橡胶阻尼材料研究进展_王如义
橡胶阻尼材料研究进展_王如义
王如义等 1 橡胶阻 尼材料研究进展
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由体积变大, 产生稀释效应, 从而降低材料的阻尼 性能[ 17] ; 二是添加片状填料的橡胶材料受外力作 用发生变形时, 片状填料会发生取向, 从而使填料 与橡胶之间产生摩擦, 起到降噪的作用[ 11] 。 21413 其它助剂
关键词: 橡胶; 阻尼材料; 阻尼性能; 减震 中图分类号: TQ 330; TQ 3361 4+ 2 文献标识码: B 文章编号: 1000-890X( 2003) 02-0088-06
机械运转产生的振动和噪声不仅污染环境, 而且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。利用增 大机械系统或结构的能量损耗而减轻机械振动和 降低噪声的阻尼研究一直是国内外关注的热点。 现在, 已有许多新材料和新技术不断应用于阻尼 减震, 其中高分子阻尼减震材料以其优异的性能 越来越引起人们的重视。采用橡胶阻尼材料, 不 仅可以最大限度地降 低机械噪声和 减轻机械振 动, 提高工作效率, 而且十分利于提高产品质量。 以汽车工业为例, 减震橡胶材料的使用大幅度提 高了汽车的舒适性、稳定性和安全性。目前, 橡胶 阻尼材料已在很多领域广泛应用, 且其需求量日 益增大[ 1] 。本文简要介 绍了橡胶阻尼 材料的研 究进展。
此外, 交联度对阻尼性能也有影响。试验表 明[ 8] , 交联度增大, 材料的阻尼温度范围变大, 但 并不一定导致 S 增大, 原因是 S 值的大小取决于 材料各组分的分子结构。交联度适当, 有利于提 高材料 的阻尼 性能。曾 威等[ 11] 认为, 交 联度减 小, 橡胶大分子链活动性增强, 大分子链段间、填 料与填料间、大分子链段与填料间的摩擦机会增 多, 有利于振动能转化为热能, 从而提高材料的阻 尼性能。但交联度对 阻尼性能的影 响是较复杂 的, 不同橡胶阻尼材料的适合交联度范围还有待 进一步的研究。 212 使用温度和振动频率
减震橡胶材料的研究进展
减震橡胶材料的研究进展第一篇：减震橡胶材料的研究进展减震橡胶材料的研究进展在这次报告中，赵老师给我们讲了高阻尼减震聚合物的研究进展、减震高分子材料的应用及高减震天然橡胶。
震动在有些情况下是具有很大危害的，大到地震，小到机器震动产生的噪声、能耗。
减少震动的措施有减少振动源的振动、隔离振动的传递。
橡胶因其具有高弹性、高粘性、及良好的综合性能，被广泛应用于减震材料领域。
利用橡胶的阻尼特性，当材料受外力作用发生变形时，高分子链间产生内摩擦，使部分振动能量转化为热能逸散。
阻尼特性用损耗因子tanδ表示，tanδ越大材料的阻尼和生热越显著。
用做减震目的的橡胶材料可分为：普通橡胶材料，用于耐油、耐天候、高阻尼、耐热硫化胶。
测定聚合物阻尼性能常用的实验方有：动态扭摆法（trsional braid analysis,TBA）、受迫共振法、受迫共振非振法（动态粘弹谱实验DMA）。
DMA最常用，能直接给出E``-T、tanδ-T的关系曲线。
曲线越平缓、tanδ值越高、T反胃越宽，则阻尼性能好。
影响橡胶材料阻尼性能减震性能的因素：材料的形态结构。
分子链侧基体积较大、数量多、极性大、分子间氢键多、作用力强的橡胶阻尼性能好。
