氯丁橡胶对NR_NBR阻尼性能的影响_夏铭辰.pdf

研究开发弹性体，（）：基金项目：山东省重点研发计划项目（）作者简介：夏铭辰（），男，辽宁丹东人，在读硕士研究生，主要从事聚合物凝聚态科学与橡塑材料结构及性能调控的研究工作。通讯联系人：薛美玲（），女，山东高密人，教授，主要从事橡塑材料研发方面的工作。收稿日期：氯丁橡胶对 阻尼性能的影响夏铭辰，王文俊，王栋栋，李娜，孙成，张景阳，薛美玲（青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 ）摘要：基于天然橡胶丁腈橡胶（）存在不连续的两个高、低温阻尼温域区，给定 的质量比为 ，采用氯丁橡胶（）对其进行了阻尼改性研究。通过拉伸压缩循环、动态力学损耗和压缩生热对改性效果进行了表征，并考察了 用量对 硫化特性和力学性能的影响。结果表明，随着 用量的增加，拉伸压缩循环过程的滞后能量密度（）和滞后能量损失效率（）均增加，且提高幅度在压缩循环过程中更为明显，表明体系的阻尼性能提高、且在压缩形变时更有效。份 使 的波谷区域明显提升，改善了其在 的阻尼性能，同时也使并用胶在压缩生热实验中的永久变形增大、最终温升显著提高。此外，使 硫化胶的焦烧时间和硫化时间缩短、交联程度下降、拉伸和撕裂强度以及断裂伸长率下降、定伸应力稍增加。关键词：天然橡胶丁腈橡胶；阻尼性能；氯丁橡胶；力学性能中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）随着现代社会机械化程度的提高，人们对工作与生活环境的安全性和安静的要求也越来越高，这在很大程度上提高了对阻尼减振材料的性能要求。天然橡胶（）强度高、量大、面广，其综合性能居所有胶种之最，因而应用最为广泛。但其顺，结构使分子链柔顺性极好，力学损耗小，阻尼性能较差。而丁腈橡胶（）因结构单元中极性氰基的存在，使分子间内聚能较强，链段运动能力受阻，内摩擦和力学损耗较大，阻尼性能较好，但力学性能却远不如。因而无论在研究还是工程领域均有着将二者并用用作对综合性能有要求的阻尼材料上的例子。但二者无论在极性和表面张力、溶解度参数和熔体黏度等方面均 存 在差 异，导致 二者相容性差，影 响 阻尼性能和综合性能的发挥。贾雷雷分别采用环氧化天然橡胶（）、乙烯醋酸乙烯酯共聚物（）和氯丁橡胶（）对 进行了增容研究，改善了并用胶的阻尼性能。王建功等 对 并用胶的阻尼性能进行了较为系统的研究，发现 不但将的有效阻尼温域拓展到了较高温度，还可明显拓宽有效阻尼温域，使的阻尼性能得到改善。但鉴于 与 间的相容性问题，使得并用胶在动态黏弹谱（）曲线上出现两个相互分离的阻尼峰，且两阻尼峰之间存在大的波谷，波谷处的损耗因子 ）也远低于波峰处，形成了阻尼缺陷区，使 不能实现宽温域阻尼。基于以上问题，考虑到氯丁橡胶（）的阻尼性能明显好于，且其溶解度参数（）为 ，介 于（）和 （）之间，将其并用到 中，期待改善其阻尼缺陷区和宽温域问题。本文研究了 用量对 并用胶各项性能的影响。实验部分原料：牌 号 ，海 南 天 然 橡 胶 公 司；DOI:10.16665/ki.issn1005-3174.2022.06.002 ：牌号 ，朗盛台橡（南通）化学工业有限公司；：牌号 ，山纳合成橡胶有限公司；炭黑（）：牌号 ，美 国 卡 博 特 公 司；硫 磺（）：牌号 ，广州金昌盛科技有限公司；促进剂 、促进剂 、防老剂 和防焦剂 均由广州金昌盛科技有限公司提供；其他助剂如 硬 脂 酸（）、氧 化 锌（）和 氧 化 镁（）均为市售橡胶助剂。仪器及设备 型转矩流变仪：上海科创橡塑机械设备有限公司；（）型开放式炼胶机：上海双翼橡塑机械有限公司；型无转子硫化仪：美国 公司；型平板硫化机：中国浙江湖州东方机械有限公司；型气压自动切片机、型 回 弹 试 验 机：高 铁 科 技 股 份 有 限 公 司；型万能材料试验机：德国 公司；型橡胶硬度计：上海化工机械四厂；型动态黏弹谱仪：德国耐驰公司。实验配方给定与 的质量比为 。