汽車用高性能丁基橡膠阻尼片及性能研究

張慶虎，任文壇

（1.杭州順豪橡膠工程有限公司，浙江 杭州 311121；2.上海交通大學(xué)，上海 200240）

汽車用高性能丁基橡膠阻尼片及性能研究

張慶虎1，任文壇2*

（1.杭州順豪橡膠工程有限公司，浙江 杭州 311121；2.上海交通大學(xué)，上海 200240）

文章研究以丁基橡膠和馬來酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物（MA-g-EVA）共混體系為基體，配合環(huán)氧樹脂、端羧基液體丁二烯以及其他橡膠常用配合劑制備了一種汽車用高性能丁基橡膠阻尼片。對其力學(xué)性能、阻尼性能、與金屬的粘合性能以及耐熱老化等性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：該丁基橡膠阻尼片可按照傳統(tǒng)的熱熔型阻尼片安裝工藝，在熱空氣烘道內(nèi)實(shí)現(xiàn)無壓熱空氣硫化并牢固地粘貼在車身金屬表面上，其阻尼性能良好、阻燃、安全環(huán)保，可作為汽車用高性能橡膠阻尼片。

橡膠阻尼片；熱空氣硫化粘合；阻燃；安全環(huán)保

CLC NO.:U465.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-207-03

前言

阻尼膠片粘貼在振動(dòng)部件的表面可以有效降低機(jī)械噪聲和減輕機(jī)械振動(dòng)及共振。在各種機(jī)械設(shè)備上廣泛應(yīng)用，尤其是在汽車乘座室內(nèi)的前圍板、車門、車頂棚、車底板、后備箱等8～12個(gè)部位都有應(yīng)用，每輛汽車使用面積大約3m2，重量大約8～15公斤。傳統(tǒng)熱熔型阻尼材料以瀝青為主要基材并輔以無機(jī)填料，安裝時(shí)利用汽車涂裝烘房烤漆工序，使該材料熔融并粘貼在車身上[1]。眾所周知，瀝青熱穩(wěn)定性和耐老化性能差，它在低溫下變脆會(huì)失去阻尼功能，在高溫下長期老化后阻尼膠片會(huì)變硬，也同樣是阻尼性能會(huì)大大下降，甚至失去阻尼效果。更值得注意的是瀝青的環(huán)保衛(wèi)生問題，盡管學(xué)界還不能完全確認(rèn)石油瀝青和天然瀝青對人體的危害性，但已經(jīng)確認(rèn)煤焦瀝青的瀝青質(zhì)中主要含有難揮發(fā)的蒽、菲、芘等多環(huán)芳烴化合物，這些物質(zhì)具有毒性，如果長期與人體接觸，對人的危害很大[2，3]。顯然，把瀝青阻尼膠片用于汽車對人體健康衛(wèi)生有較大的風(fēng)險(xiǎn)。

橡膠作為典型的粘彈性高分子材料，其具有良好的阻尼性能，所以，橡膠阻尼材料以其優(yōu)異的性能越來越引起人們的重視[4]。為了將橡膠阻尼片粘貼安裝在振動(dòng)殼體表面，研發(fā)人員想到采用膠泥片（減振膩?zhàn)樱5]或者將膠泥涂覆在硫化膠片表面做成自粘性橡膠阻尼片[6,7]，也有人將其做成橡膠復(fù)合阻尼片[8,9,10]，但都是過多關(guān)注阻尼片的阻尼特性，而對橡膠阻尼片在粘貼安裝和工作過程中的位移、鼓包或脫落等隱患考慮稍嫌不足。有實(shí)驗(yàn)表明[11]，阻尼材料與振動(dòng)殼體安裝部位的有效粘接面積在70%以上時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的阻尼效應(yīng)，當(dāng)有效粘接面積不足70%時(shí)，阻尼材料的阻尼效果就難以保證。因而，開發(fā)出一種無壓硫化粘合型高性能橡膠阻尼片，在滿足傳統(tǒng)熱熔粘合型瀝青基阻尼片的安裝工藝的前提下，且具有高阻尼因子、寛溫域、耐高、低溫、粘合強(qiáng)度高等優(yōu)異性能的汽車用橡膠阻尼片具有十分重要的意義。