共混体系各组分的相容性直接影响材料的阻尼性能。
共混各组分间应有适当过渡层。
交联体系。
硫化程度适当提高。
使用温度和振频。
振动频率对弹性体的影响与温度相似。
低频与高温、高频与低温对弹性体动态力学性能的影响一致。
聚合物共混比。
为保证阻尼材料具有较好的力学性能和阻尼性能及较宽的玻璃花转变温度范围，其聚合物的共混比应适当。
补强填充剂。
助剂的添加可以改善提高聚合物的性能，对阻尼性能的影响因不同助剂而有所差别。
改性方法：橡胶与聚合物（橡胶、塑料、纤维）共混、接枝共聚、嵌段共聚、IPN法。
并介绍了各方面相应的研究进展。
减震高分子材料用于电气设备、电子仪器、办公自动化设备、建筑、汽车、铁道、车辆等领域高阻尼橡胶材料的发展方向减震橡胶材料的研究进展在报告中，赵老师给我们讲了高阻尼减震聚合物的研究进展、减震高分子材料的应用及高减震天然橡胶。
丙烯酸酯橡胶阻尼材料研究进展
尼 材料 又 一 个 重 要 的 发展 方 向 。
关 键 词 ： 烯 酸 酯 橡 胶 ；阻尼 材 料 ；研 究 进 展 丙 中 图 分 类 号 ： Ｑ３ ３ ９ Ｔ ３．７ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ ～ ９ ６ ２ １ ） 卜 ０ ３ — ３ ０ ２４ ５ （ ０ ２ ０ ０ ０ ０
ｕ ｅ ｎ ｈｉ ～ ｅ ｐ ｒ ｔ ｅ ｅ ｖｉｏｎ ｅ ｍ ｐ ｎ ｒｏｒ ａ ｅ ｒ ｍ ａｎ ｏ ｂｅ ｆ ｔ ｒ ｒ ｓ ａ ｃ ｄ ａ ｃ ｌ ｃｉ ｇ ｓ ｄ ｉ ｇｈ ｔ ｍ ｅ ａ ｕｒ ｎ ｒ ｍ ｎｔｏｆｄａ ｉ ｇ ｐｅ ｆ ｍ ｎｃ ｅ ｉ ｔ ｕｒｈｅ ｅ ｅ ｒ ｈｅ ｎｄ ｏｌｅ ｔｎ
等综合 性能 优异 的合 成 橡 胶 ， 高 温仅 次于 氟 橡 胶 和 耐 硅 橡胶 ， 价格仅 为氟 橡胶 的 １ １ 。丙 烯 酸酯 橡 胶 阻 且 ／０
尼 材料 在室 温 附近 的 阻尼 性 能优 越 ， 时具 有 良好 的 同 粘 结性 能和 力学性 能 ， 以及 耐 热 、 老 化 等优 点 ， 减 耐 在 振 和 吸声 等领 域 逐 渐 受 到 关 注［５， 广 泛 应 用 于 汽 １］ 并 －
ｇ ｅ ｎ ｎｄ ｍ ｕｌｉｆ ｎｃ ｉ ｓｏｎ ｆｔ ｗ ａ ｐｉ ａ ｅ ｉｌ ｌ ｂｅａｎ ｉ ｐ ｔ ｔｄ ｖｅｏｐ ｅ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏｆｔ ｅ ｒｅ ａ ｔ— ｕ ｔｏｎ ａ ｅ ｏ ｈｅｎｅ ｄ ｍ ｎｇ ｍ ｔ ｒａｓ ｗｉｌ ｍ ｏｒａｎ ｅ ｌ ｍ ｎｔｄｉｅ ｔｏ ｈ
橡胶阻尼材料研究进展
橡胶阻尼材料研究进展摘要：在本文中，对近些年来的对橡胶阻尼材料的研究进了简单的介绍。
经过大量经验得知，对于橡胶阻尼材料进行设计的主要原则是：尽量使有效阻尼温度的范围增大，增大其损耗模量以及滞后损失，减小其储存模量。
为了对橡胶阻尼材料的减震性能进行提高，目前采用最广泛的方法是：材料结构改进、橡胶接枝和嵌段共聚以及橡胶与橡胶、纤维、塑料共混。
关键词：橡胶阻尼材料研究进展前言：机械在运转时会产生污染环境的震动以及噪声，同时这些危害的产生对于机械加工的密度以及精度也都会有影响，从而造成机械的使用寿命会缩短，机械结构会因疲劳而发生损坏。
为了使这个问题得到解决，国内外的研究人员一直致力于增大机械系统或结构的能量损耗的研究。
