阻尼丁基橡胶

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阻尼丁基橡胶
9 L9 a; q4 ?4 N% y陈兵勇 马国富 严宏洲(湖北红星化学研究所，湖北襄樊441003)

引言
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    丁基橡胶(IIR)由于其分子链上侧甲基十分密集，形成蠕虫状结构，因而具有较高的损耗因子，又因为玻璃化转变温度附近存在着次级转变，致使其阻尼性能不同于一般的弹性体，内耗峰既高又宽，因而由丁基橡胶制造的减震橡胶制品在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛的应用。

' W5 H( Z. n/ X+ P" Y    橡胶的减振性能与动态力学性能密切相关。单纯就减振而言，橡胶的tan8越大，A0．7(tan8I>0．7)所对应的温度范围越宽，损耗因子对温度的变化率越小，即具有“高、平、宽”的损耗因子，橡胶材料减振性能越好。为了对橡胶阻尼性能有深刻的了解，本文对丁基橡胶的阻尼性能进行了基础性的研究。
1 试验
+ A4 k: M5 v4 V& t* B8 M4 e1．1 原材料
+ A2 c# q' D6 ~    丁基橡胶(IIR)牌号301，为曰本进口产品；硬脂酸、氧化锌、硫黄、溴化酚醛树脂、操作助剂都为市售工业品级；炭黑是南京碳黑厂产品。
1．2 配方与工艺
    基本配方：丁基橡胶100份，酚醛树脂10～30份，氧化锌5份，硬脂酸2份，加工助剂12份。
    工艺：将IIR置于XK．160开炼机上塑炼10min～15 min，然后拉大辊距，依次加入硬脂酸、氧化锌、树脂和炭黑，薄通5～6次，出片备用。硫化条件：150℃ ×20 min，压力为150 MPa。
- T, G+ q( h# q1．3 性能测试
7 k4 ]9 D  _6 Y7 K    动态力学性能在DMA一7型粘弹谱仪上测定，测定频率为40 Hz，升温速度为5℃／min，测试温度范围为一100 oC～+100℃。
2 结果与讨论
7 r' h& a, h8 x2．1 树脂用量的影响
    选择相容性聚合物与丁基橡胶共混，是获得宽温域、高阻尼性能的有效方法，因为酚醛树脂与丁基橡胶具有相似的分子结构和强烈的分子间相互作用力，本研究选用了201树脂(溴化特辛基酚醛树脂)与丁基橡胶共混，考察其用量对丁基橡胶阻尼性能的影响。试验中201树脂既成为丁基橡胶的硫化剂，同时又是共混体系的组分之一。图1和表1显示不同树脂含量的丁基橡胶共混胶料的动态损耗因子与温度之间的关系，揭示了如下变化规律：
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8 |8 j, j5 T% m' `    (1)共混体系的玻璃化转变峰是单峰，表明两者相容性良好；(2)树脂含量增加，损耗因子极大值减小，说明体积效应是最大损耗因子下降的主要原因；(3)玻璃化转变温度随树脂含量的增加而向高温方向偏移，丁基橡胶与酚醛树脂共混后明显改善了其高温下的阻尼性能；(4)共混阻尼峰的宽度A0．7(tan8≥0．7的温度区域)比未填充时宽，这种共混高聚物体系松驰谱图变宽现象可用浓对磺落理论用来解释。由于浓对磺落是共混体系所特有的，共混物的宏观玻璃化转变温度Tg与组分的关系相当密切。
9 m2 [; l( n& K  {    因此，浓对磺落会引起的Tg值的分布，基于松弛时间对Tg的依赖性，Tg的分布必然会引起松弛时间的分布。在这一前提下，由动态力学方法测得共混物松弛谱图的形状及宽度，是由浓对磺落引起的玻璃化转变温度及松弛时间的分布形成的。