1、實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

丁基橡膠BIIR 2030, ML1+4125℃=27～36；德國朗盛化學(xué)公司；馬來酸酐接枝EVA的接枝率為1.0～1.5%，熔融指數(shù)為(190℃，2.16kg) 0.8～1.5g/10min，南京塑泰高分子科技有限公司；端羧基液體聚丁二烯，其羧基含量為0.03～0.07mol/ 100g，淄博齊龍化工有限公司；環(huán)氧樹脂牌號為E-31，環(huán)氧當(dāng)量為265～435g/eq，上海樹脂廠有限公司；其他配合劑均為橡膠常用配合劑，為市售產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

XK-400型開放式煉膠機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠；55L橡膠密煉機(jī)，無錫雙象橡塑機(jī)械有限公司；1200mm膠板擠出生產(chǎn)線，內(nèi)蒙古富特橡塑機(jī)械有限公司；邵爾A型硬度計(jì)，高鐵檢測儀器有限公司；AI-3000型電子拉力機(jī)，高鐵檢測儀器有限公司；DMA Q800型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀，美國TA儀器公司；熱空氣烘箱，上海蘇盈試驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 試樣制備

首先在100~130℃下將丁基橡膠和馬來酸酐接枝EVA、無機(jī)填充補(bǔ)強(qiáng)劑，液態(tài)聚丁二烯、炭黑、防老劑和橡膠硫化消泡劑加入到密煉機(jī)中混煉6～10分鐘，使其充分分散在聚合物基體中，然后在開煉機(jī)上將環(huán)氧樹脂和硫化體系加入上述母煉膠中混煉成混煉膠；采用膠板擠出機(jī)將混煉膠成型為厚度為2±0.3mm的膠片；阻尼片性能測試硫化膠試樣制備方法與其實(shí)際貼合安裝工藝過程相同，即：采用180℃+扸190Ⅸ-×30分鐘熱空氣烘箱硫化，制備純膠試片時(shí)，用聚四氟乙烯薄膜將未硫化膠片單面隔離后平鋪在鐵板上放入烘箱硫化，制備粘合試樣時(shí)，將未硫化膠片與表面清潔的金屬試板直接貼合后放入烘箱硫化。

1.4 性能測試

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T531.1-2008測試所得硫化膠試樣的硬度；按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T528-2009測試所得硫化膠片試樣的拉伸性能；按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7760-2003測試橡膠阻尼片與金屬試板的粘合強(qiáng)度；按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3512-2001測試硫化膠的熱空氣老化性能；橡膠阻尼片材料的阻尼因子和阻尼溫域采用DMA Q800型動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析儀，在拉伸模式下測試；按照HG/T 4384-2012（汽車用阻尼片）中所規(guī)定的檢測方法評價(jià)阻尼片的性能。

2、結(jié)果與討論

2.1 丁基橡膠阻尼片

丁基橡膠(IIR)由于其分子鏈上側(cè)甲基十分密集，形成蠕蟲狀結(jié)構(gòu)，因而具有較高的損耗因子，又因?yàn)椴ＡЩD(zhuǎn)變溫度附近存在著次級轉(zhuǎn)變，致使其阻尼性能不同于一般的彈性體,內(nèi)耗峰既高又寬[12]。

所以，首先選用溴化丁基橡膠作為基體材料，考核其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、無壓硫化工藝性能、以及與金屬的粘合性能等。如圖1所示，其硫化膠具有較寬的阻尼溫域（-60～+10Ⅸ），阻尼（損耗因子）峰值超過1.0，隨著頻率的提高，阻尼峰朝高溫方向有所移動(dòng)。但是，阻尼峰值基本出現(xiàn)在低溫區(qū)域，即：Δ0.7(tanδ≥0.7的溫度區(qū)域)處在-40～-10℃，所以，從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮，應(yīng)調(diào)整材料配方（通常采用加入酚醛樹脂的方法），使阻尼峰向高溫方向擴(kuò)展。表1為丁基橡膠中加入酚醛樹脂和石油樹脂的試樣在熱空氣硫化（無壓硫化）條件下的試驗(yàn)結(jié)果，可見其性能很不理想，硫化后試樣表面起泡、與金屬的粘合性能差，顯然不符合本研究的宗旨。

