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1、第 6 期 特 种 橡胶制品 高阻尼硅橡胶的研 究 何道纲 (四川化工研究所) 杜承泽 (华南工学院) 硅橡胶主链为 。 / 5 火 。/ 链结构 , 一 尹却、 0 2 、 O 了 股川 曰 其柔顺性很好 , 具有卓越的低温性能 , 例如 甲基硅橡胶的 玻璃化温度(T g)为一12 3 , 乙烯基甲基硅橡 胶的T g为一65 , 。 因而 低温下动态性能要求苛刻的阻尼器 (如粘弹 减摆器) , 往往采用硅橡胶作材质 。 但是硅 橡胶的阻尼比不高 , 与氯 丁胶和丁苯胶相 当 。 为了提高硅橡胶的阻尼性能 , 本文在配 合方法上进行了研究 。 有关填充硅橡胶的动态力学待性方面所 发表的著作 很
2、少 “一舀,。 在l, 6 5年K . E . P - o lm an 仁 e er 和J . D . H elme r 在 oH z 下侧定过 硅橡胶的剪切弹性模量和剪切 损耗模量 “ 。 他们仅在气相法白炭黑的体积分 数为口 . 2 (约为5 0重量份)以内进行了实验 , 硅藻土的 体积分数 高达口 . 4 5 (约为18 0 重量份) 。 本 文在单用气相法白炭黑卯重量份以上 , 以及 气相法自炭黑和硅藻土的并用方面 , 进行了 实验 。 沈服化工厂生产 。 二苯墓硅二醇 : 天津化学试剂一厂生 产 。 2工艺 棍 炼设备采用2英寸炼胶机 , 胶料在加 交获剂之前经1 60 又6 0 分
3、钟的 热处理 , 加 交联剂后胶料需停放2 4小时 , 此后方可进行 硫化 。 硫化分两段进行 。 一段硫化 条件 : 1 6 0 x 1 口分钟, 在平板硫化机上进行 , 二段硫 化杀件 : 15 0 x l 小时升温 1 小时 18 0 2 0 0 x4 小时 , 在烘箱内迸行 。 原材料 、 工艺及测验方法 1 . 原材料 乙烯基甲基硅 橡胶1 1 口 、: : 乙烯基含量 。 . 1 5% , 分子量5 06 0万 , 上海树脂厂生 产 。 气相法白炭黑 : 比表面积 15 0 米 “/ 克 , 本文收到日期 . 1 日那 2 5 . 测试方法 扯断强度 、 1 0 口%定伸 . 强度
4、 、 扯断伸长 率和永久变形的侧定采用国标G B02 8 一邓 中观定的C型试样 , 测定方法按国标 。 由于 硅橡胶的扯断强度低 , 特别是10 0%定伸强 反低 , 为便于读准数据 , 采用的拉伸速度为 4 4 0毫米/ 分钟 。 邵氏硬度按国标GB531一邓的规定进 行、 动态模量和损耗角正切值 , 请北京橡胶 研究设计院用DM一 l 型动态模量仪测定 。 试验结呆及讨论 硅像胶分子链的柔性好 , 分子链间的相 互作用力低 。 为了提高硅橡胶的阻尼性能 , 本文采用高分散性的气相法白炭黑 。 因为气 26 特种橡 胶 制品 相法白炭黑的 比表面积愈高 , 愈有利于增加结构控制剂端 硅橡胶
5、 变形时分子链间的摩换 力 , 从而提 高 图2所示 。 口里衣 硅橡胶的l牡尼 。 量的增加 , 硅 岌 孙二 里,召5卡 _ _ _ _ _ - 一 一 一一 -一一一公 筱 育l; 理立安性介灼影响绷 实验的墓本配方如下 (重量份计) : 乙烯基甲基硅橡胶 洲 气相法白炭黑 扣一8 0 二苯基硅二酵 之心 招注白炭黑的幻肠 过氧化二异丙苯 。 . 8 (一) 结构控制粼对硅掀胶性能的影响 本文采用二苯基 硅二醇 作为结 构控制 剂 , 共用量通常为气相白炭黑 重量的川% 。 但是在气 相法 自炭羔用量较大时 , 1 0乡石。勺结 构控制剂用量难于达到充 分控机结构匕 的效 果 , 为此本
