發(fā)動(dòng)機(jī)懸置用低蠕變配方的研究

李云華， 田　震， 高丙托

（諾博橡膠制品有限公司， 河北　保定　072550）

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置用低蠕變配方的研究

李云華， 田震， 高丙托

（諾博橡膠制品有限公司， 河北保定072550）

研究了生膠、炭黑及硫化體系對(duì)橡膠材料蠕變性能的影響，蠕變對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置剛度的影響；同時(shí)研究開(kāi)發(fā)了高溫低蠕變天然橡膠配方，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)懸置高溫低蠕變性能。結(jié)果表明，煙片膠、恒黏膠及脫蛋白天然橡膠中，脫蛋白天然橡膠蠕變性能最佳，而煙片膠蠕變性能最差。橡膠蠕變后，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置剛度增加。高溫低蠕變天然橡膠配方可大大改善發(fā)動(dòng)機(jī)懸置蠕變性能。

蠕變；發(fā)動(dòng)機(jī)懸置；剛度

0　前　言

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)是指動(dòng)力總成（包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器及變速器等）與車(chē)架或車(chē)身之間的彈性連接系統(tǒng)，該系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)體之間的振動(dòng)傳遞，影響整車(chē)的NVH（噪聲、振動(dòng)、聲振粗糙度）性能。一個(gè)好的懸置系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠充分減小由于發(fā)動(dòng)機(jī)而引起的振動(dòng)、噪聲，延長(zhǎng)零部件的使用壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的基本功能為：固定并支撐動(dòng)力總成，承受動(dòng)力總成內(nèi)部因發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)和平移質(zhì)量產(chǎn)生的往復(fù)慣性力及力矩；承受汽車(chē)行駛過(guò)程中作用于動(dòng)力總成的一切動(dòng)態(tài)力；隔離由于發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)而引起的車(chē)架或車(chē)身振動(dòng)；隔離由于路面不平度以及車(chē)輪受路面沖擊而引起的振動(dòng)向動(dòng)力總成傳遞。橡膠懸置的應(yīng)用可有效隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，而橡膠的內(nèi)摩擦要遠(yuǎn)高于金屬材料，故其能有效衰減振動(dòng)，使沖擊產(chǎn)生的衰減振動(dòng)盡快停止。但橡膠是一種高分子材料，在載荷及一定溫度下長(zhǎng)時(shí)間會(huì)發(fā)生蠕變，影響懸置的使用壽命及減振效果。

天然橡膠是從天然植物中獲取的以異戊二烯為主要成分的天然高分子材料，主要有以異戊二烯為主的天然橡膠和反式異戊二烯為主的反式天然橡膠，具有優(yōu)異的回彈性，及動(dòng)態(tài)損失小、動(dòng)靜比低等特點(diǎn)，是最適合用于發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的生膠之一，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)減振制品。

橡膠的蠕變是指橡膠在一定的溫度和外力（拉力、壓力或扭力）下，會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間而增加的變形?；诜肿渔溡苿?dòng)或分子重排時(shí)產(chǎn)生的特定現(xiàn)象，主要受配方因素及環(huán)境因素影響［1］。

本工作研究天然標(biāo)膠、煙片膠、恒黏膠、脫蛋白天然膠以及炭黑種類、硫化體系對(duì)硫化橡膠蠕變性能的影響，以及高溫低蠕變天然橡膠在發(fā)動(dòng)機(jī)懸置中的應(yīng)用，蠕變對(duì)懸置性能的影響。

1　試　驗(yàn)

1.1主要原材料

主要原材料詳見(jiàn)表1。

表1　主要原材料表

1.2試驗(yàn)設(shè)備和儀器

試驗(yàn)設(shè)備及儀器詳見(jiàn)表2。

表2　主要試驗(yàn)設(shè)備與儀器

1.3工藝流程

材料混煉及樣件制作工藝流程如下。

一段混煉：

二段混煉：

物理性能測(cè)試試樣制作：

在平板硫化機(jī)上進(jìn)行試樣制作，拉伸試片的硫化條件為160 ℃、8 min；蠕變及壓縮永久變形試樣的硫化條件為160 ℃、12 min。

產(chǎn)品試制：

在YM-RH300T-3000CC硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，工藝條件為（155～160）℃、12 min、200 kg/cm2。