新的技术以及新的材料在阻尼减震的研究中不断被引用，由于高分子阻尼减震材料具有优异的性能而不断的在阻尼减震中得到应用。
对于此种材料的应用，既可以有效的减低机械震动以及噪音，并且使机械产品的质量得到了保证。
在汽车工业中，对于减震橡胶材料的使用，使得汽车的舒适性、安全性以及其稳定性都得到了大幅的提高。
在本文中对橡胶阻尼材料以丙烯酸酯橡胶、聚氨酯为例的研究进展进行了简单的介绍。
一、橡胶材料的阻尼机理简介橡胶材料之所以能够产生阻尼作用，这是由于其滞后现象。
当橡胶出现拉伸-回缩这一循环变化时，会产生链段间的内摩擦阻力，为了要克服这种阻力就会产生内耗。
当橡胶处于玻璃态时其分子链段的运动能力几乎为零，模量很高，不能完成机械能转变成热能的耗散，能量的贮存形式是位能；分子链段的运动能力较高时，橡胶是处于高弹态，但是这个阶段对于机械能的吸收的能力是有限的，所以我们需要对一种转变区域进行确定，即在这个区域里，橡胶材料的模量较低，损耗因子较高，这样只要振动频率在要求范围内，分子基团间就能进行相互耦合，从而耗散振动能量。
此外，大量的专家学者定量研究了橡胶材料的阻尼机理。
其中包括：阻尼性能与分子结构的定量关系研究、互穿聚合物网络的协同效应等等。
SIS_石油树脂共混物高温阻尼性能的研究
SIS/石油树脂共混物高温阻尼性能的研究吴彩云毛晓东吴驰飞华东理工大学高分子合金研究室上海200237摘要:通过动态力学分析研究苯乙烯异戊二烯苯乙烯嵌段共聚物SIS/石油树脂共混物的高温阻尼性能。
结果表明SIS有两个独立的tan峰聚苯乙烯PS硬段含量越大SIS的高温tan峰值越大粘流温度越高高温阻尼性能越好。
SIS/石油树脂共混物的有效阻尼温度范围和tan峰值较大高温阻尼性能较SIS好石油树脂软化点升高共混物的阻尼温度范围增大且向高温方向移动。
SISA/石油树脂P140共混比为40/60时共混物在57109范围内的阻尼性能较好。
加入PS或PS/云母可使共混物的阻尼温度范围进一步向高温方向偏移。
关键词:苯乙烯异戊二烯苯乙烯嵌段共聚物石油树脂聚苯乙烯云母阻尼性能动态力学分析中图分类号:TQ3343TQ32682文献标识码:A文章编号:1000890X200705026605高分子材料可以通过分子间的内摩擦把动能转化为热能特别是在玻璃化温度Tg附近分子链可充分运动但运动又严重滞后的特性使材料出现内耗产生阻尼效果12。
目前高分子阻尼材料已成为国内外关注的热点材料广泛用于仪器和设备的减震和降噪24。
高分子阻尼材料的自由阻尼和约束阻尼可分别用损耗模量E和损耗因子tan表征。
tan与模量的关系为tanE/储能模量E。
E和tan 值越大阻尼效果越明显E决定粘流温度影响材料的有效阻尼温度范围2。
通用型阻尼材料的玻璃化转变温度范围即有效阻尼温度范围一般要求为6080同时tan值大于0.35。
然而均聚物或无规共聚物的玻璃化转变温度范围一般为2030且其粘流温度较低。
为此常采用机械共混、接枝共聚、嵌段共聚、形成互穿网络及氢键杂化等方法制备阻尼性能好的高分子材料18。
本工作通过动态力学分析DMA研究苯乙烯异戊二烯苯乙烯嵌段共聚物SIS/石油树脂共混物的高温阻尼性能。
1实验11原材料SIS牌号Quintac3460SISAQuintac3520作者简介:吴彩云1983女湖北松滋人现就职于普利司通中国研究开发有限公司硕士从事橡胶原材料研发。
