氣相二氧化硅用量與減振制品振動(dòng)性能關(guān)系

郭瑞毅，涂春潮，任玉柱，陳子昂

(1.中國航發(fā)北京航空材料研究院股份有限公司，北京 100095；2.中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095)

硅橡膠由于其優(yōu)秀的耐候性及高低溫性能被廣泛應(yīng)用于減振降噪領(lǐng)域，然而無論是硅橡膠本身或者是硫化交聯(lián)的硅橡膠其材料本身模量均極低，無法直接得到應(yīng)用。通常的手段是添加各種填料，例如劉洋等[1]研究了石墨烯補(bǔ)強(qiáng)的硅橡膠材料，楊勃等研究了氧化石墨烯/白炭黑對(duì)硅橡膠的力學(xué)性能影響[2]，王天強(qiáng)等研究了納米活性碳酸鈣的補(bǔ)強(qiáng)效果[3]。在諸多填料種類中，二氧化硅填料對(duì)硅橡膠的補(bǔ)強(qiáng)效果最為明顯，經(jīng)過二氧化硅補(bǔ)強(qiáng)的硅橡膠斷裂能可增加到3個(gè)數(shù)量級(jí)以上[4]，因此得以廣泛的應(yīng)用。二氧化硅在補(bǔ)強(qiáng)硅橡膠的同時(shí)，其他材料性能也有著多方面的影響，特別是對(duì)模量等力學(xué)性能影響明顯，相關(guān)的研究已非常豐富，例如雷曼云等[5]研究了疏水二氧化硅使用分?jǐn)?shù)對(duì)硅橡膠拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、硬度、磨損率等方面的影響，李雪偉等[6]研究了氣相法二氧化硅用量對(duì)硅橡膠拉伸、觸變、表面粗糙度等性能的影響，魯俊良等[7]研究了二氧化硅用量對(duì)硅橡膠高頻動(dòng)態(tài)性能的影響。這些力學(xué)性能對(duì)橡膠減振器的影響十分復(fù)雜，通常根據(jù)粘彈性理論減振器可以簡化為彈簧及粘壺的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，例如采用并聯(lián)彈簧剛度為k′、串聯(lián)彈簧剛度為k″的Maxwell模型時(shí)，系統(tǒng)的絕對(duì)傳遞函數(shù)μF為：

(1)

1 試驗(yàn)及方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

DC-4000-40電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)，蘇州蘇試實(shí)驗(yàn)儀器股份有限公司；T2000E電子拉力機(jī)，北京友深實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；LX-A型橡膠硬度計(jì)，上海市輕工業(yè)局標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量管理所實(shí)驗(yàn)工廠；測厚儀，上海六菱儀器廠。

1.2 試驗(yàn)材料

苯基硅橡膠SE2045，北京航空材料研究院；T40氣相二氧化硅，德國瓦克。

1.3 拉伸試驗(yàn)方法

拉伸試驗(yàn)按照GB/T 528進(jìn)行，試樣類型為2型。

1.4 撕裂試驗(yàn)方法

拉伸試驗(yàn)按照GB/T 529進(jìn)行，試樣類型為直角型。

1.5 厚度試驗(yàn)方法

拉伸試驗(yàn)按照GB/T 2941進(jìn)行。

1.6 硬度試驗(yàn)方法

拉伸試驗(yàn)按照GB/T 531.1進(jìn)行，測試類型為A型。

1.7 振動(dòng)試驗(yàn)方法

將減振器安裝在模擬配重上(見圖1)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上按照規(guī)定的方向進(jìn)行1g掃頻振動(dòng)試驗(yàn)，掃頻范圍為10～2 000 Hz，掃頻速率為1 OCT/min。

圖1 減振系統(tǒng)軸向視圖

2 結(jié)果與討論

常用橡膠樣條的測試性能見表1，由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著氣相二氧化硅的添加，100%定伸應(yīng)力、硬度、試樣厚度均出現(xiàn)了正相關(guān)，這主要是由于體積填充效應(yīng)，即隨著填料這種剛性顆粒的加入，橡膠體系的彈性模量將增大。伸長率則為負(fù)相關(guān)，撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率無明顯關(guān)系，這主要是由于所用膠料為混煉膠，本身含有補(bǔ)強(qiáng)填料，再增加填料的補(bǔ)強(qiáng)效果不明顯。

表1 不同含量氣相二氧化硅時(shí)橡膠材料的力學(xué)性能

減振制品的性能見表2，隨著填料使用量的增大，任意軸向的諧振頻率和放大倍數(shù)出現(xiàn)了增大，這同樣主要是由于隨著填料的加入，橡膠體系的彈性模量增大造成的。同樣也可知，減振器的諧振頻率和放大倍數(shù)與100%定伸應(yīng)力、硬度、試樣厚度和伸長率的倒數(shù)正相關(guān)，然而其與哪個(gè)參量的變化趨勢(shì)更加相似卻難以直接判斷。

表2 不同含量氣相二氧化硅時(shí)減振器的動(dòng)態(tài)性能

表3 橡膠材料力學(xué)性能與減振器動(dòng)態(tài)性能歸一化值相似程度比較

表4 硬度預(yù)測減振器動(dòng)態(tài)性能的誤差值

3 結(jié)語

通過上述研究可以得出如下結(jié)論。

1)隨著氣相二氧化硅的添加量的增加，硅橡膠的100%定伸應(yīng)力、硬度、試樣厚度均增大，伸長率則降低，撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、扯斷永久變形無明顯變化。

2)隨著橡膠填料使用量的增大，減振器任意軸向的諧振頻率和放大倍數(shù)均增大。