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2．2 填料对橡胶材料阻尼性能的影响
    在阻尼橡胶的研制过程中，采用树脂共混改性的丁基橡胶(未加补强填充剂)虽然在一定程度上实现了宽温高阻尼的目的，但同时存在着玻璃化转变区tan6对温度非常变化敏感，硫化胶弹性模量较低，只局限于制造约束阻尼结构的产品等缺点。
    研究结果表明，填充剂是除橡胶本身外，影响胶料动态阻尼特性的显著因素  。为了尽可能提高材料的压缩弹性模量，降低蠕变和阻尼性能对温度的依赖性，在阻尼材料中往往加入一些填充剂。本研究选用了碳黑和云母片，考察其对丁基橡胶阻尼性能的影响。
2．2．1 填料粒径对丁基橡胶阻尼性能的影响
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    图2为不同粒径的碳黑(20质量份)填充丁基橡胶的动态力学谱图，在所研究的碳黑补强胶料中，用N770补强的共混胶tanδ峰最高，而用N330补强的共混胶tanδ峰最低，这说明橡胶的阻尼性能与填料的粒径大小有关；填料的粒径小，比表面积大，与橡胶分子的接触表面大，物理结合点较多，。在动态应变中，物理结构不断地分解生成，导致滞后损失。
6 p3 f* }2 C7 Y) I! k& t  \2．2．2 填充剂用量的影响
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3 ?2 f1 f7 j/ c    图3为不同碳黑用量填充的丁基橡胶的阻尼性能。由图可见，在所研究的三种共混胶中，在玻璃化转变区域填充40份炭黑的共混胶的tanδ最低，而填充剂10份炭黑的胶料的tanδ最高。这表明，在此温度区域填充高聚物的阻尼效应基本上受体积效应的控制，而在玻璃化转变区以上的温度区域，填充炭黑量少的共混胶的tanδ明显低于炭黑填充量多的胶料。如图3所示，在80℃时，填充10份炭黑的共混胶，tanδ为0．218，低于填充20份(tanδ为0．345)和40份炭黑的丁基橡胶(tanδ为0．268)，表明在玻璃化转变区以上的温度区域(橡胶相)，由于聚合物链段运动显著加剧，链段同填料或填料与填料间的摩擦使链运动相对滞后，角增大，使体系的阻尼增大。上述现象说明，填料对阻尼的影
9 _$ `9 k- n. q  x+ G) C. G2 l响在不同的温度区域呈现出不同的特征。添加填料在一定程度上拓宽了阻尼峰的宽度，降低了tanδ对温度的依赖性，改善了高温下的阻尼性能。
2．3 硫化体系对丁基橡胶阻尼性能的影响
   据文献报道，硫化橡胶动态力学性能与橡胶交联键的类型有关，笔者考查了用不同硫化体系硫化的丁基橡胶的阻尼性能。表2所示为用硫黄硫化体系、酚醛树脂硫化体系、醌肟硫化体系硫化的丁基橡胶的阻尼性能。研究结果表明，硫化体系对丁基橡胶阻尼性能的影响很小。
3 u2 v# |# s; v- c    这种现象可以通过丁基橡胶的结构来说明。丁基橡胶是由异丁烯和少量异戊二烯的共聚物，其中聚异丁烯组分在97％以上，正是由于聚异丁烯结构中致密的侧甲基的作用，使得丁基橡胶具有优异的阻尼性能，而聚异戊二烯的引入使得丁基橡胶的硫化得以实现。因此，丁基橡胶的阻尼作用来自其分子结构中聚异丁烯链段的贡献，硫化体系的类型对其阻尼性能影响较小。
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; y. K% F5 R/ ?6 b* ^! ?6 d3 结论

* d4 o' k8 g$ c) }(1)采用201树脂丁基橡胶共混，通过调节树脂用量，可得到不同玻璃化转变温度的宽温域高阻尼橡胶材料。
' ]! K# n6 K9 V* Z: O(2)填充碳黑可以改善阻尼材料中橡胶相的阻尼性能，减少玻璃化转变区阻尼性能对温度的依赖性。
(3)丁基橡胶的阻尼性能来源于其分子结构中聚异丁烯链段的贡献，其阻尼性能不随硫化体系的改变而改变。

山东老姜

正好用的着，谢谢楼主，辛苦了！

xingguang2002

谢谢了,阻尼系数可以有公式计算么?

tianshen

谢谢楼主的分享资料！

暴雨急

好啊好，好啊好，学习中，学习中，呵呵

沧海一粟

好东西，还是好人多！好好学习天天向上！

oyyingfeng

谢谢 楼主分享资料！

木月

找的好辛苦啊！~谢谢楼主！~

wangkeyong

好东西啊，我正在做着方面的！

bestcxy

学习了，呵呵