宽温域高阻尼橡胶材料研究进展
3. 1 橡胶材料的形态结构 橡胶的形态结构对其阻尼性能有决定性的
影响。由基团贡献理论可知, 分子链上侧基体积 大、数量多、极性大以及分子间氢键多、作用强 的橡胶的阻尼性能好[4]。在通用橡胶中, 丁基橡 胶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, 所以内耗峰既高又 宽。再如丁腈橡胶, 由于腈基的强极性对阻尼有 较大的贡献, 因此也具有较大的损耗因子。 另 外, 三元乙丙橡胶由于具有侧甲基, 阻尼性能较 好, 同时又有良好的综合性能, 从而引起了不少 研究人员的注意。 3. 2 使用温度和振动频率
N R , 制备减震橡胶制品[9]。 有研究人员采用 NBR PV C 共混来改善 NBR 的阻尼特性[10, 11 ]。 NBR 与 PV C 溶解度参数相近, 因此其共混体 系能达到链段级相容, 其阻尼材料不管硫化与 否, 均只有一个阻尼峰。NBR 与 PV C 的玻璃化 转变温度分别为- 15 °C和+ 90 °C, 其共混体系 的阻尼峰在 20 °C 左右出现; 经老化处理后, 其 混合体系的阻尼峰向高温方向迁移, 同时阻尼 温域变宽。韩俐伟[12]等对NBR PV C 共混体系 也 作 了 深 入 的 研 究, 采 用 熔 融 共 混 工 艺, 将 NBR 与 PV C 并用, 制备了阻尼性能优异的橡 塑减震材料, 其阻尼性能详见表 1。
使用条件不同, 阻尼材料适合振动频率的
范围亦不同。 振动频率对弹性体的影响与温度 的相似。低频与较高温度、高频与较低温度对弹 性体动态力学性能的影响一致[2]。 在实际工程 中将阻尼材料分为低频高阻尼材料和高频高阻 尼材料。对于不同的使用环境, 可采用适合不同 振动频率的高阻尼橡胶材料。
72%20丁基橡胶塑料多层共挤阻尼性能的研究doc
丁基橡胶/塑料多层共挤阻尼性能的研究郑梯和1刘爱学1张风顺2王文志11 株洲时代新材料科技股份有限公司，株洲4120072 四川大学高分子研究所，成都610065摘要：本文以丁基橡胶与塑料为主要原料，采用微纳共挤装置制备多层阻尼材料。
通过DMTA 与扫描电镜分析,结果表明，通过丁基橡胶与塑料的多层共挤，可以将阻尼峰向高温移动，与共混物相比，多层阻尼材料的阻尼值和有效阻尼温域得到有效的提高。
备选塑料主要有PS、PE、PMMA、EVA等。
关键词：丁基橡胶；多层共挤；阻尼丁基橡胶分子链上带有很多甲基，其具有优越的阻尼性能，因而它是应用最广的阻尼橡胶之一[1]。
丁基橡胶的玻璃化转变温度为-70℃，其损耗峰可以从-70℃一直持续到20℃，是一种有效功能区相当宽的阻尼材料，但丁基橡胶的玻璃化转变温度太低，决定了其高温阻尼性能不好[2]。
通常橡胶阻尼材料大多只具有单一的阻尼峰，但随着振动频率和振幅的增加，由于阻尼性能使得橡胶材料的内部生热问题严重，橡胶的工作温度逐渐升高，这就要求橡胶阻尼材料必须具备多阻尼峰、宽阻尼温域来满足不同温度下的阻尼要求。
拓宽橡胶的阻尼温域的主要方法有共混、互穿网络及改善制品结构[3~5]。
由于橡胶的玻璃化温度比较低，橡胶与橡胶的共混很难达到目的，往往采用橡塑共混，但是其对材料的阻尼性能改善有限。
互穿网络可以有效的改善橡胶的阻尼性能，但是工艺复杂，难以工业化。
通过改变制品的结构可以有效的改善橡胶的阻尼性能，而且工艺简单，是工业化比较有效的方法之一。
