天然橡膠/順丁橡膠并用膠在汽車發動機懸置材料中的應用

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品工程技術研究中心，河北 保定 072550）

隨著汽車工業的快速發展，車輛振動和噪聲的控制成為整車廠研發的重點。懸置系統銜接動力總成和車身部分，主要作用是支撐動力總成、減小動力總成震動對整車的影響、限制動力總成的抖動量，對控制整車噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH）起著非常大的作用。基于汽車振動學的優化設計，應盡可能避免整車主要部件在各種工況下的振動耦合。發動機懸置的具體作用就是對發動機振動和路面激勵的隔離和吸收，減少乘客所受的影響，降低其他零部件因為過多振動產生的疲勞破壞[1]。

順丁橡膠（BR）在實際應用中很少單用，主要是因為其易冷流、混煉工藝差、強伸性能低，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，尤其是輪胎工業近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并用膠作汽車發動機懸置材料在使用過程中的受力狀態，研究NR/BR并用膠的物理性能和阻尼性能，為NR/BR并用膠在汽車發動機懸置材料中的應用提供借鑒經驗。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，RSS3，泰國產品；BR，牌號9000，中國石化燕山石化分公司產品；炭黑N330，東海橡塑（天津）有限公司產品；微硅粉，牌號940D，上海天凱硅粉材料有限公司產品；氧化鋅，質量分數為0.997，鎮江白水化學有限公司產品；硬脂酸，牌號SA-1801，嘉里油脂化學工業（天津）有限公司產品；凡士林（工業級），天津市瑞達鑫華拋磨材料有限公司產品；偶聯劑Si69，東營市恒益化工有限公司產品。

1.2 配方

配方見表1。

表1 配方 份

1.3 主要設備和儀器

3 L密煉機和203.2 mm（8英寸）開煉機，廣東利拿機械有限公司產品；XW-221型平板硫化機和MC010-LXS-A邵氏硬度計，上海嚴潤光機科技有限公司產品；M2000-FAN型無轉子硫化儀、GTTCS-2000型電腦系統拉力試驗機、GT-7017-EM型老化試驗機和壓縮生熱試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產品；動態力學分析（DMA）儀，耐馳科學儀器商貿（上海）有限公司產品。

1.4 混煉工藝

一段混煉在密煉機中進行，密煉室初始溫度為40 ℃，轉子轉速為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（輥距為3 mm）上下片后停放24 h。

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

1.5 性能測試

1.5.1 動態力學性能

試樣長度為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。測試條件為：溫度40～120 ℃，頻率 25 Hz。每個配方至少測試3個試樣，剔除異常數據，將剩余數據取平均值。

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。測試條件為：載荷 1 MPa，沖程 5.71 mm，溫度 （100±1） ℃，預熱時間 30 min，測試時間 25 min。每個配方至少測試3個試樣，剔除異常數據，將剩余數據取平均值。

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）測試按照相應國家標準進行。

2 結果與討論

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呈延長趨勢，這是由于BR雙鍵的活性弱于NR；膠料的Fmax呈增大趨勢，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，膠料的拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度呈降低趨勢，這是由于BR結晶能力不強，自補強性能較低；膠料熱老化后拉伸強度和拉斷伸長率降幅增大。

橡膠材料在固定周期性形變下會吸收部分形變能，并將其轉變為熱能。由于橡膠本身的導熱性差，形變產生的熱量會導致橡膠材料內部溫度升高。在周期性形變很大或溫升很高時，橡膠材料會由于疲勞引起的破裂而損壞。這種損壞開始時發生在橡膠材料內部，然后逐漸擴展到外部，最終導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NR/BR并用比達到70/30時，膠料的壓縮疲勞溫升趨于穩定。

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，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，NR/BR并用膠的阻尼性能出現差異；低于－37 ℃時，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 結論

（1）隨著BR并用量增大，NR/BR并用膠的t10和t90延長，Fmax增大，強伸性能降低，老化后拉伸強度和拉斷伸長率降幅增大。

（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。