本發明屬于橡膠，尤其涉及一種隔音橡膠合成材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、橡膠材料作為一種重要的工業原材料，以其良好的彈性、耐磨性及抗老化性能在眾多領域中得到了廣泛應用。天然橡膠源于橡膠樹的乳膠，而合成橡膠則是通過化學方法制成，兩者均具備優良的物理機械性能，適用于制造輪胎、密封件等。隨著科技的發展與市場需求的變化，針對特定功能改進的橡膠材料不斷涌現，隔音橡膠材料便是其中之一。這種特殊橡膠不僅繼承了傳統橡膠的優點，還特別優化了其分子結構以增強對聲音的阻隔效果，成為建筑裝修和汽車制造等領域理想的隔音材料。隔音橡膠材料的主要優點包括良好的隔音效果、柔韌性和易于加工成型，能夠有效減少外界噪音干擾，被廣泛應用于建筑物墻體、地板及天花板的隔音處理，以及汽車內部隔音等方面，改善了人們的生活品質。

2、然而，現有的隔音橡膠材料其缺點也不可忽視，例如，為了達到良好的隔音效果，隔音橡膠往往需要一定的厚度，這導致整體結構的重量增加，對于汽車制造等應用場景來說并不適用；在高溫或低溫等極端環境下，隔音橡膠的性能可能會有所下降，影響其使用壽命和隔音效果；一些隔音橡膠可能含有對人體或環境有害的化學物質，在生產、使用及廢棄處理過程中存在環保與安全隱患；此外，由于隔音橡膠的生產工藝復雜以及原材料價格昂貴，導致整體造價偏高，增加了使用成本。

3、為了克服隔音橡膠材料存在的上述缺點，目前可以通過加入其他輕質高強度材料或納米材料與橡膠結合，從而減少隔音橡膠材料的重量；通過添加特定的抗老化劑、熱穩定劑等助劑可以改善隔音橡膠的耐候性，解決其在極端環境下性能下降的問題；通過研發綠色環保型隔音橡膠，將傳統石油基原料替代為綠色無毒原料，從而減少有害化學物質的使用。但是，這些方法會增加生產工藝的難度以及原料成本，難以實現大規模商用。因此，亟需開發一種隔音橡膠合成材料的制備方法，不僅具有良好的隔音效果和耐久性，而且工藝簡便，適于推廣應用。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種隔音橡膠合成材料，通過在橡膠原料中加入金屬氧化物復合物和特定的改性助劑，進一步改善了橡膠材料的隔音性能和耐久性。本發明還提供了上述隔音橡膠合成材料的制備方法，工藝簡便。

2、為了實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

3、本發明提供了一種隔音橡膠合成材料，包括以下重量份原料組成：

4、60-80重量份丁基橡膠、20-40重量份三元乙丙橡膠、20-30重量份炭黑、3-7重量份金屬氧化物復合物、7-13重量份改性助劑、10-15重量份硫化活化劑、2-4重量份硫化促進劑、1-3重量份硫化劑、2-5重量份防老劑。

5、優選的，所述硫化活化劑為硬脂酸和氧化鋅按重量比3-5:3組成的混合物。

6、優選的，所述硫化促進劑為n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、n-環己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、二硫化二苯并噻唑、二甲基二硫代氨基甲酸鋅、二乙基二硫代氨基甲酸鋅中的一種或兩種以上的混合物。

7、優選的，所述硫化促進劑為n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺和二乙基二硫代氨基甲酸鋅按重量比1:1-3組成的混合物。

8、優選的，所述硫化劑為硫磺。

9、優選的，所述防老劑為防老劑rd、防老劑mb、防老劑4010、防老劑d、防老劑ble中的一種或兩種以上的混合物。

10、優選的，所述防老劑為防老劑rd和防老劑mb按重量比3:1-3組成的混合物。

11、優選的，所述金屬氧化物復合物的制備方法，包括以下步驟：

12、將1-3重量份二氧化鈰、2-4重量份二氧化鈦和8-12重量份二氧化硅混合均勻，然后壓制成圓柱樣品，再將圓柱樣品煅燒，碎化處理，粉碎后過篩，得到金屬氧化物復合物。

13、本發明通過加入上述方法制備的金屬氧化物復合物，可以有效提高隔音橡膠合成材料的隔音性能。該金屬氧化物復合物由二氧化鈰、二氧化鈦和二氧化硅組成，這些成分各自具有獨特的物理化學性質，在增強橡膠材料的整體性能方面發揮著重要作用。

14、首先，二氧化硅作為基質材料提供了必要的物理支撐，確保了復合材料的結構完整性，它的多孔性促進了聲波在其內部表面的多次反射和散射，增加了聲波在材料內的傳播路徑長度，從而提高了吸音效率，此外二氧化硅的高穩定性和耐久性有助于維持復合材料在長期使用中的性能穩定性。