1.4測(cè)試與分析

動(dòng)靜剛度檢測(cè)按照Q/CC SY050—2009車(chē)用橡膠減震零部件動(dòng)靜特性試驗(yàn)方法；產(chǎn)品蠕變檢測(cè)按照Q/CC SY853—2014汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置總成靜態(tài)蠕變性能檢測(cè)；材料物理性能，包括材料蠕變性能測(cè)試，按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2　結(jié)果與討論

2.1天然膠種類牌號(hào)對(duì)硫化橡膠蠕變性能影響

基本配方（單位：份）：NR 100.00，氧化鋅5.00， 硬脂酸 2.00，防老劑S-TMQ 1.50，防老劑4020 3.00，石蠟 3.00，偶聯(lián)劑 2.00，N550 30.00，凡士林 3.00，S-80 2.50，促進(jìn)劑 1.38。

從表3可以看出，脫蛋白天然橡膠SP的焦燒時(shí)間及正硫化時(shí)間短，硫化速度快，與曾英［2］等在脫蛋白天然橡膠的應(yīng)用中提到的脫蛋白天然橡膠與馬來(lái)西亞恒黏膠SMR CV相比焦燒時(shí)間短的說(shuō)法一致［1］；TSR-CV60硫化速度適中，但較煙片膠焦燒時(shí)間短（主要受到了恒黏劑的影響）。對(duì)比基本物理性能，三種天然橡膠基本相當(dāng)；若論蠕變指數(shù)，脫蛋白天然橡膠的最佳，煙片膠則最大，即脫蛋白天然橡膠SP的蠕變性能最好。

表3　天然膠種類對(duì)硫化橡膠蠕變及物理機(jī)械性能影響

2.2炭黑對(duì)硫化橡膠蠕變及物理性能影響

基本配方（單位：份）：NR 100.00，氧化鋅5.00， 硬脂酸 2.00，防老劑S-TMQ 1.50，防老劑4020 3.00，石蠟 3.00，偶聯(lián)劑 2.00，炭黑 30.00，凡士林 3.00，S-80 2.50，促進(jìn)劑 1.38。

炭黑品種對(duì)蠕變性能的影響如表4所示。

從表4可以看出，使用炭黑N550膠料的蠕變效果最好，使用N330與N774的則相當(dāng)，N990最大。王蕊［3］等認(rèn)為，炭黑的粒徑和結(jié)構(gòu)對(duì)橡膠蠕變影響較大，隨著炭黑粒徑的增大，蠕變性能變好；另外，隨著粒徑的增大，炭黑補(bǔ)強(qiáng)性能下降，在用量相同的情況下，硫化橡膠的硬度較低（如表4所示使用N990膠料的邵爾A硬度為44，而使用N330的則為51）。在載荷相同的情況下，N990初始形變大，從而導(dǎo)致蠕變指數(shù)較大。

表4　炭黑種類對(duì)硫化橡膠蠕變及物理性能的影響

2.3硫化體系對(duì)硫化橡膠蠕變及物理性能的影響

基本配方（單位：份）：NR 100.0，氧化鋅5.0， 硬脂酸 2.0，防老劑S-TMQ 1.5，防老劑4020 3.0，石蠟 3.0，偶聯(lián)劑 2.0，N55030.0，凡士林3.0，S-80 變量，促進(jìn)劑 變量。

硫化體系對(duì)硫化橡膠蠕變及物理性能的影響如表5所示。

從表5可以看出，采用半有效硫化體系的膠料的蠕變指數(shù)最小，普通硫化體系次之，有效硫化體系的蠕變指數(shù)最大。王付勝［4］認(rèn)為，隨著交聯(lián)密度增加，硫化橡膠的蠕變性能改善。由硫化特性數(shù)據(jù)可知，普通硫化體系與半有效硫化體系交聯(lián)密度相當(dāng)，但普通硫化體系老化性能較半有效硫化體系的差，故在85 ℃條件下半有效硫化體系的蠕變效果最佳。通過(guò)硫化特性數(shù)據(jù)可知，有效硫化體系t90較普通及半有效的慢1 min，在同等硫化條件下的交聯(lián)密度小，故蠕變較大。

