[發明專利]一種高性能水聲透聲橡膠材料及制備方法

有效

• 申請號: 201310598615.4
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103589025A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 趙秀英;王哲;張立群;謝晗;范進良;郭長明
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08L11/00
• 分類號: C08L11/00;C08L9/00;C08K13/04;C08K7/00;C08K3/34;C08K3/22;C08K5/405;C08K5/47;C08K5/40;C08K5/09;C08K3/06;C08K5/01;C08K5/12;C08K3
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種高性能水聲透聲橡膠材料的制備方法，制備的透聲材料可用于船舶水聲裝備、海底石油勘探設備等水下探測裝置的包覆材料。

背景技術

在海洋工程中，利用聲納探測技術對目標物進行定位是海洋探測中比較常見的方法，而聲納主要依靠其關鍵元件——換能器來傳收聲學信號，保證換能器正常工作是實現探測的基本前提。因此對換能器等水聲裝備的包覆材料提出了較高的要求：一方面要具備較高的透聲性能；一方面要具備良好的水密性；同時還要兼顧加工性能和物理機械性能。具有高透聲性能、良好水密性及物理機械性能的橡膠材料被廣泛應用于艦船水聲裝備的包覆，并在海洋探測中發揮著重要的作用。

現在的聲吶換能器使用的是氯丁橡膠（CR）包覆層，在多年的應用試驗中發現存在著一些問題。由于氯丁橡膠在溫度較低時（5-10℃）容易發生結晶，從而導致透聲性能溫度敏感問題。長期海水環境下工作，存在微量水汽滲入影響壽命，需要提高水密性的問題。公開號為CN102504376的中國專利（亞高溫硫化固體透聲橡膠及制備方法）公開了一種透聲橡膠及制備方法，透聲橡膠為氯丁橡膠。這種透聲材料具有可低溫硫化性，良好的物理機械性能以及較好的透聲性能。但是未涉及改善低溫區域透聲性能不穩定，模量改變，透聲性能大幅下降的問題。

“混煉型聚氨酯橡膠/氯丁橡膠并用膠性能的研究”（橡塑資源利用，2012(5):5-9，）報道了一種透聲橡膠。在氯丁橡膠中加入聚氨酯橡膠，可以使并用膠的聲衰減系數變小，透聲性能增強，而且能提高并用膠的硫化速度和硫化程度；還可以提高氯丁橡膠的物理性能和耐老化性能。但為保證材料的高透聲性，厚度一般為2-4mm，橡膠材料在這樣的厚度下難以具備高水密性。同樣沒有涉及氯丁橡膠的溫度敏感性問題。

發明內容

本發明提供一種高性能水聲透聲橡膠材料的制備方法，選用結晶速率慢的氯丁橡膠，同時并用一定比例的順丁橡膠（BR），抑制氯丁橡膠的結晶，從而提高橡膠材料的透聲性能及其溫度穩定性；在配方體系中加入一定份數的納米粘土藉以提高透聲材料的水密性；通過優化膠料配方和加工工藝設計實現了橡膠材料的低溫低壓快速硫化（100-120℃，30-40min）。通過以上方法可以制備出具有高透聲性及溫度穩定性、高水密性和優良物理機械性能的水聲透聲橡膠材料。

一種高性能水聲透聲橡膠材料，其特征在于：

以質量份數計，具體組成為以下兩種混合物的共用：

且氯丁橡膠的門尼粘度為20～60；

氯丁橡膠與順丁橡膠的質量比為90/10～60/40；

所使用的硫化體系Ⅰ以質量份數計組成如下：氧化鋅5份、氧化鉛5份、促進劑NA-22?1.5份、促進劑M?0.5份、促進劑TMTD?0.5份；

所使用的硫化體系Ⅱ以質量份數計組成如下：氧化鋅5份、硬脂酸2份、促進劑PZ?1.5份、促進劑CZ?2份、硫磺2份；

所使用的增塑劑Ⅰ為芳烴油，增塑劑Ⅱ為鄰苯二甲酸二辛酯DOP和古馬隆樹脂；

以炭黑為填充體系。

所述的一種高性能水聲透聲橡膠材料的制備方法，其特征在于：

首先分別將氯丁橡膠、順丁橡膠在雙輥開煉機室溫過輥塑煉，然后依次加入各自的助劑，使之混煉均勻，得到氯丁橡膠CR和順丁橡膠BR的混煉膠；塑煉和混煉的輥溫控制在30-55℃；CR混煉膠的加料順序依次為納米粘土、氧化鋅、促進劑，再加入炭黑、芳烴油、防老劑，最后加入氧化鉛；BR混煉膠的加料順序為氧化鋅、硬脂酸，再加入促進劑、炭黑、增塑劑，最后加入防老劑和硫磺；將兩種混煉膠按氯丁橡膠與順丁橡膠的質量比為90/10～60/40；在開煉機上混合得到CR/BR混煉膠；薄通后下片，制成未硫化膠片，可用于換能器的包覆。

更具體的：

本發明的方法中，選用的基體橡膠是一種通用合成橡膠—氯丁橡膠，牌號CR121、CR122、CR321、CR322等。該類氯丁橡膠具有較低的結晶速度，門尼粘度（ML100℃1+4）為20～60。

本發明的方法中，并用一定比例的順丁橡膠來改善其耐低溫性能和加工性能。氯丁橡膠與順丁橡膠的并用比為質量比為90/10、80/20、70/30、60/40。