/nr磁性彈性體復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及彈性體復(fù)合材料,具體為Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Fe304/NR (Fe3O4/天然橡膠)磁性彈性體復(fù)合材料在外磁場(chǎng)作用下具有可控的磁致模量、磁致電阻、磁致伸縮、磁致阻尼及磁學(xué)性能,在減震、降噪領(lǐng)域的軸襯、自調(diào)諧式吸振器、隔振器、懸掛系統(tǒng),磁密封裝置等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料的傳統(tǒng)制備方法主要是機(jī)械共混法,即將生膠、磁粉以及其它加工助劑通過(guò)機(jī)械共混制備復(fù)合材料,但是這種制備方法會(huì)使磁性粒子在橡膠基體中的分散不均勻,且固化成型過(guò)程中磁性粒子容易聚集,從而導(dǎo)致磁性彈性體復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、彈性力學(xué)行為下降。近年來(lái),為了改善磁性粒子在彈性體基體中的分散性,科研人員通過(guò)乳液共混、溶液共混的方法制備磁性彈性體復(fù)合材料。雖然磁性粒子在基體中的分散性得到明顯提高,材料結(jié)構(gòu)均一穩(wěn)定,但是始終無(wú)法實(shí)現(xiàn)磁性粒子的高濃度摻雜,從而大大限制了磁性彈性體復(fù)合材料磁性能的提高,限制了磁性彈性體復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。因此,研宄一種磁性粒子摻雜量大、分散性好、力學(xué)性能與磁性能高的Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料及其制備方法是很有必要的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明解決現(xiàn)有的磁性彈性體復(fù)合材料磁性粒子分散不均勻、摻雜量小、易團(tuán)聚、磁性能與機(jī)械力學(xué)性能難以同時(shí)提高的問(wèn)題,提供一種Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:
1)、采用化學(xué)共沉淀法在天然膠乳中原位制備Fe3O4/乳膠復(fù)合磁性粒子乳液將一定量的FeCl2*4H20和FeCl3*6H20溶解于去離子水中,在500r/min機(jī)械攪拌下,滴加一定體積的濃度為1.34mol/L的NaOH溶液和一定體積的濃度為60wt%的天然乳膠混合液,滴加完畢后繼續(xù)反應(yīng)30~200min,然后冷卻至室溫,將所得溶液磁分離得到黑色沉淀,除去上層清液,再用去離子水超聲分散、磁分離,重復(fù)洗滌,直至上清液的pH呈中性。然后將黑色沉淀(即Fe3O4/乳膠復(fù)合磁性粒子)超聲分散于去離子水中,形成濃度為42.0mg/mL~95.0mg/mL的穩(wěn)定Fe3O4/乳膠復(fù)合磁性粒子乳液,所述Fe2+鹽與Fe 3+鹽的質(zhì)量比為1:1-1.5,鐵鹽水溶液總濃度為0.llg/mL,鐵鹽與NaOH的質(zhì)量比為2:1 ;
2 )、制備穩(wěn)定劑、硫化劑等配合劑分散體
稱取一定量的KOH和平平加O (烷基聚氧乙烯醚),50°C下溶解于去離子水中,分別配制成濃度為20wt%的KOH水溶液和濃度為20wt%的平平加O水溶液;室溫下將50g硫磺、20mL濃度為10wt%的酪素溶液、1.25mL濃度為11.5wt%的氨水、28.75mL去離子水及75mL玻璃砂子加入到容器中,以500r/min機(jī)械攪拌12h,然后通過(guò)篩子篩分將玻璃砂子與第一分散劑懸浮液分離,制得濃度為50wt%的硫磺分散體;室溫下將50g氧化鋅、20mL濃度為10wt%酪素溶液和3g甲撐二萘磺酸鈉(NF)、5mL濃度為20wt%的氨水、30mL去離子水及75mL玻璃砂子加入到容器中,以500r/min機(jī)械攪拌10h,然后通過(guò)篩子篩分將玻璃砂子與第二分散劑懸浮液分離,制得濃度為40wt%的氧化鋅(ZnO)分散體;室溫下將50g ZDC促進(jìn)劑、40mL濃度為10wt%酪素溶液和1.15gNF、28.85mL的去離子水和75mL的玻璃砂子加入到容器中,并以500r/min機(jī)械攪拌12h,最后通過(guò)篩子篩分將玻璃砂子與第三分散劑懸浮液分離,制得濃度為50wt%的ZDC促進(jìn)劑分散體;
3)、磁控模壓法制備Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料
在50°C和150~250r/min機(jī)械攪拌下,將一定量步驟2)制備的KOH水溶液、平平加O水溶液、硫磺分散體、ZnO分散體、ZDC促進(jìn)劑分散體加入到步驟I)制備的Fe3O4/乳膠復(fù)合磁性粒子乳液中,90min后將該復(fù)合乳液在50~80°C下干燥12~36h,得到預(yù)硫化天然橡膠基磁性彈性體復(fù)合材料,進(jìn)一步在混煉機(jī)上混煉5~20min,最后在10~15KPa、80~150°C、0-1.5T磁場(chǎng)條件下模壓成型,即可獲得Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料,所述KOH與膠乳干基的質(zhì)量比為1:500~1000,平平加O與膠乳干基的質(zhì)量比為1:500~1000,硫磺與膠乳干基的質(zhì)量比為1:50~150,氧化鋅與膠乳干基的質(zhì)量比為1:100~300,ZDC與膠乳干基的質(zhì)量比為 1:100-200 ο