目前往往采用多层共挤来制备多层的阻尼材料，改变了传统共混的海岛结构，对阻尼材料的阻尼性能有了很大的改善。
本文采用丁基橡胶与塑料多层共挤来制备阻尼材料，通过引入高玻璃化温度的塑料来拓宽橡胶的阻尼温域。
1.实验部分1.1实验原料及设备丁基橡胶改性料，自制；PMMA 台湾奇美205；EVA，北京有机 18-3；多层共挤设备，四川大学1.2试样的制备层状复合材料的制备：将自制的丁基橡胶与改性的塑料分别在两台不同的挤出机挤出，在熔融状态下两种熔体进入共挤机头制成8层的复合材料，该复合材料通过冷却装置即可牵引成厚度1.0 mm左右，宽度为30—35mm的样条。
阻尼材料的研究状况及进展_蒋鞠慧
阻尼材料的研究状况及进展FRP /C M 20101No 14阻尼材料的研究状况及进展蒋鞠慧1,尹冬梅2,张雄军2(11中国中材集团有限公司,北京100035;21北京玻钢院复合材料有限公司,北京102101)摘要:阐述了阻尼材料的基本概念和阻尼作用的基本原理,回顾了阻尼材料发展的三个阶段,简单介绍了阻尼材料的性能评价方法和大致分类,并分别对粘弹性阻尼材料、复合阻尼材料和智能型阻尼材料的研究状况及进展进行了详细的评述和分析。
关键词:阻尼材料;粘弹性阻尼材料;复合阻尼材料;智能型阻尼材料中图分类号:T B34 文献标识码:A 文章编号:1003-0999(2010)04-0076-05收稿日期:2010-05-20作者简介:蒋鞠慧(1968-),女,高级工程师,硕士研究生,主要从事新型材料方面的研究。
1 引 言当前,机械设备正向高速、高效、自动化方向发展,但机械仪器工作时产生的振动会严重破坏设备的精确度、可靠性和稳定性,产生的噪音也会危害人们的身心健康。
阻尼材料是一种能吸收振动机械能、声能并可将它们转化为热能、电能、磁能或其他形式能量而消耗掉的一种功能材料,可应用于减振、吸声器件[1]。
通常把系统损耗振动能或声能的能力称为阻尼,阻尼越大,输人系统的能量便能在较短时间内损耗完毕,因而系统从受激振动到重新静止所经历的时间就越短,所以阻尼也可理解为系统受激后迅速恢复到受激前状态的一种能力[2]。
阻尼的基本原理是损耗能量,各种阻尼技术都是围绕如何把受激振动能转化为其它形式的能(如热能、变形能等)而使系统尽快恢复到受激前的状态。
阻尼的方法主要有3种,即系统阻尼、结构阻尼和材料阻尼。
系统阻尼是在系统中设置专用阻尼减振器,如减振弹簧、冲击阻尼器等;结构阻尼是在系统的某一振动结构上附加材料或形成附加结构,增加系统自身的阻尼能力,这类方法包括接合面阻尼、库仑摩擦阻尼和复合结构阻尼等;而材料阻尼是依靠材料本身所具有的高阻尼特性达到减振降噪的目的。
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能, 即 S 越 大, 橡 胶材料 的阻尼 性能 越好, S 越
小, 橡胶材料的阻尼性能越差。由式( 2) 可知, 橡
胶材料受周期性应力作用时, 释放出的热量与 Ed
和 tanD( 又称阻尼因子 B) 成正比。因此, 橡胶材
料的阻尼行为可用 Ed和 B定性描述。
1 阻尼机理
橡胶为粘弹性材料, 周期应力在其单位面积