；，。变量助剂的用量均随 用量的变化而改变。试样制备采用两段混炼工艺。一段混炼工艺：设定温度为 ，转速为 。达到设定温度后，先加入 和 ，待软化后加入 和，待吃料完全后，分次加入 份炭黑，继续混炼 ，下片，停放。该段混炼的物料温度和排胶温度不超过 。二段混炼工艺：设定温度为，转速为 。达到设定温度后，加入一段混炼的混炼胶，待胶料软化后加入 、和，混炼 后加入、和 并继续混炼 ，排胶，下片。胶料停放 后硫化。二段混炼的物料温度及排胶温度不超过 。硫化 工 艺：采 用 平 板 硫 化 机，硫 化 温 度 为 ；用于物理机械性能测试样品的硫化时间为正硫化时间（）；用于压缩生热及压缩循环测试样的硫化时间为（）。测试与表征硫化特性 按 照 进行测试；拉伸和撕裂性能分别按照 、进行测试；硬度按照 进行测试；回弹性按照 进行测试；压缩生热性能按照 进行测试。拉伸循环过程按照 进行测试，拉伸应变为 ，压缩率为。动态力学性能采用动态黏弹谱仪测试：采用双悬臂梁模式，升温速率为 ，频率为 ，扫描温度为 。结果与讨论 用量对 硫化特性的影响表为与 质量比为 时，用量对 并用胶硫化特性的影响。图为相应的焦烧时间（）、和实际硫化时间（）分别随 用量的变化趋势图。表 用量对 并用胶硫化性能的影响性能 用量份 （）（）（）用量份图 用量对 并用胶硫化特性的影响数据表明，加入 份 后，和 均显著缩短，稍降低但明显降低，这表明 使 缩短，加工安全性降低；使硫化时间缩短，促进了硫化速率；对初始扭矩影响不大，却使最大扭矩弹性体第 卷明显降低，表明其使交联程度下降。随着 用量的继续增加，并用胶的、和的降低幅度明显变缓。导致以上现象的原因是少量因分布在 相中造成参与硫化交联的实际用量减少而影响交联程度，因而使降低；用于 硫化的 、和 等活性剂和促进剂促进了硫磺硫化的速率，因而使 和硫化时间均缩短。用量对 力学性能的影响表为与 质量比为 时，用量对 三元并用胶综合力学性能的影响，图（）和（）分别给出了拉伸和撕裂强度、断裂伸长率和 定伸应力随 用量的变化趋势。数据表明，随着 用量的增加，拉伸和撕裂强度以及断裂伸长率均明显下降，表明三者的相容性不好。但 定伸应力却稍增加，原因是结晶能力较强的 在拉伸过程中发生了部分结晶，结晶的生成使维持小应变的应力增加，但在大应变（接近断裂应变时）下该结晶对力学强度的正贡献却远远地被相界面对力学强度的负贡献所掩盖。因而，出现了虽然强度和断裂伸长率下降，而 定伸应力却稍增加的现象。表 用量对 并用胶力学性能的影响性能 用量份 拉伸强度 撕裂强度（）拉断伸长率 定伸应力 邵尔硬度 回弹性 用量份（）用量份（）图 用量对 并用胶力学性能的影响 用量对 并用胶滞后性能的影响橡胶材料具有阻尼性能的原因是当外力通过拉伸压缩形变对橡胶做功时，部分功在外力去除后并没有随着形变的恢复而消耗，而是以热的形式耗散掉了，从而在应力应变曲线上产生一个滞后圈。通常，滞后圈的面积大小可用滞后能量密度（）表示，用以定性表征橡胶材料在一个完整的拉伸压缩回复过程中所消耗的能量，也就是材料阻尼性能的大小。而滞后圈的面积与拉伸压缩曲线下的积分面积的比值定义为滞后能量损失效率（），表征损耗能量占外界输入能量的比率，也用以表征材料阻尼性能的大小。图为 用量对 并用胶滞后性能的影响，表为相应的数据。由图和表可见，随着 用量的增加，拉伸和压缩过程的 和 均增加，表明体系 的 阻 尼 性 能 提 高；而 压 缩 过 程 的 和 提高幅度更大，表明 对经受压缩形变的 材料的阻尼性能改善更为有效。用量份（）拉伸回复过程第期夏铭辰，等 氯丁橡胶对 阻尼性能的影响 用量份（）压缩回复过程图 用量对并用胶的影响表 用量对 并用胶滞后能量密度（）滞后能量损失效率（）的影响 用量份拉伸恢复过程压缩恢复过程 用量对 并用胶阻尼性能的影响进一步地，对 并用胶的动态力学行为（）进行了分析，图给出了 份 对 （）并用胶 曲线的影响，表给出了相应的峰值温度、损耗因子 和有效阻尼温域（）数值。