NR/ER-SG301并用膠減震性能研究*

張遠喜，黃兆明，廖云昆，張志強，管慶松，袁維娜

(云南震安減震科技股份有限公司 云南省工程結(jié)構(gòu)減隔震應(yīng)用工程研究中心，云南 昆明 650041)

橡膠減隔震制品已廣泛應(yīng)用于機械工業(yè)、航空航天航海、精密儀器、交通運輸、建筑減隔震等各個領(lǐng)域。因天然橡膠(NR)的綜合性能良好,已廣泛用于上述橡膠減隔震制品[1-4]，但NR減震阻尼性能較差，一般需要與其它聚合物配合使用。ER-SG301由丙烯酸類聚合物與NR乳液接枝反應(yīng)的產(chǎn)物，其與NR相容性較好，共混性能優(yōu)異，具有較好的阻尼性能。本文以NR/ER-SG301作為主體材料，研究其并用比對減震橡膠材料的加工性能、物理機械性能、阻尼性能和動態(tài)性能的影響，以期獲得理想的NR/ER-SG301減震橡膠材料[5-7]。

1 實驗部分

1.1 原料

NR：西雙版納景陽橡膠有限責任公司；ER-SG301：廣州盈瀧貿(mào)易有限公司；炭黑、增塑劑、氧化鋅、硬脂酸、促進劑、防老劑等其它助劑均為市售工業(yè)產(chǎn)品。

1.2 儀器設(shè)備

雙輥筒開煉機：S(X)K-160A，上海機械技術(shù)研究所；無轉(zhuǎn)子硫化儀：ZWL-Ⅲ，江都市道純試驗機機械廠；平板硫化機：XLB-DQ400×400×2，青島市第三橡膠機械廠；電子萬能拉力試驗機：TS-2000，臺灣曄中股份有限公司；DMA242型動態(tài)力學分析儀：德國NETZSCH公司。

1.3 基本配方

基本配方(質(zhì)量份)為：NR/ER-SG301 變量；氧化鋅 4.0；硬脂酸 1.5；硫黃 0.8；促進劑1.8；炭黑N330 85；樹脂145A 20；防老劑 3.0；軟化劑 20.0；無機填料 20。

1.4 試樣制備

(1) 混煉膠制備

調(diào)整開煉機輥距，加入NR塑煉膠包輥，依次加入ER-SG301、活性劑、防老劑、填料、軟化劑、硫化體系，薄通6遍，下片，停放待用。

(2) 金屬表面處理

使用自動拋丸機進行拋丸處理，用乙醇進行表面清洗，然后刷涂底膠、面膠，停放干燥待用。

(3) 硫化膠試樣制備

使用無轉(zhuǎn)子硫化儀，稱量4～5 g混煉膠在150 ℃下進行測試，以測定硫化時間。混煉膠在平板硫化機上硫化，硫化條件為150 ℃×t90，硫化壓力為12～15 MPa，硫化膠試樣停放24 h后進行性能測試。

1.5 性能測試

(1) 阻尼性能：按照GB/T 12830—2008、GB 20688.3—2006進行測試。

(2) 黏合性能：按照GB/T 15254—94進行測試。

(3) DMA動態(tài)力學性能：頻率為3.33 Hz，升溫速率為3 ℃/min，溫度范圍為-80～80 ℃，最大動態(tài)負荷為2 N，最大振幅為120 μm，采用雙懸臂梁形變模式。

(4) 硫化特性按照GB/T 9869—1997進行測試；門尼黏度按照GB/T 1232.1—2000進行測試；拉伸強度按照GB/T 528—2009進行測試；邵爾A硬度按照GB/T 531—1999進行測試；耐臭氧龜裂按照GB/T 7762—2003進行測試；熱空氣老化性能按照GB/T 3512—2001進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 NR/ER-SG301并用比對硫化特性和加工性能的影響

表1為NR/ER-SG301并用比對膠料硫化特性和加工性能的影響。從表1可以看出，用ER-SG301部分取代NR時，膠料的起始黏度值增加，而門尼黏度變化較小，說明ER-SG301對NR膠料加工性能的影響較小。

表1 NR/ER-SG301并用比對硫化特性和加工性能的影響

用ER-SG301部分取代NR時，膠料的焦燒時間(t10)、正硫化時間(t90)、 最小扭矩(ML)和最大扭矩(MH)變化較小，說明ER-SG301對NR膠料的硫化性能、交聯(lián)密度影響較小。分析認為，ER-SG301是由丙烯酸類聚合物與NR乳液接枝反應(yīng)的產(chǎn)物，其與NR相容性較好，共混性能優(yōu)異，所以對NR硫化性能影響較小。