[0005]先采用本專利中的化學(xué)共沉淀法在天然膠乳中原位制備Fe3O4/乳膠復(fù)合磁性粒子乳液,使得Fe3O4磁性粒子通過(guò)一定的化學(xué)或物理作用包覆在乳膠粒子的表面,且乳膠粒子在溶劑中的穩(wěn)定性不被破壞,F(xiàn)e3O4磁性粒子的分散性更好,不易團(tuán)聚。制備穩(wěn)定劑、硫化劑等配合劑分散體,對(duì)磁性彈性體復(fù)合材料進(jìn)行預(yù)硫化。然后對(duì)磁性彈性體復(fù)合材料進(jìn)行干燥、混煉、磁控模壓成型,以提高和控制磁性粒子的摻雜量、分散與分布,同時(shí)優(yōu)化磁性彈性體復(fù)合材料的力學(xué)性能與磁性能。
[0006]Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料,各組分重量百分比含量為:天然橡膠基體37.9-87.9wt%,F(xiàn)e3O4 10~60wt%,以及添加試劑Κ0Η、平平加0、硫磺、ZnO和ZDC共計(jì)1.5?3.5wt%0
[0007]實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)得最終制得的Fe304@G0/NR磁性彈性體復(fù)合材料中含有KOH和平平加O和硫磺和ZnO和ZDC共計(jì)1.5-3.5wt%,其中含2.lwt%時(shí)其材料性能較好。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有的Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料及其制備方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、天然膠乳中原位形成Fe3O4磁性粒子,使得Fe 304磁性粒子通過(guò)一定的化學(xué)或物理作用包覆在乳膠粒子的表面,且乳膠粒子在溶劑中的穩(wěn)定性不被破壞,大大減少了磁性粒子在加工成型過(guò)程中的團(tuán)聚,有效提高磁性粒子在聚合物基體中分散;同時(shí)磁性粒子的填充量容易控制,為高濃度摻雜磁性粒子奠定了基礎(chǔ);2、進(jìn)一步通過(guò)混煉剪切作用和磁場(chǎng)作用下的模壓成型提高和控制了磁性粒子在彈性體基體中分散與分布;3、本發(fā)明可制備得到高濃度摻雜的磁性彈性體復(fù)合材料,且具有優(yōu)異的綜合性能,生產(chǎn)原料易得、生產(chǎn)成本低、制備方法簡(jiǎn)單,適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明制備的Fe3O4/膠乳復(fù)合磁性粒子乳液靜置I個(gè)月后的光學(xué)照片;由圖可知,本發(fā)明制備的Fe3O4/膠乳復(fù)合磁性粒子穩(wěn)定性、分散性好,不易團(tuán)聚,且摻雜量大;圖2為本發(fā)明制備的Fe3O4/膠乳復(fù)合磁性粒子的SEM照片;由圖可知,本發(fā)明制備的復(fù)合磁性粒子的粒徑約為1.0 μ m,較小的粒徑更易于分散,也容易提高其摻雜量;
圖3為本發(fā)明制得的磁性彈性體復(fù)合材料的SEM照片,插圖是對(duì)應(yīng)材料的光學(xué)照片;由圖可知,F(xiàn)e3O4磁性粒子在天然橡膠基體中的分散較為均勻,磁控模壓成型的材料中磁性粒子形成有序排列;
圖4為本發(fā)明制得的Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料的XRD圖譜;在衍射角為30.0°、35.5° ,42.1° ,57.1°、62.6°等處顯示出較強(qiáng)的衍射峰,它們分別對(duì)應(yīng)于Fe3O4 (fee)的220、200、311、400、511等晶面的衍射,進(jìn)一步說(shuō)明制備得到Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料;圖5為本發(fā)明制得的Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線;由圖可知,該磁性彈性體復(fù)合材料的力學(xué)性能較好,拉伸強(qiáng)度分別達(dá)到14.0MPa和15.1MPa,磁控模壓成型的材料具有更高的力學(xué)性能。
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施例一:Fe304/NR磁性彈性體復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:
1)、采用化學(xué)共沉淀法在天然膠乳中原位制備Fe3O4/乳膠復(fù)合磁性粒子乳液將一定量的FeCl2*4H20和FeCl3*6H20溶解于去離子水中,在500r/min機(jī)械攪拌下,滴加一定體積的濃度為1.34mol/L的NaOH溶液和一定體積的濃度為60wt%的天然膠乳混合液,滴加完畢后繼續(xù)反應(yīng)30min,然后冷卻至室溫,將所得溶液磁分離得到黑色沉淀,除去上層清液,再用去離子水超聲分散、磁分離,重復(fù)洗滌,直至上清液的PH呈中性。然后將黑色沉淀(即Fe3O4/乳膠復(fù)合磁性粒子)超聲分散于去離子水中,形成濃度為95.0mg/mL的穩(wěn)定Fe3O4/乳膠復(fù)合磁性粒子乳液,所述Fe2+鹽與Fe 3+鹽的質(zhì)量比為1: 1.3,鐵鹽水溶液總濃度為0.llg/mL,鐵鹽與NaOH的質(zhì)量比為2:1 ;
2 )、制備穩(wěn)定劑、硫化劑等配合劑分散體
稱取一定量的KOH和平平加O (烷基聚氧乙烯醚),50°C下溶解于去離子水中,分別配制成濃度為20wt%的KOH水溶液和濃度為20wt%的平平加O水溶液;室溫下將50g硫磺、20mL濃度為10wt%的酪素溶液、1.25mL濃度為11.5wt%的氨水、28.75mL去離子水及75mL玻璃砂子加入到容器中,以500r/min機(jī)械攪拌12h,然后通過(guò)篩子篩分將玻璃砂子與第一分散劑懸浮液分離,制得濃度為50wt%的硫磺分散體;室溫下將50g氧化鋅、20mL濃度為10wt%酪素溶液和3g甲撐二萘磺酸鈉(NF)、5mL濃度為20wt%的氨水、30mL去離子水及75mL玻璃砂子加入到容器