由图可见，无 时，分别在峰值温度为 和处显示 分别为 和 两个损耗峰。两个损耗峰之间存在一个显著的波谷，波谷峰值温度为 ，谷底处的 仅为。该波谷将有效温度阻尼温域（）分割为高、低温两个区域，高温区域为 ，低温区为 ，总有效阻尼温域为。当加入 份 时，的波谷区域得到明显提升，最低处的 提高到了，且高温阻尼峰向高温移动了，该区峰值 也增加到 ，这表明高温阻尼性能加强；但同时，使低温阻尼性能下降，使低温有效阻尼温域消失，仅剩下有效阻尼温域为 的高温阻尼区域。表（份）对 并用胶动态物理机械性能的影响 用量份峰峰峰 温度变化（）温度图（份）对 并用胶 曲线的影响根据加入 份 前后 谱图的变化，可以推测导致上述现象的原因是：与 和 之间的差别相容性，使其与两相之间发生了差别性相容和选择性分布：部分 倾向于与 亲和并分布在 相区，该行为协同了 的阻尼作用，体现为并用胶的高温阻尼区向高温进一步拓展，且峰值阻尼系数也增大；而由于 份 的加入使相的含量被稀释，因而其 的数值下降，低于有效阻尼值；同时，独立成相的部分 也在高、低温阻尼峰之间呈现一个小的阻尼峰，恰好提升了原并用胶的波谷高度。用量对 并用胶压缩生热的影响黏弹性材料在往复形变下产生可逆形变和不可逆形变，其中不可逆形变的滞后损耗会转化为热能引起导热性差的材料的温度升高。因此，通过考察材料在往复压缩形变下的永久变形和温升效应，可以反映弹性体材料的黏弹特性和阻尼效应。表和为 用量对 在压缩生热实验中永久变形与最终温升的影响。可见，加入 份 后，材料的最终温升提高了，永久变形也稍增加，表明链段的形变滞后效应显著增大，也就是形变阻尼现象显著增强。随着 用量的增加，材料的永久变形逐渐增大，最终升温也迅速提高。当 用量增加到 份时，永久变形弹性体第 卷增加了，最终温升提升了。表明 的加入显著增大了链段运动所需要的能量阈值，因形变滞后需要消耗更多的能量并使之转化为热能，也表明材料的阻尼作用越来越大。表 用量对 并用胶压缩生热和永久变形的影响性能 用量份 永久变形 最终温升 结论（）使 拉伸压缩循环过程的 和 均增加，且提高幅度在压缩循环过程更明显，表明体系的阻尼性能提高、且在压缩形变时更有效。（）份 使 的波谷区域得到明显提升，继续加入 份 使波谷区基本消失并形成平台，阻尼缺陷区消失，显著地改善了材料在 之间的阻尼性能。（）使 在压缩生热实验中的永久变形增大，最终温升显著提高。（）使 的焦烧时间和硫化时间缩短，交联程度下降，拉伸和撕裂强度以及断裂伸长率下降，定伸应力却稍增加。参考文献：王明毫，朱金华，卢世杰，等硅橡胶阻尼材料的研究进展 弹性体，（）：黄光速，吴锦荣，郑静橡胶阻尼材料的研究进展高分子通报，（）：陈爱志橡胶阻尼减振机理橡塑资源利用，（）：，雷云霄，曹建新，王稚阳碳酸钙晶须补强炭黑天然橡胶丁腈橡胶复合材料的性能研究 橡胶工业，（）：许勇，冯志博，牛凯晶，等 隔震支座用天然橡胶丁腈橡胶受阻酚 复合材料的制备与性能研究橡胶工业，（）：杨静娜天然橡胶受阻酚丁腈橡胶杂化复合材料的制备及性能研究 北京：北京化工大学，贾雷雷天然橡胶复合材料的制备与性能研究化学与粘合，（）：魏继军，刘英杰，高晟强，等乙烯醋酸乙烯共聚物对天然橡胶丁腈橡 胶 并 用 胶 性 能 的 影 响 橡 塑 技 术 与 装 备，（）：王建功，魏继军，任慧，等有机蒙脱土对 阻尼材料性能的影响 橡塑技术与装备，（）：王建功，任慧，魏继军，等 环氧化天然橡胶对天然橡胶丁腈橡胶阻尼材料性能的影响 橡胶工业，（）：王建功，任慧，王树杰，等 橡胶合金 对天然橡胶丁腈橡胶 阻 尼 材 料 性 能 的 影 响 合 成 橡 胶 工 业，（）：王建功，梁世宗，任慧，等 均匀剂 对天然橡胶丁腈橡胶共混胶性能的影响合成橡胶工业，（）：王建功，王树杰，逯祥洲，等 多壁碳纳米管对天然橡胶丁腈橡胶 阻 尼 材 料 性 能 的 影 响 合 成 橡 胶 工 业，（）：，（，）：（），（），（）（），；，：；第期夏铭辰，等 氯丁橡胶对 阻尼性能的影响