15、其次，二氧化鈰由于其良好的熱穩定性和化學穩定性，在高溫下能夠保持材料的結構穩定，更重要的是，它具有的催化活性可以促進聲波能量轉化為熱能，部分聲能被吸收并轉化為其他形式的能量，如熱能，進一步增強了材料的吸音性能，同時二氧化鈰在燃燒過程中還可以捕捉自由基，抑制鏈式反應的發生，從而延緩或阻止火焰蔓延，提高材料的阻燃性能。

16、再次，二氧化鈦不僅擁有出色的化學穩定性和光催化活性，還因其特殊的晶體結構能夠有效地增加聲波在材料內部的反射路徑，這增加了聲波在材料內的傳播距離，增強了聲波的吸收和散射效率，提升了整體隔音效果，而且二氧化鈦的添加也有助于促進炭層形成，這種炭層能夠在燃燒過程中起到隔熱隔氧的作用，從而進一步提升材料的阻燃性能。

17、本發明的金屬氧化物復合物依次經過煅燒到快冷碎化的處理過程，可以形成疏松孔洞結構，這有利于聲波的吸收和散射，同時也為材料提供了一定程度的彈性，有助于衰減振動。

18、進一步地，所述金屬氧化物復合物的制備方法，包括以下步驟：

19、將1-3重量份二氧化鈰、2-4重量份二氧化鈦和8-12重量份二氧化硅混合均勻，然后置于0.1-0.5mpa條件下壓制成圓柱樣品，所述圓柱樣品的直徑為0.5-1cm、高度為1-2cm，再將圓柱樣品置于1100-1400℃條件下煅燒100-200min，結束后將圓柱樣品置于-160～-140℃液氮條件下碎化處理30-40min，粉碎后過120-180目篩網，得到金屬氧化物復合物。

20、優選的，所述改性助劑的制備方法，包括以下步驟：

21、將5-10重量份空心玻璃微珠加入到60-80重量份氫氧化鈉水溶液中，攪拌，過濾，水洗，干燥，得到活化空心玻璃微珠；將4-6重量份n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷與40-50重量份乙醇水溶液混合均勻，然后加入2-5重量份活化空心玻璃微珠，加熱攪拌，過濾，干燥，得到改性空心玻璃微珠；

22、將1-4重量份苯膦酰二氯、5-10重量份n-(4-氨基苯基)馬來酰亞胺加入到70-90重量份二甲基亞砜中，攪拌，然后加入1-2重量份氫氧化鉀，加熱反應，減壓蒸餾，干燥，得到含馬來酰亞胺的中間體；將3-5重量份含馬來酰亞胺的中間體、1-2重量份馬來酸酐與40-60重量份二甲苯混合均勻，氮氣氣氛下加熱，然后加入0.04-0.06重量份偶氮二異丁腈反應，減壓蒸餾，干燥，得到功能聚合物；

23、將2-4重量份功能聚合物加入到40-60重量份二甲基亞砜中，攪拌，然后加入1-2重量份改性空心玻璃微珠，加熱攪拌，過濾，干燥，得到改性助劑。

24、本發明還加入改性助劑與其他組分協同作用，進一步改善了隔音橡膠合成材料的隔音性能及耐老化性能。在改性助劑的制備過程中，活化空心玻璃微珠通過將空心玻璃微珠在氫氧化鈉溶液中進行表面處理，這一過程增加了微珠表面的活性位點，提高了其與其他材料之間的界面相容性和粘結強度，經過活化的空心玻璃微珠不僅保留了原有的致密殼層和空心內部結構，還因為表面性質的變化而增強了聲波在其內部反射的能力，增加了聲波傳播路徑長度，從而消耗更多的聲波能量，有效提高了隔音效果，此外這些微珠在橡膠基體中的分散能夠形成微觀層次上的振動損耗機制，進一步增強了阻尼硅橡膠的隔音性能。

25、進一步，n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷與活化空心玻璃微珠的接枝反應，使得硅烷分子牢固地附著在微珠表面，這不僅增強了微珠與后續聚合物之間的反應性，還賦予了微珠額外的功能特性，例如改善了其分散性和穩定性，改性后的空心玻璃微珠能夠在橡膠基體中均勻分布，避免了團聚現象的發生，確保了每個微珠都能發揮最佳的隔音和增強作用。

26、本發明通過苯膦酰二氯與n-(4-氨基苯基)馬來酰亞胺之間取代反應生成的中間體具有含磷基團，這賦予了改性助劑優異的阻燃性能，功能聚合物通過共聚反應引入了馬來酸酐，不僅增強了材料的機械性能，還因其特殊的化學結構有助于捕捉燃燒過程中的自由基，抑制火焰蔓延，提升整體的阻燃等級。將功能聚合物與改性空心玻璃微珠相結合，形成了具有高度協同效應的改性助劑，這種助劑加入到橡膠基體中后，不僅能顯著改善隔音效果，還能通過含磷基團的存在進一步增強阻燃性能，同時由于硅烷接枝帶來的良好分散性和穩定性，提高了材料的耐老化性能。