6、文在功一即 %范田 内进行丁试 验 。 结构控制剂对硅橡胶的沁尼系数 (即损 耗角正切)的影响如表 1 所示 。 表 1 说明 , 对含60和7 0重 量份气相 法自炭黑的硅橡胶未 说 , 共i 卫尼系数日位皆 随二不基硅二醉的用 量增加而升高 。 表1二 苯基硅二醉对硅橡胶姐尼 系数的 影响 气相法白炭黑用量(重量份) 二苯基硅二醇用量(肠) 阻尼系数a 不 断增加 , 而且扯断强 度上升的福度较大 。 因此 , 从综合性能来着 , 本文采 用二 苯 基硅二醇的用量为气相法白炭黑的 2 0% 。 以上的试验结呆说明 , 在气相 法白炭黑 用量较尚的情况下 :二当心加 二苯恶硅二醇 的用量 ,
7、 能够位气相 法花炭点在 胶料中分散 更为 均 匀 , 同写 扮宁 扮: 一沈 硅辞基的浓度也增 加 “, 度得佳 知 : 与 声 一C相 ;去自炭 黑的绘合 程度增加 , 从而 说 志了挂 像胶f七乳理 机枝性 能和 阻尼位能 。 (二)气:猫法出女黑衬趁椽胶动态性能 的影响 气招i - i 自炭宾 . 用量 刘 硅 二胶 动态 力学性 能的影响 , 知口 艺所示 。 由二可见 , 剪切 弹性模量 和剪切抓耗校量趾气相法自炭黑用 量的增加而心大 , 这与P o i, n:n 、。 r 等研究 硅泛胶所 一得 的结呆 一致 “ 。 口耗尼正 切(T AN己)值在气栩法自炭器用 量为 勿 、 勿
8、和7 0 重量份时分别达到口 . 邵 、 口 。 ,和, . 脚 , 相应 60 1 70 1 72 01 3 20 以以 断幢 护 2 0 0 f D 0 兄 O 。2 0 。2 5 O 。2 1O。2 4 了 t 0 匕 2 Q 二茉基硅二醇用量 , 弘 (气相白炭黑为 5 0重量份) 1 . 扯断强度 , 丫月 a: 含 . 扯断伸长率翔犷 2, % ; 2 . 硬度 大:。“ , 邵民 : 4 。比妙 定 伸强度 , MPa . 图 一 l二笨基硅二醇对硅榆胶强度性能的 影响 犷万下茸厂犷篇 气相国炭黑用量 , 重量份 月2气相法白长黑对硅橡胶动态性能的 影响 第 6 期特种 橡胶制品
9、27 j勺砰 几尼比分别为。 工0 5 、 02 25和。 工 2 。 由此 可 见 , 气相法自炭黑为6 0 重量份时硅橡胶的 阻尼性能最好 。 阻尼比 甲= . TA N扮。 n / 2 。 7 .。 在共 振对 , 激振 频率。与固有自振频率 。n 才日等 , 则 印 二 TAN 乙/2 。 DM 一: 型动态模量仪的划 试方 法为 剪切 共振法 , 故可按上式计算硅澡 胶的阻尼比印 。 d. 吸J. 飞 . I . e 4. , . . . . . 全 ., 脚翻 仰 (三) 气相法白炭黑对硅橡胶强度性能 的影响 有关硅像胶补强机理研究的著作甚多 、“, “一 2 。 本文 仅研究气相
10、法自炭黑对乙烯 基 甲基硅橡胶强度性能的影响 , 其结 朵表 明 , 扯断强度和扯断伸长率的最大值出现在 气相法 白炭黑用量为4 0 5 0 重量份之间(见 图 。) 。 这与D a m s 牙 IMu r ry L“少研究的结呆 大致相似 。 他们用比表面积 为2 5 口米 “/ 克的 气相 法 白炭羔研究的结果 是住3 5一 勿重量份 之间达到最大值 。 这是因为在最适宜的气相 法 白炭黑 用量下 , 硅橡胶和气相法白炭黑之 间的相互作用 达到最佳程度 , “ , 。 两个结呆 在数值上略有差别 , 其主要原 因在于二者所 用的气相 法自炭黑的比表面积不 同 、吕,。 (四 )气相法 白炭
11、黑对硅橡胶玻璃化 温 度的 影响 水文将含气相法 自炭黑4 0 、 5 0和幼重量 份的硅橡胶 , 用D人在 一: 型动态摸量仪作了温 度 潜 , 其结果如图4 、 5和6所示 。 图中G / 为剪 切 弹性摸量 , 日为阻尼系数即T A N各 。 各图 中所显示的T g 皆为 一 招 (这可能是测量引 起的 误差) , 而共共振频率稍有不 同(这与硅 像狡的硬度不大一致) 。 这说 明 硅橡胶的T g 受气相 法 自炭黑用量的影响 很小(见表2) 。 图 了 、 和6还表明 , 在较宽的温度范 口内 , 、注 尼系数日的变化约在0 . 肠一0 . 1 8之 间 , 相应地阻尼 比甲在0 .