表5　硫化體系對(duì)硫化橡膠蠕變及物理性能的影響

2.4蠕變對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置剛度的影響

選用表5中的SV配方試制某SUV發(fā)動(dòng)機(jī)右懸置總成，檢測(cè)蠕變前后的剛度及產(chǎn)品蠕變量，同時(shí)與生產(chǎn)件進(jìn)行對(duì)比，具體數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表6。

表6　蠕變對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置剛度影響數(shù)據(jù)

通過(guò)表6數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過(guò)240 h蠕變?cè)囼?yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置產(chǎn)品剛度增加，其中動(dòng)剛度增加幅度大于靜剛度的。從微觀結(jié)構(gòu)來(lái)看，橡膠是由高分子纏合而成的彈性體材料，卷曲的高分子鏈拉伸和壓縮以及分子間的范德華力提供了橡膠的彈性。蠕變使高分子長(zhǎng)鏈變短，就像一個(gè)長(zhǎng)彈簧部分被壓住，而使彈簧有效長(zhǎng)度縮短；另外，高分子鏈中的缺位受力引起鏈斷裂，也使高分子鏈變短。蠕變就是在外力作用下高分子鏈纏結(jié)、缺位變短的過(guò)程，故蠕變后懸置剛度呈增大趨勢(shì)。外力作用使分子間作用力變大，也會(huì)使懸置剛度提高［5］。

通過(guò)生產(chǎn)件與試驗(yàn)件的數(shù)據(jù)對(duì)比可見(jiàn)，試驗(yàn)高溫低蠕變膠料能夠大大改善懸置蠕變的性能。從表6可以看出，SV樣件蠕變量1.45 mm，遠(yuǎn)低于生產(chǎn)件。同時(shí)蠕變后剛度變化率也小于生產(chǎn)件，尤其是動(dòng)剛度變化率。

3　結(jié)　論

（1）脫蛋白天然橡膠SP的焦燒時(shí)間及正硫化時(shí)間短，硫化速度快，蠕變性能最好。恒黏膠次之。相比之下，煙片膠的蠕變?cè)谌N天然膠中最差。

（2）不同牌號(hào)炭黑用量相同的情況下，含N550膠料的蠕變性能最佳，N990最差，N330與N774相近。炭黑粒徑對(duì)橡膠蠕變影響較大，隨著炭黑粒徑的增大，蠕變性能變好；在載荷相同的情況下，N990初始形變大，從而導(dǎo)致蠕變指數(shù)較大。

（3）半有效硫化體系膠料的蠕變指數(shù)最小，普通硫化體系次之，有效硫化體系蠕變指數(shù)最大。

（4）蠕變使發(fā)動(dòng)機(jī)懸置剛度增加，其中動(dòng)剛度增加幅度大于靜剛度。通過(guò)配合體系優(yōu)化可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的蠕變性能。

［1］君軒. 橡膠的蠕變［J］. 世界橡膠工業(yè)， 2010（8）48.

［2］曾英， 王東， 季本仁， 等. 脫蛋白天然橡膠的性能和應(yīng)用［J］. 橡膠工業(yè)， 1999（46）：26-28.

［3］王蕊，吳明生. 填料和測(cè)試溫度對(duì)天然橡膠蠕變性能的影響［J］. 橡塑技術(shù)與裝備，2014（2）：32-35.

［4］王付勝. 低蠕變橡膠減振器膠料配方研究概述［J］. 現(xiàn)代橡膠技術(shù)，2007（3）：18-20.

［5］張彬， 莊國(guó)華， 曾向榮.橡膠減震器蠕變?cè)囼?yàn)的研究［J］. 噪聲與振動(dòng)控制， 2008（4）：56-59.

Аbstract： The effect of the raw rubber， carbon black and vulcanization system on the rubber creep deformation and the effct of creep deformation on the engine mount stiffness were studied. Meanwhile，the high temperature low creep deformation rubber formula was improved. The results showed， among the tested kinds of raw rubbers， the creep deformation performance of the de-proteinization natural rubber was best and that of RSS was worst. The stiffness of the engine mounts increased with the creep deformation， thus the creep deformation performance of engine mount improved.

Research on the Rubber Сompound with Low Сreep Deformation for Еngine Мount Аpplication

Creep Deformation； Engine Mount； Stiffness

TQ 336.4

A

1671-8232（2016）09-0036-05

［責(zé)任編輯：朱胤］

2016-02-18