天然橡膠/順丁橡膠并用膠在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)懸置材料中的應(yīng)用

郝偉剛，劉海東，徐 燕

（保定威奕汽車有限公司 河北省汽車減震與密封橡膠產(chǎn)品工程技術(shù)研究中心，河北 保定 072550）

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，車輛振動(dòng)和噪聲的控制成為整車廠研發(fā)的重點(diǎn)。懸置系統(tǒng)銜接動(dòng)力總成和車身部分，主要作用是支撐動(dòng)力總成、減小動(dòng)力總成震動(dòng)對(duì)整車的影響、限制動(dòng)力總成的抖動(dòng)量，對(duì)控制整車噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（NVH）起著非常大的作用?；谄囌駝?dòng)學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)盡可能避免整車主要部件在各種工況下的振動(dòng)耦合。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的具體作用就是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和路面激勵(lì)的隔離和吸收，減少乘客所受的影響，降低其他零部件因?yàn)檫^多振動(dòng)產(chǎn)生的疲勞破壞[1]。

順丁橡膠（BR）在實(shí)際應(yīng)用中很少單用，主要是因?yàn)槠湟桌淞?、混煉工藝差、?qiáng)伸性能低，一般將BR與天然橡膠（NR）或/和丁苯橡膠（SBR）并用，BR已成為世界橡膠工業(yè)，尤其是輪胎工業(yè)近20年來的重要膠種。BR與NR或SBR均能互容，并用膠聚合物相分散很好，配合劑在兩相間可達(dá)到合理分配，BR與NR或/和SBR并用可明顯改善NR或/和SBR的抗硫化返原性能、彈性、耐磨性能、耐老化性能、耐疲勞性能及耐低溫屈撓性能[2]。

本工作模擬NR/BR并用膠作汽車發(fā)動(dòng)機(jī)懸置材料在使用過程中的受力狀態(tài)，研究NR/BR并用膠的物理性能和阻尼性能，為NR/BR并用膠在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)懸置材料中的應(yīng)用提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，RSS3，泰國(guó)產(chǎn)品；BR，牌號(hào)9000，中國(guó)石化燕山石化分公司產(chǎn)品；炭黑N330，東海橡塑（天津）有限公司產(chǎn)品；微硅粉，牌號(hào)940D，上海天凱硅粉材料有限公司產(chǎn)品；氧化鋅，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.997，鎮(zhèn)江白水化學(xué)有限公司產(chǎn)品；硬脂酸，牌號(hào)SA-1801，嘉里油脂化學(xué)工業(yè)（天津）有限公司產(chǎn)品；凡士林（工業(yè)級(jí)），天津市瑞達(dá)鑫華拋磨材料有限公司產(chǎn)品；偶聯(lián)劑Si69，東營(yíng)市恒益化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

配方見表1。

表1 配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

3 L密煉機(jī)和203.2 mm（8英寸）開煉機(jī)，廣東利拿機(jī)械有限公司產(chǎn)品；XW-221型平板硫化機(jī)和MC010-LXS-A邵氏硬度計(jì)，上海嚴(yán)潤(rùn)光機(jī)科技有限公司產(chǎn)品；M2000-FAN型無轉(zhuǎn)子硫化儀、GTTCS-2000型電腦系統(tǒng)拉力試驗(yàn)機(jī)、GT-7017-EM型老化試驗(yàn)機(jī)和壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品；動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）儀，耐馳科學(xué)儀器商貿(mào)（上海）有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度為40 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為32 r·min-1，混煉工藝為：生膠→防老劑和氧化鋅等小料→炭黑和凡士林等→排膠。膠料在開煉機(jī)（輥距為3 mm）上下片后停放24 h。

二段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度為40 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為32 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→硫化劑和促進(jìn)劑→排膠。膠料在開煉機(jī)（輥距為3 mm）上下片后停放16 h。

