生膠對(duì)自粘性聚異丁烯橡膠阻尼材料性能的影響研究*

孫志勇,馬衛(wèi)東,孫國(guó)華,張 鯤,李 斌,李 輝,翟 文,王樹倫

(1.中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán) 第五三研究所，山東 濟(jì)南 250031；2.南京軍代局駐濟(jì)南地區(qū)代表室，山東 濟(jì)南 250031)

當(dāng)前，針對(duì)硫化型丁基橡膠方面的研究報(bào)道已經(jīng)很多[1-5],但有關(guān)自粘性聚異丁烯橡膠阻尼材料研究報(bào)道很少。盡管自粘性聚異丁烯橡膠阻尼材料相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家已經(jīng)較多，但其阻尼性能表征基本基于懸臂梁測(cè)試方法，該方法對(duì)于測(cè)試材料寬溫范圍內(nèi)的阻尼性能則耗時(shí)較長(zhǎng)，同時(shí)制樣繁瑣。利用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀(DMA)進(jìn)行自粘性阻尼材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試，制樣方便，測(cè)試快捷，為系統(tǒng)研究該類材料的阻尼性能奠定了測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)。另外，利用橡膠加工分析儀(RPA)測(cè)試自粘性聚異丁烯系橡膠材料扭矩，作為該類材料軟硬度的表征方法，與針入度法相比，制樣方便，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性好。本文主要研究了不同牌號(hào)生膠對(duì)自粘性聚異丁烯橡膠阻尼材料性能的影響，并對(duì)影響機(jī)理進(jìn)行了分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

氯化丁基橡膠(CIIR-1068、CIIR-1066)：美國(guó)?？松?guó)際商務(wù)有限公司；聚異丁烯橡膠(PIB-B200、PIB-B100)：德國(guó)巴斯夫公司；聚異丁烯橡膠(PIB-P100)：俄羅斯Efrolen合成橡膠公司；聚異丁烯橡膠(PIB-8650，PIB-8550)：杭州順達(dá)塑膠國(guó)際集團(tuán)有限公司；聚異丁烯橡膠(JINEX-6130)：錦州精聯(lián)潤(rùn)滑油添加劑有限公司；聚異丁烯橡膠(PIB-1300)：韓國(guó)大林工業(yè)有限公司；填料、增粘劑、增塑劑、防老劑等均為市售。

1.2 儀器設(shè)備

開放式煉膠機(jī)：XK-250，青島雙星橡塑機(jī)械有限公司；橡膠真空硫化機(jī)：THP/V/150/3RT/2/PCD，東毓油壓工業(yè)股份有限公司；動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀：DMA242，德國(guó)NETZSCH公司；示差掃描量熱儀：DSC204，德國(guó)NETZSCH公司；橡膠加工分析儀：RPA2000,美國(guó)阿爾法公司；門尼粘度儀：MV2000,美國(guó)阿爾法公司。

1.3 基礎(chǔ)配方

實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)配方(質(zhì)量份)：氯化丁基橡膠+聚異丁烯橡膠 85，填料 185,增粘劑 55，增塑劑 9，防老劑 2。

1.4 試樣制備

在開煉機(jī)上待高相對(duì)分子質(zhì)量聚異丁烯橡膠包輥后，依次加入各種填料、低相對(duì)分子質(zhì)量聚異丁烯橡膠、增塑劑、增粘劑等，待吃料完畢，薄通10遍下片，在硫化機(jī)上壓制試樣。

1.5 性能測(cè)試

(1) 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能按ASTM D4065—06測(cè)試，測(cè)試條件：試樣厚度(2±0.2)mm，最大振幅80 μm，最大動(dòng)態(tài)力6 N，頻率2.5 Hz，升溫速度3 ℃/min，剪切模式。

(2) 扭矩按GB/T 16584—1996測(cè)試，測(cè)試條件：40 ℃，10 min。

(3) 門尼粘度按GB/T 1232.1—2000測(cè)試，測(cè)試條件：100 ℃，(1+4)min。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了多種牌號(hào)聚異丁烯橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

順便說一句，我們只需要點(diǎn)擊色調(diào)曲線面板右下角的小圖標(biāo)，就可以在這兩種模式之間切換設(shè)置。那么接下來就讓我們具體看看它們各自的功能用途……

表1 不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

由表1可見，不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度具有一定的差異，尤其低相對(duì)分子質(zhì)量聚異丁烯橡膠與高相對(duì)分子質(zhì)量聚異丁烯橡膠之間的差異更大，如PIB-B200和PIB-1300的玻璃化溫度起始點(diǎn)相差18.1℃，因此不同相對(duì)分子質(zhì)量聚異丁烯橡膠配合使用將使材料在具有較高阻尼系數(shù)峰值、較高自粘性的同時(shí)具有較寬的玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)間，從而使材料具有更寬的阻尼溫域。

2.2 不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠的門尼粘度

不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠門尼粘度的測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠的門尼粘度

