生膠對自粘性聚異丁烯橡膠阻尼材料性能的影響研究*

孫志勇,馬衛東,孫國華,張 鯤,李 斌,李 輝,翟 文,王樹倫

(1.中國兵器工業集團 第五三研究所，山東 濟南 250031；2.南京軍代局駐濟南地區代表室，山東 濟南 250031)

當前，針對硫化型丁基橡膠方面的研究報道已經很多[1-5],但有關自粘性聚異丁烯橡膠阻尼材料研究報道很少。盡管自粘性聚異丁烯橡膠阻尼材料相關產品的生產廠家已經較多，但其阻尼性能表征基本基于懸臂梁測試方法，該方法對于測試材料寬溫范圍內的阻尼性能則耗時較長，同時制樣繁瑣。利用動態熱機械分析儀(DMA)進行自粘性阻尼材料動態力學性能測試，制樣方便，測試快捷，為系統研究該類材料的阻尼性能奠定了測試技術基礎。另外，利用橡膠加工分析儀(RPA)測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，測試結果重復性好。本文主要研究了不同牌號生膠對自粘性聚異丁烯橡膠阻尼材料性能的影響，并對影響機理進行了分析。

1 實驗部分

1.1 原料

氯化丁基橡膠(CIIR-1068、CIIR-1066)：美國埃克森化工國際商務有限公司；聚異丁烯橡膠(PIB-B200、PIB-B100)：德國巴斯夫公司；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)：杭州順達塑膠國際集團有限公司；聚異丁烯橡膠(JINEX-6130)：錦州精聯潤滑油添加劑有限公司；聚異丁烯橡膠(PIB-1300)：韓國大林工業有限公司；填料、增粘劑、增塑劑、防老劑等均為市售。

1.2 儀器設備

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

1.3 基礎配方

實驗基礎配方(質量份)：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

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

1.5 性能測試

(1) 動態力學性能按ASTM D4065—06測試，測試條件：試樣厚度(2±0.2)mm，最大振幅80 μm，最大動態力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測試，測試條件：40 ℃，10 min。

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

2 結果與討論

2.1 不同牌號聚異丁烯橡膠的玻璃化轉變溫度

本實驗進行了多種牌號聚異丁烯橡膠的玻璃化轉變溫度測試，結果如表1所示。

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

表1 不同牌號聚異丁烯橡膠的玻璃化轉變溫度

由表1可見，不同牌號聚異丁烯橡膠的玻璃化轉變溫度具有一定的差異，尤其低相對分子質量聚異丁烯橡膠與高相對分子質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相差18.1℃，因此不同相對分子質量聚異丁烯橡膠配合使用將使材料在具有較高阻尼系數峰值、較高自粘性的同時具有較寬的玻璃化轉變區間，從而使材料具有更寬的阻尼溫域。

2.2 不同牌號聚異丁烯橡膠的門尼粘度

不同牌號聚異丁烯橡膠門尼粘度的測試結果如表2所示。

表2 不同牌號聚異丁烯橡膠的門尼粘度

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

2.3 不同牌號聚異丁烯橡膠對材料扭矩及動態力學性能的影響

不同牌號聚異丁烯橡膠對材料動態力學性能的影響研究配方如表3所示。

表3 不同牌號聚異丁烯橡膠對材料動態力學性能的影響研究配方表1)

1) 其它添加劑相同。

不同牌號聚異丁烯橡膠對材料動態力學性能和扭矩的影響研究結果如表4和圖1所示。

表4 不同牌號聚異丁烯橡膠對材料動態力學性能的影響

配方編號圖1 不同牌號聚異丁烯橡膠對材料扭矩的影響

由表3、表4、圖1的數據可知，采用不同牌號聚異丁烯橡膠對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。在一定的測試條件下，扭矩可以相對反映材料的硬度，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分子質量所決定，這與表2中的門尼測試結果相一致。

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數據可知,CIIR-1068的門尼粘度比PIB-B100大，原因是在扭矩的測試溫度下，PIB-B100結晶沒有遭到破壞，因此表現出較高的硬度，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整性，即結晶較弱，因此盡管生膠門尼值較高，但最終體系的扭矩值較低。

不同牌號聚異丁烯橡膠對材料動態力學性能具有不同的影響。CIIR-1068被CIIR-1066等量替換后，對材料動態力學性能影響不明顯，因為二者僅相對分子質量有一定差異，而分子結構完全相同，因此兩個配方的阻尼系數及阻尼系數峰值變化不明顯，僅在材料扭矩上體現出不同。以CIIR-1068等量替代PIB-B100，則材料體系阻尼系數峰值由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，因此相對降低了分子鏈中的甲基含量，即降低了分子間摩擦效應，而在填充體系一致的情況下阻尼效應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峰值。

3 結 論

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

(2) 不同牌號聚異丁烯橡膠對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) 不同牌號聚異丁烯橡膠對材料動態力學性能具有不同的影響。CIIR-1068被CIIR-1066等量替換后，對材料動態力學性能影響不明顯，以CIIR-1068等量替代PIB-B100，則材料體系阻尼系數峰值由1.654降至1.605。

參 考 文 獻：

[1] 晏才圣,羅權焜.影響IIR/CIIR共混硫化膠動態力學性能的因素[J].橡膠工業,2003,50(6):328-328.

[2] 羅權焜，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,馬衛東,張鯤,等.氯化丁基橡膠阻尼材料動態力學性能的影響因素研究[J].世界橡膠工業,2009,36(1):18-20.

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

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