1.5 性能測(cè)試

1.5.1 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

試樣長(zhǎng)度為10 mm，寬度為4.6 mm，厚度為2 mm，硫化條件為160 ℃×8 min。試樣外觀要求無缺膠、無氣泡、不分層。測(cè)試條件為：溫度40～120 ℃，頻率 25 Hz。每個(gè)配方至少測(cè)試3個(gè)試樣，剔除異常數(shù)據(jù)，將剩余數(shù)據(jù)取平均值。

1.5.2 壓縮疲勞溫升

試樣直徑為（17.8±0.15） mm，高度為（25±0.25） mm，邵爾A型硬度不大于85度，硫化條件為160 ℃×10 min。試樣外觀要求無缺膠、無氣泡、不分層。測(cè)試條件為：載荷 1 MPa，沖程 5.71 mm，溫度 （100±1） ℃，預(yù)熱時(shí)間 30 min，測(cè)試時(shí)間 25 min。每個(gè)配方至少測(cè)試3個(gè)試樣，剔除異常數(shù)據(jù)，將剩余數(shù)據(jù)取平均值。

1.5.3 其他性能

硫化特性和其他物理性能（試樣硫化條件為160 ℃× 8 min）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 硫化特性

NR/BR并用膠的硫化特性如表2所示。從表2可以看出：隨著BR用量增大，膠料的t10和t90呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，這是由于BR雙鍵的活性弱于NR；膠料的Fmax呈增大趨勢(shì)，原因是NR/BR并用能減少多硫鍵的形成，多硫鍵與低硫鍵以一定比例存在[3]。

表2 NR/BR并用膠的硫化特性（160 °C）

2.2 物理性能

NR/BR并用膠的物理性能如表3所示。從表3可以看出：隨著BR用量增大，膠料的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度呈降低趨勢(shì)，這是由于BR結(jié)晶能力不強(qiáng)，自補(bǔ)強(qiáng)性能較低；膠料熱老化后拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率降幅增大。

橡膠材料在固定周期性形變下會(huì)吸收部分形變能，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋Ｓ捎谙鹉z本身的導(dǎo)熱性差，形變產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致橡膠材料內(nèi)部溫度升高。在周期性形變很大或溫升很高時(shí)，橡膠材料會(huì)由于疲勞引起的破裂而損壞。這種損壞開始時(shí)發(fā)生在橡膠材料內(nèi)部，然后逐漸擴(kuò)展到外部，最終導(dǎo)致橡膠材料完全損壞[4]。

從表3還可以看出：NR膠料的壓縮疲勞溫升最低；隨著BR用量增大，膠料的壓縮疲勞溫升逐漸升高；當(dāng)NR/BR并用比達(dá)到70/30時(shí)，膠料的壓縮疲勞溫升趨于穩(wěn)定。

2.3 阻尼性能

NR/BR并用膠的阻尼性能（頻率為 25 Hz）如圖1所示（tanδ為損耗因子）。從圖1可以看出：高于23 ℃時(shí)，NR/BR并用膠的阻尼性能無明顯差異；23 ℃下的δ為7°～8°，85 ℃下的δ為3°～4°；低于23℃時(shí)，NR/BR并用膠的阻尼性能出現(xiàn)差異；低于－37 ℃時(shí)，隨著BR用量增大，NR/BR并用膠的tanδ降低，δ為27°～37°。

圖1 不同溫度下NR/BR并用膠的tan δ

3 結(jié)論

（1）隨著BR并用量增大，NR/BR并用膠的t10和t90延長(zhǎng)，F(xiàn)max增大，強(qiáng)伸性能降低，老化后拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率降幅增大。

（2）隨著BR用量增大，NR/BR并用膠壓縮疲勞溫升逐漸提高。為避免NR/BR并用膠壓縮疲勞溫升加劇，NR/BR并用比不宜大于70/30。

（3）NR/BR并用可以避免NR在低溫下阻尼過高的問題。