2.2 NR/ER-SG301并用比對物理機械性能的影響

表2為NR/ER-SG301并用比對硫化膠物理機械性能的影響。由表2可以看出，隨著并用膠中NR用量的逐漸減少、ER-SG301用量的逐漸增加，硫化膠的硬度逐漸增加，拉伸強度、臭氧老化性能、熱空氣老化性能變化不大，扯斷伸長率和補強系數(shù)逐漸降低。分析認為，經(jīng)過具有塑料特性的丙烯酸類聚合物材料接枝改性，使得SG-301產(chǎn)品成為一種具有高硬度、高模量、優(yōu)異的物理機械性能的橡膠共混物，所以用ER-SG301部分取代NR時，硫化膠的硬度逐漸增加，扯斷伸長率和補強系數(shù)逐漸降低。說明用ER-SG301部分取代NR生產(chǎn)減震橡膠制品時，可以提高減震橡膠制品的剛度，但會損失一定的極限變形能力。

表2 NR/ER-SG301并用比對物理機械性能的影響

2.3 NR/ER-SG301并用比對阻尼性能的影響

圖1和表3為NR/ER-SG301并用比對硫化膠阻尼性能的影響。

位移/mm圖1 NR/ER-SG301并用比對阻尼性能的影響

表3 NR/ER-SG301并用比對阻尼性能的影響

由圖1和表3可以看出，隨著并用膠中NR用量的逐漸減少、ER-SG301用量的逐漸增加，硫化膠的滯回環(huán)飽滿程度逐漸增加，即硫化膠的剪切模量和等效阻尼比均逐漸增加，說明用ER-SG301部分取代NR生產(chǎn)減震橡膠制品時，可以提高減震橡膠制品的剛度，增強減震橡膠制品的耗能能力。

2.4 NR/ER-SG301并用比對黏合性能的影響

黏接過程是一個復(fù)雜的物理和化學過程，黏接力的產(chǎn)生不僅取決于膠黏劑和被黏材料表面的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)， 而且也與黏接過程的工藝條件密切相關(guān)。

表4為NR/ER-SG301并用比對黏合性能的影響。由表4可以看出，隨著并用膠中NR用量的逐漸減少、ER-SG301用量的逐漸增加，硫化膠的黏合強度先增加，然后再逐漸降低，當NR/ER-SG301并用比為88/12時，黏合強度較高，剝離面積較小，黏合效果較好。說明用ER-SG301部分取代NR時，有利于提高硫化膠與鋼板的黏合強度。

表4 NR/ER-SG301并用比對黏合性能的影響1)

1) TR為簿層橡膠破壞，金屬表面附很簿且均勻的橡膠層，剝離面積越小，黏合效果越好。

2.5 NR/ER-SG301并用比對動態(tài)性能的影響

圖2為NR/ER-SG301并用比對儲能模量(G′)的影響。

t/℃圖2 NR/ER-SG301并用比對儲能模量的影響

由圖2可以看出，幾種硫化膠的G′隨溫度升高逐漸降低，變化趨勢基本相同，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在-53 ℃左右。在低溫區(qū)域，用ER-SG301部分取代NR時，G′有一定幅度的增加，但隨著溫度的升高，G′大小基本趨于一致。說明用ER-SG301部分取代NR生產(chǎn)減震制品時，減震制品的剛度會適當增加，溫度相關(guān)性會適當降低。

圖3為NR/ER-SG301并用比對損耗因子(tanδ)的影響。由圖3可以看出，隨著并用膠中NR用量的逐漸減少、ER-SG301用量的逐漸增加，硫化膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度基本沒有發(fā)生變化，均在-53 ℃左右，最大損耗因子逐漸降低。隨著溫度的逐漸增加，tanδ發(fā)生明顯的變化，在室溫及高溫區(qū)，隨著并用膠中NR用量的逐漸減少、ER-SG301用量的逐漸增加，tanδ逐漸增加。說明用ER-SG301部分取代NR生產(chǎn)減震制品時，在低溫區(qū)域，減震效果會降低，而在室溫及高溫區(qū)域，減震效果會增加，可以根據(jù)減震產(chǎn)品的使用溫度范圍，適當選用NR/ER-SG301并用比，改善橡膠減震制品的減震效果[8]。

T/℃圖3 NR/ER-SG301并用比對損耗因子的影響

3 結(jié) 論

以NR與 ER-SG301并用作為減震橡膠材料，隨著并用膠中NR用量的逐漸減少、ER-SG301用量的逐漸增加，硫化膠的硬度、剪切模量逐漸增加，加工性能、拉伸強度、臭氧老化性能、熱空氣老化性能變化較小，扯斷伸長率和補強系數(shù)逐漸降低，黏合性能先增加后降低；在低溫區(qū)域，阻尼性能降低，在室溫及高溫區(qū)域，阻尼性能增加。可以根據(jù)減震橡膠制品的使用溫度范圍，適當選用NR/ER-SG301并用比，改善橡膠減震制品的減震效果。

參 考 文 獻：

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