12、125口 . 0 9之间 , 觉 化的幅度较小 。 这说明气相法自炭黑为4 0 一6 0重量份时 , 硅像胶具有较好的阻尼稳定 性 , 从而能保证阻尼 器具有良好的动态特性 和稳定性 。 砂I 0 - 公魄护 : . 冷 一 义 _ 肠- ,严一币 一1 00 巧D O 温度 , 留4含如重量份气相法白炭黑的硅橡胶 的温度谱 咐 f 5 0例 匆 9876丁4J2, 气 2 气相法白炭黑用量 , 重量份 1 . 硬度 x 更犷1, 邵氏 : 3 . 扯断伸长率 x 主。 一2, 肠 ; : 。扯 断强度, MP a; 。1 0 0肠定 伸强度 , M尸a . 图3气相法白炭黑对硅橡胶强度性能的
13、 影响 一 f 0o 温度 , 图5含50重量份气相法白炭黑的硅橡胶 的温度谱 特种橡 胶制品 198石年 。 * ,o 一, 州随 护 和剪切损耗模量皆不断下降 , 而阻尼系数变 ;。 化不大 , 同时皆低于单用气相法白炭黑(见 图 了) ; 此外 , 硅像胶的扯断强度 、 扯断伸 长平 、 10 0 %定仲弧度 和硬度也随之不断下 降 , 同时皆低于单用气相法 白炭黑(见图8) 。 ! . 份 . 1 . 召皿 . .八 户甘门仙 .。., . . |J j. U 口口 ,口 J入 U d . ,O , , r 2 古. DD 洲U . .尸 J 巧 铆 1 5 D脚 必 。 如仍O 一如
14、 O 动 刃O 温度 , 图6含6 0重量份气相法白炭黑的硅橡胶 的温度谱 表2 的影响 气相法白炭黑对硅橡胶玻璃化温度 气相法白炭黑用量(重量份) 共振频率f o(H z) 玻璃化温度Tg () 苏万 J日下 。 : 。, r 黑 . 黑 尸 , 二竺竺 , (血)气和法白炭黑重量份) (O)硅藻 上(重经份) 1 . 硬度 xl。 一1, 召尽 氏 ; 3 . 扯沂呻长率 xl。 2, 肠 ; 君, 扯断强度 , Mr a; 人1 。汤定伸强度 , MPa . (五)气相法白炭黑和硅藻土并用对硅 橡胶性能的影响 在总填充量为7 0重量份的情况下并用气 相法白炭黑和硅藻土 , 其结果表明 :
15、 随着硅 藻土并用量的增加 , 硅橡胶的剪切弹性模量 ; 澎 , 了断撞护 图3气相法白炭黑和砍藻土并用对硅橡 胶强度性能的影响 (六) 祸玖剂对硅母胶性能的影响 制造阻尼器险在粘合工艺中返常需用偶 联k j J 。 本文以乙烯基三乙氧基硅烷为例 , 研 究了偶联剂对硅橡胶性能的影响 , 其结果表 明 , 随着乙烯基三乙氧基硅烷用量的增加 , 剪切弹性模量 和剪 切损耗摸量不 断增加 , TAN己俄变化不断 , 但与无 偶联剂相比 , 其 T AN乃值有所下降(见图9) ; 址断强度和 f 0 D 匆 召 , 犷亦纷道东 2 留 飞刁塌, 4 J J 甘 姿 的 ! 1 D 百2 1 Q 勿
16、勿必 勿 如 如犯韶切 勿(通, O (0 ) 和 卯 ()气 相法白炭黑(重量份) (O) 硅藻土(重址份 图了气相法白炭黑和硅藻土并用对硅橡 胶动态性能的影响 蓄 2J4 歹 6 乙烯基三乙氧基硅烷用量 , 重星份 图g乙烯基三乙氧基谁烷对硅橡胶动态 性能的影响 第 6期 特种像胶 制品 20 0 %定伸强心不 断 . 心加 , 而脸断介: , 长率不断 下降(见图1 口) 。 因为偶联齐J能在硅像胶与白 炭黑之间形成化学键 , 从而增加了补强效果 (1 4) o 七李种产 户摇纂 7 口 卜“ 占J 42 , f2 3 牛 J 6 乙烯基三乙氧基硅烷用量 , 重量份 1 . 硬度x1 0 一1, 邵氏 ; 3 。加。呱定伸强度,MPa, 2 . 扯断强度 , MP a; 4 . 扯断伸长率 x10 - 2, 肠 . 图1 0乙烯基三乙氧基硅烷 对硅橡胶强 度性能的影响 结 对于上述结果 , 语 P o lm an te e r 及其周事 一. , 。、认为, 气相法白炭黑对硅糠 肢性能 的影响
