氣相二氧化硅用量與減振制品振動性能關系

郭瑞毅，涂春潮，任玉柱，陳子昂

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

硅橡膠由于其優秀的耐候性及高低溫性能被廣泛應用于減振降噪領域，然而無論是硅橡膠本身或者是硫化交聯的硅橡膠其材料本身模量均極低，無法直接得到應用。通常的手段是添加各種填料，例如劉洋等[1]研究了石墨烯補強的硅橡膠材料，楊勃等研究了氧化石墨烯/白炭黑對硅橡膠的力學性能影響[2]，王天強等研究了納米活性碳酸鈣的補強效果[3]。在諸多填料種類中，二氧化硅填料對硅橡膠的補強效果最為明顯，經過二氧化硅補強的硅橡膠斷裂能可增加到3個數量級以上[4]，因此得以廣泛的應用。二氧化硅在補強硅橡膠的同時，其他材料性能也有著多方面的影響，特別是對模量等力學性能影響明顯，相關的研究已非常豐富，例如雷曼云等[5]研究了疏水二氧化硅使用分數對硅橡膠拉伸強度、撕裂強度、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硅橡膠高頻動態性能的影響。這些力學性能對橡膠減振器的影響十分復雜，通常根據粘彈性理論減振器可以簡化為彈簧及粘壺的串并聯結構，例如采用并聯彈簧剛度為k′、串聯彈簧剛度為k″的Maxwell模型時，系統的絕對傳遞函數μF為：

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1 試驗及方法

1.1 試驗設備

DC-4000-40電動振動試驗系統，蘇州蘇試實驗儀器股份有限公司；T2000E電子拉力機，北京友深實驗設備廠；LX-A型橡膠硬度計，上海市輕工業局標準計量管理所實驗工廠；測厚儀，上海六菱儀器廠。

1.2 試驗材料

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 拉伸試驗方法

拉伸試驗按照GB/T 528進行，試樣類型為2型。

1.4 撕裂試驗方法

拉伸試驗按照GB/T 529進行，試樣類型為直角型。

1.5 厚度試驗方法

拉伸試驗按照GB/T 2941進行。

1.6 硬度試驗方法

拉伸試驗按照GB/T 531.1進行，測試類型為A型。

1.7 振動試驗方法

將減振器安裝在模擬配重上(見圖1)，對整個系統在振動試驗臺上按照規定的方向進行1g掃頻振動試驗，掃頻范圍為10～2 000 Hz，掃頻速率為1 OCT/min。

圖1 減振系統軸向視圖

2 結果與討論

常用橡膠樣條的測試性能見表1，由試驗結果可知，隨著氣相二氧化硅的添加，100%定伸應力、硬度、試樣厚度均出現了正相關，這主要是由于體積填充效應，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。伸長率則為負相關，撕裂強度、拉伸強度、拉斷伸長率無明顯關系，這主要是由于所用膠料為混煉膠，本身含有補強填料，再增加填料的補強效果不明顯。

表1 不同含量氣相二氧化硅時橡膠材料的力學性能

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出現了增大，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與100%定伸應力、硬度、試樣厚度和伸長率的倒數正相關，然而其與哪個參量的變化趨勢更加相似卻難以直接判斷。

表2 不同含量氣相二氧化硅時減振器的動態性能

表3 橡膠材料力學性能與減振器動態性能歸一化值相似程度比較

表4 硬度預測減振器動態性能的誤差值

3 結語

通過上述研究可以得出如下結論。

1)隨著氣相二氧化硅的添加量的增加，硅橡膠的100%定伸應力、硬度、試樣厚度均增大，伸長率則降低，撕裂強度、拉伸強度、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均增大。