此外, 交联度对阻尼性能也有影响。试验表 明[ 8] , 交联度增大, 材料的阻尼温度范围变大, 但 并不一定导致 S 增大, 原因是 S 值的大小取决于 材料各组分的分子结构。交联度适当, 有利于提 高材料 的阻尼 性能。曾 威等[ 11] 认为, 交 联度减 小, 橡胶大分子链活动性增强, 大分子链段间、填 料与填料间、大分子链段与填料间的摩擦机会增 多, 有利于振动能转化为热能, 从而提高材料的阻 尼性能。但交联度对 阻尼性能的影 响是较复杂 的, 不同橡胶阻尼材料的适合交联度范围还有待 进一步的研究。 212 使用温度和振动频率
然而, 由于橡胶类粘弹性体的动态力学性能 受使用温度、振动频率的影响很大, 同时均聚物的 玻璃化转变温度范围( 20~ 30 e ) 很小, 因此橡胶 阻尼材料在工程领域中的应用有很大局限性。橡 胶阻尼材料要有好的阻尼性能和力学性能, 其设 计原则是: 尽量使滞后损失大, 损耗模量高, 储存 模量低; 混用玻璃化转变温度相差较大的聚合物 材料, 使有效阻尼温度范围变宽。
王如义等 1 橡胶阻 尼材料研究进展
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由体积变大, 产生稀释效应, 从而降低材料的阻尼 性能[ 17] ; 二是添加片状填料的橡胶材料受外力作 用发生变形时, 片状填料会发生取向, 从而使填料 与橡胶之间产生摩擦, 起到降噪的作用[ 11] 。 21413 其它助剂
图 1 橡胶的 R- E 关系
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。其中, 大分子链段的运动实质上是一个 松弛过程[ 4] 。橡胶材料随温度变化出现的 3 种力 学形态为: ¹ 玻璃态。大分子链段运动能量很低, 储存模量很高, 分子单键只能在外力作用下做较
假设损耗能量全部化为热能, 则一个周期
产生的热量 Q 为:
Q = W = PEdE02= PEcE02t an D
( 2)
式中 t an D为损耗因子。
橡胶材料的周期性应力 R 与应变 E呈磁滞曲
线关系, 如 图 1 所示。图 中, 曲线内部 的面积 S
( Loss Area) 为损耗能量, 表征橡胶材料的阻尼性
使用条件不同, 阻尼材料的适合振动频率范 围不同。振动频率对弹性体的影响与温度相似。 低频与较高温度、高频与较低温度对弹性体动态 力学性能的影响一致[ 5] 。
实际工程中, 阻尼材料分为低频高阻尼材料 和高频高阻尼材料。对于不同的使用环境, 可采 用适合不同振动频率的高阻尼橡胶材料。 213 聚合物共混比
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橡胶工业
2003 年第 50 卷
加入小分子物质 3, 9- 双{ 1, 1- 二甲基- 2[ B( 3- 叔丁 基- 4- 羟基- 5- 甲基 苯基) 丙烯酸酯基] 乙基}- 2, 4, 8, 10- 四环 氧螺 ( 5, 5) 十 一烷 ( AO- 80) 来生 成氢 键, 以提高 ACM 和 CPP 的相容性, 从而达到提高 材料阻尼性能的目的。
关键词: 橡胶; 阻尼材料; 阻尼性能; 减震 中图分类号: TQ 330; TQ 3361 4+ 2 文献标识码: B 文章编号: 1000-890X( 2003) 02-0088-06
