三、橡膠臧震(阻尼)制品

橡膠具有優(yōu)良的阻尼特性，廣泛用于制造吸收沖擊、減小或隔離震動(dòng)的減震制品。因此被廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)動(dòng)車輛、飛機(jī)、 船艦等的動(dòng)力機(jī)械及風(fēng)機(jī)、水泵等輔助設(shè)備和儀器的震動(dòng)隔離。近年來(lái)，一些大型建筑物和橋梁等也采用了隔離地震的層壓橡膠墊支撐建筑物。對(duì)于結(jié)構(gòu)震動(dòng)和結(jié)構(gòu)噪聲的阻尼處理，稱為黏彈性高阻尼材料。橡膠的滯后和內(nèi)摩擦特性通常用損耗因子表示，損耗因子越大，橡膠的阻尼和生熱越顯著，減震效果越明顯。橡膠材料損耗因子的大小不僅與橡膠本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與溫度和頻率有關(guān)。在常溫下，天然橡膠(NR)和順丁橡膠(BR) 的損耗因子較小，丁苯橡膠(SBR)、氯丁橡膠(CR)、 乙丙橡膠(EPR)、 聚氨酯橡膠(PU)和硅橡膠的損耗因子居中，丁基橡膠(IIR) 和丁腈橡膠(NBR)的損耗因子最大。用作減震目的的橡膠材料一般分5種，即NR、SBR、BR為普通橡膠材料; NBR用于耐油硫化膠; CR用于耐天候硫化膠，IIR用于高阻尼硫化膠，EPR用于耐熱硫化膠。NR雖然損耗因子較小但其綜合性能最好具有優(yōu)異的彈性，所疲勞性好生熱低，蠕變小與金屬件黏合性能好，耐寒性、電絕緣性和加工性能也好，因此NR被廣泛地用作減震目的，要求耐低溫或耐天候性能時(shí)，可與BR或CR并用或共混改性。Nishiue等采用NR、BR及碳原子數(shù)大于4的含有一0H基團(tuán)有機(jī)酸的金屬鹽制成的減震器具有較好的耐久性能，在70°C x22h和40℃ X148h條件下的壓縮永久變形分別為17. 1%和11.7%。由于EPDM耐天候、耐臭氧老化、電絕緣性、耐熱和耐寒等性能優(yōu)異，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。對(duì)橡膠的減震特性的影響是各種因素共同作用的結(jié)果。

炭黑對(duì)橡膠減震/阻尼性主要體現(xiàn)如下。

(1)用量影響

一般來(lái)說(shuō)，橡膠的彈性模量會(huì)隨著補(bǔ)強(qiáng)填充劑(如:炭黑、白炭黑)用量的增多而增大，同時(shí)受振幅的影響也隨之增大，并引起損失系數(shù)的變化。原因是炭黑的二次結(jié)構(gòu)在橡膠中由于范德華力的作用而形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，既易于分解，也易于生成。當(dāng)填充劑量大時(shí)，這種結(jié)構(gòu)就能抵抗橡膠的流動(dòng)變形，提高動(dòng)態(tài)模量，而當(dāng)振幅增加時(shí)，這種結(jié)構(gòu)被破壞(即破壞分解多于生成)，于是模量下降而損失系數(shù)增加。但填充量小和模量低的膠料變化不大。

(2)炭黑粒徑影響 炭黑粒徑是炭黑補(bǔ)強(qiáng)作用的重要因素。在等量配合的條件下，炭黑的粒徑越小(特別是小于硫化膠交聯(lián)點(diǎn)間鏈段長(zhǎng)度時(shí)) ,補(bǔ)強(qiáng)效果越好，彈性模量越高，且硬度越大(一定值后變化不大)，回彈率越小，硫化膠的生熱越大;炭黑的粒徑越大，回彈率越高，損耗系數(shù)越小，生熱越低。說(shuō)明炭黑的粒徑對(duì)硫化膠的彈性模量及減震性能有較大的影響。

(3)炭黑分散度的影響 炭黑的分散度越高，橡膠材料的貯存模量(彈性模量)越高，而損耗模

量越低和滯后損失越小。因此,為了得到高阻尼橡膠材料，炭黑的分散度不能太高。但分散度過(guò)低，在受外力時(shí)，材料及結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象，從而導(dǎo)致材料及結(jié)構(gòu)的過(guò)早破壞。 在相同分散度下，隨著炭黑用量增大，橡膠材料的阻尼性能提高，而且炭黑種類對(duì)橡膠材料的阻尼性能影響也很大。

根據(jù)上述規(guī)律，對(duì)于減震橡膠配方來(lái)說(shuō)，在NR中應(yīng)多配人半補(bǔ)強(qiáng)炭黑(粒徑60~ 100nm)或細(xì)粒子熱裂法炭黑(粒徑100~ 200nm) ;而合成橡膠本身的強(qiáng)度低，補(bǔ)強(qiáng)效果不佳，只能采用快壓出炭黑(粒徑40~ 48nm)和通用炭黑。從疲勞和屈撓性能來(lái)看，炭黑在減震橡膠中起著不良的影響。炭黑粒徑越小，補(bǔ)強(qiáng)效果越大，則疲勞作用越顯著，屈撓破壞也越嚴(yán)重，為了獲得較好的耐疲勞和耐屈撓性能，也應(yīng)選用粒徑較大的炭黑。但為了克服目前選用單一品種炭黑導(dǎo)致膠料性能上的缺陷，可采用兩種或兩種以上炭黑并用，包括粒徑較大的炭黑(如N990)代替部分其他發(fā)黑，以滿足減震橡膠的性能要求。此外，采用乙烯(型)單體對(duì)炭黑的表面進(jìn)行接枝改性，可提高膠料的物理性能，特別是老化后的物理性能，同時(shí)能顯著降低膠料在動(dòng)態(tài)下的疲勞生熱。20 世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)了碳納米管以后，由于其驚人的強(qiáng)度、韌度及彈性復(fù)原度，可制成高彈性減震橡膠，諸如:汽車減震裝置可能被制成像紙一樣薄，在建筑和橋梁支座、大功率防震膠墊等都有它用武之地。近期試驗(yàn)表明，蒙脫土不僅可以顯著提高膠料的定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度，而且可減少高結(jié)構(gòu)炭黑的用量，改進(jìn)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使材料的疲勞生熱顯著降低，延緩疲勞破壞過(guò)程。此外，由于蒙脫士的屏蔽作用，還能提高膠料抵抗氧、臭氧和光老化能力，改善橡膠減震制品的性能。