杜仲膠/氯丁橡膠共混及其隔音性能研究

任慶海， 馬養(yǎng)民， 張?zhí)旄?/p>

(陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院, 陜西 西安 710021)

0 引 言

目前，阻尼類吸聲隔音材料用于汽車內(nèi)飾、機(jī)械設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、建筑隔音板、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛機(jī)、艦船、潛艇等行業(yè)中，既可以控制噪聲污染又能夠起到一定的減振作用，不但有益于人們的身心健康，還能降低對(duì)建筑物、機(jī)械結(jié)構(gòu)的損壞程度，并提高設(shè)備及儀表的精度和使用壽命.橡膠類材料具有一定的阻尼性，是一種較有開(kāi)發(fā)潛質(zhì)的吸聲隔音材料[1,2].

杜仲膠化學(xué)組成與天然橡膠相同，但結(jié)構(gòu)上互為異構(gòu)體，天然橡膠是順式-聚異戊二烯，而杜仲膠是反式-聚異戊二烯.兩者結(jié)構(gòu)上的差別導(dǎo)致了宏觀性能的不同，天然橡膠是優(yōu)良的高彈性體，而杜仲膠則是一種結(jié)晶的硬質(zhì)材料.隨著對(duì)杜仲膠硫化過(guò)程規(guī)律性認(rèn)識(shí)的深入，發(fā)現(xiàn)了杜仲膠這一天然高分子材料具有硫化過(guò)程臨界轉(zhuǎn)變規(guī)律和受交聯(lián)度控制的3階段材料特性，從而開(kāi)發(fā)出3大類不同用途的材料——熱塑性材料、熱彈性材料和橡膠型材料.此外，還發(fā)現(xiàn)了杜仲膠與其它橡、塑材料優(yōu)良的共混加工性.本文在杜仲膠與氯丁橡膠的共混材料中加入發(fā)泡劑，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化進(jìn)而改變其吸聲性能，增加了材料對(duì)聲波的衰減程度.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

杜仲膠 (工業(yè)品)，氯丁橡膠 (工業(yè)品)，氧化鋅 (分析純)，氧化鎂 (分析純)，黑炭黑 (工業(yè)品)，鈦白粉 (工業(yè)品)，防老劑4101 (工業(yè)品)，石蠟 (工業(yè)品)，硬脂酸 (分析純)，凡士林 (工業(yè)品)，發(fā)泡劑AC (工業(yè)品)，尿素 (工業(yè)品)，防震材料 (工業(yè)品)，促進(jìn)劑NA-22 (工業(yè)品).

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

SK-160開(kāi)放式塑煉機(jī)，上海齊才液壓機(jī)械有限公司；XLB-D平板硫化機(jī)，上海齊才液壓機(jī)械有限公司；MM4130C2無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，北京環(huán)峰化工機(jī)械試驗(yàn)廠；Model8928數(shù)位式噪音器，臺(tái)灣；XWW-20萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司.

1.3 橡膠材料的制備

根據(jù)初定配方(杜仲膠/氯丁橡膠，20/80；氧化鋅，5；氧化鎂，4；黑炭黑，15；鈦白粉，10；防老劑4101，0.1；石蠟，2；硬脂酸，1.5；凡士林，10；防震材料，10；促進(jìn)劑NA-22，0.8；發(fā)泡劑AC，1.0)制備橡膠材料，橡膠材料的制備工藝流程為：原料準(zhǔn)備→生膠塑煉→加入配合劑混煉→混煉膠停放→硫化(模壓硫化)→硫化膠停放→制樣→性能測(cè)試.

稱取一定量的膠料，于150～180 ℃下在無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀中測(cè)定硫化曲線，并按照GB/T 528-1998國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試橡膠的拉伸性能.

2 結(jié)果與討論

2.1 杜仲膠/氯丁橡膠共混比例的確定

杜仲膠與氯丁橡膠共混比例對(duì)膠料隔音性能的影響如圖1所示.由圖1可知，隨著杜仲膠用量的增加，共混膠的隔音性能逐漸增強(qiáng)，當(dāng)杜仲膠/氯丁橡膠比例為25/75時(shí)，共混膠隔音性能最好，與杜仲膠/氯丁橡膠比例為20/80時(shí)相差不大.此外，在杜仲膠/氯丁橡膠共混體系中，當(dāng)杜仲膠用量為20份時(shí)，共混膠的屈撓性能最好[4]，并且杜仲膠的價(jià)格較貴，因此確定杜仲膠用量為20份，氯丁橡膠用量為80份.