机械运转产生的振动和噪声不仅污染环境, 而且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。利用增 大机械系统或结构的能量损耗而减轻机械振动和 降低噪声的阻尼研究一直是国内外关注的热点。 现在, 已有许多新材料和新技术不断应用于阻尼 减震, 其中高分子阻尼减震材料以其优异的性能 越来越引起人们的重视。采用橡胶阻尼材料, 不 仅可以最大限度地降 低机械噪声和 减轻机械振 动, 提高工作效率, 而且十分利于提高产品质量。 以汽车工业为例, 减震橡胶材料的使用大幅度提 高了汽车的舒适性、稳定性和安全性。目前, 橡胶 阻尼材料已在很多领域广泛应用, 且其需求量日 益增大[ 1] 。本文简要介 绍了橡胶阻尼 材料的研 究进展。
第2期
王如义等 1 橡胶阻 尼材料研究进展
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弱的内旋转, 主链几乎处于被冻结的状态, 因此机 械能不能转化为热能耗散掉, 只能作为位能储存, 材料的 B很小, 即阻尼性能差。 º 弹性态。大分 子链段易运动, 大分子链易适应外力作用而伸展 或卷曲, 但不能吸收足够的机械能, 因此橡胶材料 的阻尼性能未达到最佳。 » 玻璃态向弹性态转变 的形态。由于大分子链段的内摩擦及链段的协同 作用, 材料阻尼性能好, 能够吸收大量的振动能 量[ 5] , 即 B 大。
2 影响阻尼性能的因素 211 材料的形态结构
形态结构是决定橡胶材料阻尼性能的因素之 一。分子链上侧基体积较大、数量多、极性大以及 分子间氢键多、作用强的橡胶阻尼性能好[ 6] 。因 此, 具有较多侧甲基或极性侧基的 I IR 和 NBR 的 阻尼性能比 NR 好。对于汽车发动机减震器, 振 动倍率小的 NR 和 BR 多用作隔 震材料; 共振性 好的 I IR 多用作减震材料[ 7] 。在分析不同侧基对 阻尼性能的影响时发现[ 8] , 腈基侧基的强极性对 阻尼性能贡献很大, 即 NBR 具有很大的 t an D值。 EPDM 由于具有侧甲 基, 阻尼性 能较好, 同时因 其化学稳定性好, 耐低温、耐热、耐候、耐臭氧、耐 水、耐极性介质等性能优良[ 9] , 引起不少研究者 的注意。硬度 较高的橡胶材料 B较大。但从工 艺性能考虑, 阻尼材料的邵尔 A 型硬度最好低于 75 度。
由于仅用一种橡胶的阻尼材料的阻尼温度范 围常常不能满足工程需要, 因此往往采用多种橡 胶共混体系制备阻尼材料。橡胶共混体系各组分 的相容性直接影响材料的阻尼性能。高阻尼共混 橡胶材料的各组分界面间应有适当的过渡层。在 动态力学谱图上, 曲线两峰之间的部分实际上是
共混体系过渡层作用的反映。共混体系各组分相 容性好, 曲线只有单阻尼峰, 有效阻尼温度范围较 小; 各组分相容性差, 曲线有双阻尼峰, 在两峰之 间的温度范围内材料阻尼性能不好。聚氨酯弹性 体存 在着软段和硬段相区, 是一种多相聚合物。 其硬段的动态力学性能只有在高温下才能表现出 来, 因此在常温动态力学谱( DM S) 上通常只有软 段的转变峰。软段为聚氨酯提供了低温性能和高 弹性。预聚体大分子多元醇的分子量、结晶性、玻 璃化转变温度等对聚 氨酯材料阻尼 性能影响很 大[ 10] 。
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橡胶工业
2003 年第 50 卷
橡胶阻尼材料研究进展
王如义, 郑元锁
( 西安交通大学 高聚物复合材料研究所, 陕西 西安 710049)