27、進一步地，所述改性助劑的制備方法，包括以下步驟：

28、將5-10重量份空心玻璃微珠加入到60-80重量份2-5wt％氫氧化鈉水溶液中，在室溫、400-600rpm條件下攪拌20-30min，過濾，水洗至中性，干燥，得到活化空心玻璃微珠；將4-6重量份n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷與40-50重量份60-70wt％乙醇水溶液混合均勻，然后加入2-5重量份活化空心玻璃微珠，在70-80℃、100-300rpm條件下攪拌5-10h，過濾，干燥，得到改性空心玻璃微珠；

29、將1-4重量份苯膦酰二氯、5-10重量份n-(4-氨基苯基)馬來酰亞胺加入到70-90重量份二甲基亞砜中，在室溫、400-600rpm條件下攪拌7-15min，然后加入1-2重量份氫氧化鉀，加熱至55-70℃反應7-12h，減壓蒸餾去除二甲基亞砜，干燥，得到含馬來酰亞胺的中間體；將3-5重量份含馬來酰亞胺的中間體、1-2重量份馬來酸酐與40-60重量份二甲苯混合均勻，在氮氣氣氛下加熱至90-95℃，然后加入0.04-0.06重量份偶氮二異丁腈反應3-5h，減壓蒸餾去除二甲苯，干燥，得到功能聚合物；

30、將2-4重量份功能聚合物加入到40-60重量份二甲基亞砜中，在室溫、400-600rpm條件下攪拌10-20min，然后加入1-2重量份改性空心玻璃微珠，在65-75℃、100-300rpm條件下攪拌5-8h，過濾，干燥，得到改性助劑。

31、本發明還提供了一種隔音橡膠合成材料的制備方法，包括以下步驟：

32、按原料配方將丁基橡膠、三元乙丙橡膠加入密煉機中塑煉1-3min，然后加入炭黑、金屬氧化物復合物、改性助劑、硫化活化劑、防老劑混煉2-5min，再加入硫化促進劑、硫化劑繼續混煉2-5min，排膠，得到膠料；將膠料置于開煉機中薄通3-5次，再停放20-25h，得到混煉膠；將混煉膠置于平板硫化機上硫化20-40min，得到所述隔音橡膠合成材料。

33、優選的，密煉機的溫度為65-75℃、轉速為70-90rpm。

34、優選的，開煉機的輥距為0.5-1.0mm、溫度為55-65℃。

35、優選的，平板硫化機的溫度為150-170℃、壓力為8-12mpa。

36、本發明還提供了上述隔音橡膠合成材料在制備建筑材料與汽車材料中的應用。

37、與現有技術相比，本發明的優點和有益效果為：

38、1、本發明提供了一種隔音橡膠合成材料及其制備方法，通過在原料配方中加入金屬氧化物復合物和特定的改性助劑，與丁基橡膠、三元乙丙橡膠、炭黑等共同作用，其中，所述金屬氧化物復合物由二氧化鈰、二氧化鈦和二氧化硅經煅燒、碎化處理后制成，所述改性助劑由功能聚合物與改性空心玻璃微珠制成，進一步改善了橡膠材料的隔音性能和耐久性。本發明還提供了上述隔音橡膠合成材料的制備方法，工藝簡便，適于推廣應用。

39、2、本發明制備的金屬氧化物復合物，可以有效提高隔音橡膠合成材料的隔音性能。其中，二氧化硅作為基質材料提供了必要的物理支撐，確保了復合材料的結構完整性，它的多孔性促進了聲波在其內部表面的多次反射和散射，增加了聲波在材料內的傳播路徑長度，二氧化鈰具有的催化活性可以促進聲波能量轉化為熱能，部分聲能被吸收并轉化為其他形式的能量，如熱能，進一步增強了材料的吸音性能，二氧化鈦因其特殊的晶體結構能夠有效地增加聲波在材料內部的反射路徑，這增加了聲波在材料內的傳播距離，增強了聲波的吸收和散射效率，提升了整體隔音效果。

40、3、本發明還加入改性助劑與其他組分協同作用，進一步改善了隔音橡膠合成材料的隔音性能及耐老化性能，所述改性助劑利用表面活化和硅烷接枝的空心玻璃微珠增強聲波反射與能量耗散，同時功能聚合物中的含磷基團提供優異阻燃性，硅烷改善分散性和界面結合力。這些組分協同作用，不僅延長了聲波傳播路徑提高隔音效果，還增強了材料的耐老化性能，確保長期使用穩定性與高效隔音。