表1 丁基橡膠試樣的熱空氣硫化（無壓硫化）試驗(yàn)結(jié)果

2.2 丁基橡膠/樹脂共混復(fù)合阻尼片

為了彌補(bǔ)單純丁基橡膠在高溫區(qū)域阻尼因子低、熱空氣硫化時(shí)表面起泡、與金屬粘合性差等缺陷，擬將馬來酸酐接枝EVA（MA-g-EVA）與溴化丁基橡膠（BIIR）共混[13]，加入環(huán)氧樹脂（E-31），使MA-g-EVA產(chǎn)生交聯(lián)，這樣就在基體中分別形成橡膠交聯(lián)和樹脂交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系，有利于拓寬丁基橡膠的阻尼溫域并改善熱空氣無壓硫化時(shí)的起泡現(xiàn)象。與此同時(shí)，還加入具有反應(yīng)活性的端羧基液體聚丁二烯，它也將會(huì)起到改善粘合性并參與樹脂交聯(lián)體系。表2是該配方體系的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可見上述的配方調(diào)整技術(shù)方案得到很好的驗(yàn)證，所制備的丁基橡膠/樹脂共混復(fù)合阻尼片性能良好，其阻尼性能、熱空氣無壓硫化性能和粘合性等主要性能都比較理想。

表2 丁基橡膠/樹脂共混復(fù)合阻尼片性能試驗(yàn)結(jié)果

2.3 丁基橡膠復(fù)合阻尼膠片與瀝青阻尼片的性能比較

表3 丁基橡膠復(fù)合阻尼片與瀝青阻尼片的性能比較

在上述配方試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合該產(chǎn)品的實(shí)際使用要求、生產(chǎn)成本和工業(yè)化生產(chǎn)條件等因素，對其配方、生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制方法進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，生產(chǎn)出了丁基橡膠復(fù)合阻尼膠片產(chǎn)品，按照HG/T 4384-2012（汽車用阻尼片）中所規(guī)定的檢測方法對其性能進(jìn)行了評價(jià)，并與市場上的瀝青阻尼片性能進(jìn)行了比較，結(jié)果如表3，可以看出：丁基橡膠復(fù)合阻尼膠片的產(chǎn)品性能具有明顯的優(yōu)勢。需要強(qiáng)調(diào)的是，該丁基橡膠復(fù)合阻尼膠片的基體材料主要是丁基橡膠、EVA、環(huán)氧樹脂等通用高分子材料，作為汽車配件材料，其衛(wèi)生環(huán)保性能是經(jīng)得起考驗(yàn)的，深信未來它將會(huì)作為汽車用阻尼片的主流產(chǎn)品。

3、結(jié)論

（1）本研究以丁基橡膠和馬來酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物共混體系為基體，配合反應(yīng)性聚合物環(huán)氧樹脂和端羧基液體丁二烯以及其他橡膠常用配合劑制備了一種可用熱空氣硫化并與金屬粘合的高性能復(fù)合阻尼膠片。

（2）該阻尼膠片可按照傳統(tǒng)的熱熔型阻尼片安裝工藝，在熱空氣烘道內(nèi)實(shí)現(xiàn)無壓熱空氣硫化并牢固地粘貼在車身金屬表面上，其阻尼性能良好、耐高低溫、阻尼溫域?qū)拸V、衛(wèi)生環(huán)保。

（3）在配方試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合該產(chǎn)品的實(shí)際使用要求、生產(chǎn)成本和工業(yè)化生產(chǎn)條件等因素，對其配方、生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制方法進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，生產(chǎn)出了丁基橡膠復(fù)合阻尼膠片產(chǎn)品，與市場上的瀝青阻尼片性能進(jìn)行了比較，該產(chǎn)品性能具有明顯的優(yōu)勢，可望作為汽車用阻尼片的主流產(chǎn)品。

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Study on Preparation and Properties of High Performance Butyl Rubber Damping Sheet for Automobile

Zhang Qinghu1, Ren Wentan2*
( 1.Hangzhou shower rubber engineering Co. Ltd., Zhejiang 300021; 2. Shanghai jiaotong university, Shanghai 200240 )

A high performance butyl rubber damping sheet for automobile was prepared with butyl rubber and maleic anhydride grafted ethylene - carboxylic acid vinyl ester copolymer (MA-g-EVA) blending system as the matrix and then compound with the epoxy resin, carboxyl-terminated poly butadiene and other rubber additives. The mechanical properties and damping performance, the adhesion and heat aging properties of the damping sheet were investigated. The results shown that the damping sheet can firmly adhesive on the metal surface by a hot vulcanization bonding and shows good damping performance, flame retardant, harmless to human beings, that can be used as automobile damping.

rubber damping sheet; automobile; flame retardant; harmless

U465.6

A

1671-7988(2016)07-207-03

張慶虎，教授級高級工程師，就職于杭州順豪橡膠工程有限公司，一直從事橡膠材料及其加工工藝研究，已發(fā)表論文50多篇。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.065