯丙基醚或甘油α-烯丙基醚含有不飽和雙鍵的小分二醇作為擴鏈劑合成聚氨酯 生膠，以合成的生膠作為聚氨酯混煉膠的基體材料，進(jìn)一步，通過在基體材料內(nèi)加入適量的 補強填料、硫化劑和促進(jìn)劑，在實際實施過程中每1〇〇份質(zhì)量份數(shù)的生膠中添加補強填料 20?50份、硫化劑2?5份、促進(jìn)劑5?10份，所述補強填料為補強炭黑或半補強炭黑或 氣相白炭黑中的任意一種；所述硫化劑為粉末硫磺；所述促進(jìn)劑為硫磺促進(jìn)劑，所述硫磺 促進(jìn)劑為促進(jìn)劑D或促進(jìn)劑Μ ;進(jìn)而獲得聚氨酯混煉膠，進(jìn)一步通過模壓硫化制得用于隔振 器的聚氨酯彈性體材料。
[0017] 本發(fā)明所述的一種用于隔振器的聚氨酯彈性體材料的制備方法，所述制備方法的 具體步驟如下： 一、 合成聚氨酯生膠： 首先將聚醚多元醇或聚酯多元醇進(jìn)行脫水預(yù)處理，所述聚醚多元醇的分子量為 1000?3000,然后在100?120°C真空烘箱中真空脫水2h以上，然后按照計量將脫水后的 聚醚多元醇或聚酯多元醇加入到置于75?115°C油浴的三口燒瓶中，通氮氣并在低速攪拌 下加入芳香族有機二異氰酸酯，增大攪拌速度，使兩者混合均勻，反應(yīng)30?50min后，加入 適量的擴鏈劑，繼續(xù)反應(yīng)20?30min后，將混合物倒出，放置于100?120°C烘箱中加熱6h 以上，獲得聚氨酯合成生膠； 二、 制備混合膠料： 將上步獲得的聚氨酯合成生膠與補強填料、硫化劑和促進(jìn)劑在混合設(shè)備中混合均勻， 得到混合膠料； 三、 制備聚氨酯彈性體材料： 將上步獲得的混合膠料在金屬模具中加熱、加壓成型，壓力為8?12MPa，溫度為130? 150°C，成型時間為25?50min，即可硫化成型，制得聚氨酯彈性體材料。
[0018] 本發(fā)明的具體實施例如下： 將聚四氫呋喃醚（PTMG)(其中聚四氫呋喃醚為端羥基封端的線型聚醚多元醇中典型的 一種）在120°C下抽真空脫水2h后，將計量好的PTMG在氮氣保護(hù)下加入置于100°C油浴中 的三口燒瓶中，低速攪拌下加入NDI，增大攪拌速度，使NDI在PTMG中混合均勻并進(jìn)行反應(yīng)， 反應(yīng)30min后，加入計量的甘油α -烯丙基醚含有不飽和雙鍵的小分二醇作為擴鏈劑，繼續(xù) 反應(yīng)20min后，將產(chǎn)物倒出，置于120°C的烘箱中處理6h，得到聚氨酯合成生膠，然后按配比 稱量聚氨酯生膠、補強填料、硫磺、促進(jìn)劑，在開煉機上混煉，待混合均勻后，出片，剪裁，裝 入模具，在熱壓成型機上成型。成型溫度(上、下模）為135°C，成型壓力為lOMPa，成型時間 為 40min。
[0019] 表1實施例配方(質(zhì)量份數(shù)）
【權(quán)利要求】
1. 一種用于隔振器的聚氨酯彈性體材料，其特征是：所述聚氨酯彈性體材料以芳香族 多異氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇為反應(yīng)材料，采用三羥基甲基丙烷單烯丙基醚或甘 油α -烯丙基醚含有不飽和雙鍵的小分二醇作為擴鏈劑合成聚氨酯生膠，以合成的生膠作 為聚氨酯混煉膠的基體材料，進(jìn)一步，通過在基體材料內(nèi)加入適量的補強填料、硫化劑和促 進(jìn)劑，進(jìn)而獲得聚氨酯混煉膠，進(jìn)一步通過模壓硫化制得用于隔振器的聚氨酯彈性體材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于隔振器的聚氨酯彈性體材料，其特征是：所述合成制備的 聚氨酯生膠，其每100份質(zhì)量份數(shù)的生膠中添加補強填料20?50份、硫化劑2?5份、促 進(jìn)劑5?10份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于隔振器的聚氨酯彈性體材料，其特征是：所述補強填料為 補強炭黑或半補強炭黑或氣相白炭黑中的任意一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于隔振器的聚氨酯彈性體材料，其特征是：所述硫化劑為粉 末硫磺。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于隔振器的聚氨酯彈性體材料，其特征是：所述促進(jìn)劑為硫 磺促進(jìn)劑，所述硫磺促進(jìn)劑為促進(jìn)劑D或促進(jìn)劑Μ。
6. -種用于隔振器的聚氨酯彈性體材料的制備方法，其特征是：所述制備方法的具體 步驟如下： 一、 合成聚氨酯生膠： 首先將聚醚多元醇或聚酯多元醇進(jìn)行脫水預(yù)處理，在100?120°c真空烘箱中真空脫 水2h以上，然后按照計量將脫水后的聚醚多元醇或聚酯多元醇加入到置于75?115°C油 浴的三口燒瓶中，通氮氣并在低速攪拌下加入芳香族有機二異氰酸酯，增大攪拌速度，使兩 者混合均勻，反應(yīng)30?50min后，加入適量的擴鏈劑，繼續(xù)反應(yīng)20?30min后，將混合物倒 出，放置于100?120°C烘箱中加熱6h以上，獲得聚氨酯合成生膠； 二、 制備混合膠料： 將上步獲得的聚氨酯合成生膠與補強填料、硫化劑和促進(jìn)劑在混合設(shè)備中混合均勻， 得到混合膠料； 三、 制備聚氨酯彈性體材料： 將上步獲得的混合膠料在金屬模具中加熱、加壓成型，壓力為8?12MPa，溫度為130? 150°C，成型時間為25?50min，即可硫化成型，制得聚氨酯彈性體材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于隔振器的聚氨酯彈性體材料的制備方法，其特征是：所 述聚醚多兀醇的分子量為1000?3000。
【文檔編號】C08G18/48GK104231596SQ201410506835
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】王雯霏, 劉正, 馬玉亮 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所