圖1 杜仲膠/氯丁橡膠共混比例與隔聲量的關(guān)系曲線 圖2 發(fā)泡劑對(duì)共混硫化膠拉伸強(qiáng)度的影響

2.2 發(fā)泡劑用量對(duì)共混硫化膠拉伸強(qiáng)度的影響

根據(jù)上述基準(zhǔn)配方，改變發(fā)泡劑用量 (發(fā)泡劑用量分別為0.5、0.8、1.0、1.3、1.5)，混煉后在170 ℃下硫化20 min.發(fā)泡劑用量對(duì)共混硫化膠拉伸強(qiáng)度的影響如圖2所示.由圖2可知，隨著發(fā)泡劑用量的增加，共混硫化膠的拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢(shì).這可能是由于加入發(fā)泡劑后，材料內(nèi)部出現(xiàn)氣泡，使材料產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度有一定的下降.因此控制發(fā)泡劑用量適當(dāng)，就能達(dá)到材料正常使用的要求.

2.3 發(fā)泡劑用量對(duì)共混硫化膠隔音性能的影響

發(fā)泡后橡膠材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化進(jìn)而會(huì)影響材料的吸聲機(jī)理和吸聲性能.首先，材料內(nèi)部會(huì)形成大量的連通孔洞或封閉氣泡進(jìn)而生成兩相界面，當(dāng)入射聲波遇到兩相界面時(shí)就會(huì)發(fā)生折射及反射等現(xiàn)象，改變聲波的傳播路線，降低聲波的傳播速度.這樣的反復(fù)傳播，使能量不斷轉(zhuǎn)換耗散，增加了材料對(duì)聲波的衰減程度[3].其次，封閉的氣泡在聲波的作用下會(huì)發(fā)生絕熱壓縮，引起橡膠筋絡(luò)的剪切變形，產(chǎn)生切變損耗，使部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能損耗掉.連通孔洞中的空氣在聲波的作用下會(huì)與橡膠筋絡(luò)之間發(fā)生摩擦，也能夠耗散部分能量.此外，大量氣泡的存在會(huì)使橡膠筋絡(luò)變薄，使其在聲波的作用下較容易發(fā)生剪切變形，能夠更加充分地發(fā)揮丁腈橡膠材料的粘彈性阻尼作用，進(jìn)一步耗散聲能[4].

圖3 發(fā)泡劑對(duì)共混硫化膠隔音性能的影響 圖4 不同溫度下的硫化曲線

發(fā)泡劑用量對(duì)共混硫化膠隔音性能的影響如圖3所示.由圖3可知，隨發(fā)泡劑含量的增加，硫化膠的隔音性能呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，并且在發(fā)泡劑含量為1質(zhì)量份時(shí)達(dá)到最大值.這主要是由于發(fā)泡后，材料具有較好的泡孔結(jié)構(gòu)，提高了材料的吸聲性能且其對(duì)于聲波的反射性也有所增加，所以其隔聲性能也隨之提高.而當(dāng)發(fā)泡劑用量大于1質(zhì)量份后，材料內(nèi)部空洞增大或增多，使聲波更多地透過(guò)材料而不是被反射或吸收，因而含量超過(guò)1質(zhì)量份后材料的隔聲性能有所下降.因此，將這種復(fù)合材料發(fā)泡劑的用量確定為1%.

2.4 硫化特性曲線的測(cè)定

表1為不同溫度下20/80的杜仲膠與氯丁橡膠的硫化特性.圖4為不同溫度下的硫化曲線.由以上圖表可見(jiàn)，隨著硫化溫度的升高，體系的焦燒時(shí)間TS1和正硫化時(shí)間T90減小，最低轉(zhuǎn)矩ML和最高轉(zhuǎn)矩MH增大；而硫化速率指數(shù)VC值反映出硫化速度提高，MH-ML值反映出交聯(lián)程度增大.此外，硫化過(guò)程存在較長(zhǎng)硫化平坦期，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象.綜合比較，選定體系的硫化溫度為170 ℃，硫化時(shí)間為20 min.

表1 不同溫度下膠料的硫化特性

3 結(jié)論

(1)在杜仲膠/氯丁橡膠共混體系中，杜仲膠用量的增加有利于改善共混膠的隔聲性能，但會(huì)影響共混膠的拉伸強(qiáng)度，因此杜仲膠/氯丁橡膠并用比例為20/80時(shí)最佳.

(2)加入發(fā)泡劑的共混膠材料具有較好的阻尼作用，提高了材料的吸聲性能以及隔聲性能.但當(dāng)發(fā)泡劑含量超過(guò)1份時(shí)會(huì)使材料的吸聲及隔聲性能有所下降.因此，發(fā)泡劑用量確定為1%.

(3)共混體系的最佳硫化溫度為170 ℃，硫化時(shí)間為20 min.

參考文獻(xiàn)

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[3] Wu Jiejun, Li Chenggong, Wang Dianbin,etal. Damping and sound absorption properties of particle reinforced AI matrix composite foams[J]. Composites Science and Technology, 2003, 63: 569-574．

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