不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠的門尼粘度具有較大的差異，在同樣的測(cè)試條件下，橡膠的門尼粘度值與橡膠的相對(duì)分子質(zhì)量大小及其分布有關(guān)。對(duì)于非硫化型橡膠而言，門尼粘度值高(即相對(duì)分子質(zhì)量大或高相對(duì)分子質(zhì)量橡膠含量高)的橡膠具有相對(duì)更高的力學(xué)強(qiáng)度，因此在保持混煉膠一定的力學(xué)強(qiáng)度下可以填充相對(duì)多的填料，用以降低材料成本。

2.3 不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠對(duì)材料扭矩及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響

不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠對(duì)材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響研究配方如表3所示。

表3 不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠對(duì)材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響研究配方表1)

1) 其它添加劑相同。

不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠對(duì)材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和扭矩的影響研究結(jié)果如表4和圖1所示。

表4 不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠對(duì)材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響

配方編號(hào)圖1 不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠對(duì)材料扭矩的影響

由表3、表4、圖1的數(shù)據(jù)可知，采用不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠對(duì)材料扭矩具有不同的影響。添加CIIR-1068的NPZN18-5配方扭矩最高，為1.45；添加PIB-B200的NPZN18-3配方扭矩最低，為1.21。CIIR-1068被CIIR-1066等量替換后，材料扭矩明顯降低。在一定的測(cè)試條件下，扭矩可以相對(duì)反映材料的硬度，而在主體橡膠材料種類及填充體系一致的情況下，扭矩值又主要由橡膠材料的相對(duì)分子質(zhì)量所決定，這與表2中的門尼測(cè)試結(jié)果相一致。

以CIIR-1068等量替代體系中的PIB-B100，扭矩由1.45降至1.25；而由表2數(shù)據(jù)可知,CIIR-1068的門尼粘度比PIB-B100大，原因是在扭矩的測(cè)試溫度下，PIB-B100結(jié)晶沒有遭到破壞，因此表現(xiàn)出較高的硬度，即扭矩值較高，而CIIR-1068分子鏈中含有的異戊二烯單元破壞了分子鏈的規(guī)整性，即結(jié)晶較弱，因此盡管生膠門尼值較高，但最終體系的扭矩值較低。

不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠對(duì)材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能具有不同的影響。CIIR-1068被CIIR-1066等量替換后，對(duì)材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能影響不明顯，因?yàn)槎邇H相對(duì)分子質(zhì)量有一定差異，而分子結(jié)構(gòu)完全相同，因此兩個(gè)配方的阻尼系數(shù)及阻尼系數(shù)峰值變化不明顯，僅在材料扭矩上體現(xiàn)出不同。以CIIR-1068等量替代PIB-B100，則材料體系阻尼系數(shù)峰值由1.654降至1.605，原因是CIIR-1068與PIB-B100相比，CIIR-1068分子鏈中含有一定量的異戊二烯單元，因此相對(duì)降低了分子鏈中的甲基含量，即降低了分子間摩擦效應(yīng)，而在填充體系一致的情況下阻尼效應(yīng)主要由分子間摩擦引起，因此配方中配合PIB-B100比單用CIIR-1068具有更高的阻尼系數(shù)峰值。

3 結(jié) 論

(1) 不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠的玻璃化溫度具有一定的差異，尤其低相對(duì)分子質(zhì)量聚異丁烯橡膠與高相對(duì)分子質(zhì)量聚異丁烯橡膠之間的差異更加明顯。

(2) 不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠對(duì)材料扭矩具有不同的影響。其中添加CIIR-1068的配方扭矩最高，為1.45；添加PIB-B200的配方扭矩最低，為1.21。

(3) 不同牌號(hào)聚異丁烯橡膠對(duì)材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能具有不同的影響。CIIR-1068被CIIR-1066等量替換后，對(duì)材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能影響不明顯，以CIIR-1068等量替代PIB-B100，則材料體系阻尼系數(shù)峰值由1.654降至1.605。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 晏才圣,羅權(quán)焜.影響IIR/CIIR共混硫化膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的因素[J].橡膠工業(yè),2003,50(6):328-328.

[2] 羅權(quán)焜，晏才圣.IIR/CIIR共混膠硫化特性的研究[J].彈性體，2004，14(2)：30-33.

[3] 孫志勇,馬衛(wèi)東,張?chǎng)H,等.氯化丁基橡膠阻尼材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響因素研究[J].世界橡膠工業(yè),2009,36(1):18-20.

[4] 丁國(guó)芳,羅世凱,程青民,等.氯化丁基橡膠共混改性體系的力學(xué)阻尼性能研究[J].化工新型材料,2011，39(2):117-119.

[5] 馮鈉,梁紀(jì)宇,常素芹.溴化丁基橡膠/C5石油樹脂復(fù)合材料的制備及性能研究[J].彈性體，2012,22(6)：10-14.