[发明专利]通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法

说明书

技术领域

   本发明涉及一种通过添加钕铁硼磁粉提高橡胶阻尼性能的方法。

技术背景

随着现代科技和现代工业的快速发展，机械设备趋于高速化和自动化，因此就不可避免的产生振动、噪音，疲劳断裂等一系列问题，从而影响机械的加工精度和产品质量，加速机械结构的疲劳损坏，缩短机械的使用寿命，污染环境，危害人们的身体健康。因此，减振降噪，改善人机工作环境是一个亟待解决的问题。橡胶材料以其高阻尼、低密度等特点，在减振降噪中发挥着重要作用。

橡胶材料的阻尼行为是材料受外力作用时，大分子链段产生相对运动，将机械能转化为热能的过程，属于机械阻尼。橡胶大分子链段运动是一个与温度有关的松弛过程，橡胶随着温度的升高呈现玻璃态、玻璃化转变和高弹态。当橡胶处于玻璃态时大分子链段被冻结，机械能不能转化为热能散逸，只能作为位能储存，橡胶的阻尼系数(tanδ)很小，减震效果差；处于高弹态时大分子链段运动变得容易，松弛时间相对较短，不能储存足够的机械能；当橡胶处于两态之间的转变时，即玻璃化温度(Tg)附近，大分子链段既能运动又不充分运动，故滞后现象严重，出现（tanδ）_max，使得材料在这一区域内能够吸收大量的振动能量，从而具有较好的减震效果。

不同的橡胶具有不同的玻璃化转变温度和（tanδ）_max。常用的阻尼橡胶根据阻尼性能可以分为三等，一等为丁基橡胶、丁腈橡胶，二等为丁苯橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶，三等为天然橡胶、顺丁橡胶。此外，每种橡胶还具有各自的特性。如丁基橡胶具有良好的耐老化性和耐高温性，耐油性差；丁腈橡胶耐油、耐油性能优异，耐寒及耐臭氧性较差；丁苯橡胶耐磨性能优异，弹性低、力学性能差；硅橡胶耐高温和耐低温性能优异，耐油性差，价格昂贵；天然橡胶综合性能优异、价格低廉，耐老化性差。

    单种橡胶的玻璃化转变温域较窄，tanδ随温度变化的曲线的峰较窄，橡胶的阻尼性能只在较窄的一段温度区间内较为优异。提高橡胶阻尼性能的主要方法是共聚物共混。将橡胶与另一种玻璃化转变温度不同的聚合物进行共混，可以显著增加tanδ-T曲线峰的宽度，但（tanδ）_max值下降。常用的聚合物可以是橡胶、塑料或者纤维。两种或多种橡胶材料共混可以结合各种橡胶的特性，同时增加了有效阻尼的温域范围，但是（tanδ）_max降低。当橡胶与塑料、纤维共混时，工艺复杂，成本较高。

将永磁磁粉与橡胶材料进行复合，可显著提高阻尼性能。在橡胶中添加一定尺寸的永磁磁粉，混炼均匀并硫化后进行取向充磁，制备出具有一定磁化强度的磁性橡胶复合材料，其有效阻尼温域增加，（tanδ）_max显著提高。磁性橡胶的阻尼行为同时具有机械阻尼和磁阻尼。当橡胶形变时，橡胶分子之间相互摩擦使机械能转化为内能，同时由于形变导致的总磁化强度发生变化，材料内部将产生宏观涡流，从而使部分机械能转化为内能。磁阻尼的量完全由磁粉量提供。磁粉的添加会导致橡胶相对密度的减小，从而降低机械阻尼。只有当磁粉添加量在一个合适的范围时，磁阻尼与机械阻尼的有效叠加提高阻尼性能。

钕铁硼作为第三代稀土永磁材料，以其高磁能积、高性能价格比等优异特性，现已广泛应用于航空航天、电子通讯、机电、计算技术、自动化技术、磁医疗技术等领域。钕铁硼主要由稀土元素Nd、Fe和B组成，磁体内主要含有提供磁性能的主相Nd₂Fe₁₄B、沿着主相晶界分布的富Nd相和分布在晶界的富B相。纯三元的钕铁硼永磁材料的内禀矫顽力低、居里温度低，影响了其应用。此外，由于处在晶界的富Nd相化学点位比主相低很多，磁体容易产生原电池腐蚀而发生瓦解。提高钕铁硼永磁材料的矫顽力通常可以通过添加合金元素、改进加工工艺实现。添加合金元素分为：1替代型。用稀土元素Pr、Dy、Tb等替代Nd，提高主相的内禀性能。2掺杂型。添加M_I(Cu、Al、Ga、Sn、Ge、Zn等)在主相晶粒内部形成新相分离磁性相晶粒，或添加M₂(No，Mo、V，W，Zr、Ti等)在晶界处抑制软磁相的形成，从而提高矫顽力。合金元素的添加还可改善晶界相的电化学性能，从而提高磁体的腐蚀性能。另外，用Ni、Co等元素替代Fe可提高磁体的居里温度。

钕铁硼材料的磁性能高，密度大，与其他磁粉制备的磁性橡胶相比，在产生相同磁阻尼的情况下，所添加的磁粉最少，橡胶相对含量最高，机械阻尼大。因此，钕铁硼磁性橡胶具有优异的阻尼性能。钕铁硼材料的矫顽力低，导致钕铁硼磁性橡胶不适合在较高温度中应用。

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