摘要: 介绍了近几年橡胶阻尼材料的研究进展。橡胶阻尼材料的设计原则是: 尽量使滞后损失大, 损耗模量高, 储 存模量低, 有效阻尼温度范围宽。影响橡胶阻尼材料减震性能的因素有: 材料形态结构、使用温度和振动频率、聚合物 共混体系并用比及配合剂种类和用量。橡胶与橡胶、塑料、纤维共混, 橡胶接 枝和嵌段共聚 以及材料结构改 进是目前 提高橡胶阻尼材料减震性能的主要方法。利用填料压电、压磁等性能制备新型减震材料是阻尼材料的发展方向。
通过化学或物理方法将两种或两种以上聚合 物网络互相贯穿并缠结而形成互穿聚合物网络也 是聚合物共混的一种独特方法[ 14] 。互穿聚合物 网络的相容性直接影响材料的阻尼性能。互穿聚 合物网络材料有两个阻尼峰, 在阻尼峰之间的温 度范围内阻尼效果差; 具有半相容性的互穿聚合 物网络由于聚合物间的热力学不相容和物理缠绕 强迫相容两种作用, 形成了微相分离结构, 通过调 整微相分离程度, 可以得到具有较宽阻尼峰的优 良阻尼材料[ 15] 。互穿聚合物网络的强迫互容效 应, 可使阻尼材料具有一个 宽的玻璃化转变峰。 Pat ri M 等[ 8] 用 N BR / 聚乙烯醇( PVA ) 互穿聚合 物网络作主体材料、过氧化二苯甲酰作引发剂制 备的阻尼材料性能见表 1。
此外, 炭黑种类对橡胶材料的阻尼性能影响 也很大[ 18] 。
表 1 NBR/ PVA 互穿聚合物网络材料的阻尼性能
N BR/ PVA 共混比 100/ 0 95/ 5 90/ 10 85/ 15 85/ 15 80/ 20 70/ 30
互穿网络交 联度/ % ) 2 2 2 5 9 13
阻尼峰值 最大值 1141 0157 0151 0149 0152 0151 0141
阻尼峰对应的 温度/ e - 51 0
+ 121 5; + 281 6 + 111 2; + 251 9 + 111 1; + 271 1 + 111 2; + 271 5
+ 151 6 + 201 5
从表 1 可以看出, 当 NBR/ PVA 的并用比为
100/ 0 时, 材料的阻尼峰值( tanDmax) 很高。随着 互穿聚合物网络中 PVA 用量增大, 阻尼峰值减
小, 但阻尼峰值对应的温度升高; 当网络交联度为
2% ~ 5% 时, 出现阻尼双峰的原因可能是 NBR 与 PVA 相分离; 当交联度大于 9% 时, NBR 与 PVA
相混合良好, 只出现一个阻尼峰。
214 配合剂 21411 补强剂
白炭黑对橡胶材料阻尼性能的影响不大[ 8] 。
炭黑用量对橡胶材料阻尼 性能的影响如图 2 所 示[ 16] 。从图 2 可以看出, 随着炭黑用量增大, 在 相同的分散度下, 橡胶材料的阻尼性能提高。
为保证阻尼材料具有较好的力学性能和阻尼 性能及较宽的玻璃化转变温度范围, 其聚合物的 共混 比 应 适 当。 Yamada N 等[ 12] 对 聚 氯 乙 烯 ( PVC) / 氯 化 聚 乙 烯 ( CPE ) / 环 氧 化 天 然 橡 胶 ( ENR) 共 混体系进行了研究, 结果表明, 非结晶 性 CPE 和 ENR 的加入使阻尼材料获得了良好的 力学和阻尼性能; P VC/ CPE/ ENR 的适合共混比 为 25/ 25/ 50, 该共混 体系适 合用作 高频 阻尼材 料。Chif ei Wu 等[ 13] 在并用比为 70/ 30 的聚丙烯 酸酯橡胶( ACM ) / 氯化聚丙烯( CP P) 共混体系中