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      天然橡膠/順丁橡膠并用膠在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)懸置材料中的應(yīng)用

      2018-07-25 06:49:44郝偉剛劉海東
      橡膠科技 2018年7期
      關(guān)鍵詞:橡膠材料膠料溫升

      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(chǎn)品工程技術(shù)研究中心,河北 保定 072550)

      隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展,車輛振動(dòng)和噪聲的控制成為整車廠研發(fā)的重點(diǎn)。懸置系統(tǒng)銜接動(dòng)力總成和車身部分,主要作用是支撐動(dòng)力總成、減小動(dòng)力總成震動(dòng)對(duì)整車的影響、限制動(dòng)力總成的抖動(dòng)量,對(duì)控制整車噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度(NVH)起著非常大的作用?;谄囌駝?dòng)學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì),應(yīng)盡可能避免整車主要部件在各種工況下的振動(dòng)耦合。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的具體作用就是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和路面激勵(lì)的隔離和吸收,減少乘客所受的影響,降低其他零部件因?yàn)檫^多振動(dòng)產(chǎn)生的疲勞破壞[1]。

      順丁橡膠(BR)在實(shí)際應(yīng)用中很少單用,主要是因?yàn)槠湟桌淞?、混煉工藝差、?qiáng)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(yè),尤其是輪胎工業(yè)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(dá)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(fā)動(dòng)機(jī)懸置材料在使用過程中的受力狀態(tài),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(fā)動(dòng)機(jī)懸置材料中的應(yīng)用提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

      1 實(shí)驗(yàn)

      1.1 主要原材料

      NR,RSS3,泰國(guó)產(chǎn)品;BR,牌號(hào)9000,中國(guó)石化燕山石化分公司產(chǎn)品;炭黑N330,東海橡塑(天津)有限公司產(chǎn)品;微硅粉,牌號(hào)940D,上海天凱硅粉材料有限公司產(chǎn)品;氧化鋅,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.997,鎮(zhèn)江白水化學(xué)有限公司產(chǎn)品;硬脂酸,牌號(hào)SA-1801,嘉里油脂化學(xué)工業(yè)(天津)有限公司產(chǎn)品;凡士林(工業(yè)級(jí)),天津市瑞達(dá)鑫華拋磨材料有限公司產(chǎn)品;偶聯(lián)劑Si69,東營(yíng)市恒益化工有限公司產(chǎn)品。

      1.2 配方

      配方見表1。

      表1 配方 份

      1.3 主要設(shè)備和儀器

      3 L密煉機(jī)和203.2 mm(8英寸)開煉機(jī),廣東利拿機(jī)械有限公司產(chǎn)品;XW-221型平板硫化機(jī)和MC010-LXS-A邵氏硬度計(jì),上海嚴(yán)潤(rùn)光機(jī)科技有限公司產(chǎn)品;M2000-FAN型無轉(zhuǎn)子硫化儀、GTTCS-2000型電腦系統(tǒng)拉力試驗(yàn)機(jī)、GT-7017-EM型老化試驗(yàn)機(jī)和壓縮生熱試驗(yàn)機(jī),高鐵檢測(cè)儀器(東莞)有限公司產(chǎn)品;動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)儀,耐馳科學(xué)儀器商貿(mào)(上海)有限公司產(chǎn)品。

      1.4 混煉工藝

      一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行,密煉室初始溫度為40 ℃,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(jī)(輥距為3 mm)上下片后停放24 h。

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

      1.5 性能測(cè)試

      1.5.1 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

      試樣長(zhǎng)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(cè)試條件為:溫度40~120 ℃,頻率 25 Hz。每個(gè)配方至少測(cè)試3個(gè)試樣,剔除異常數(shù)據(jù),將剩余數(shù)據(jù)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(cè)試條件為:載荷 1 MPa,沖程 5.71 mm,溫度 (100±1) ℃,預(yù)熱時(shí)間 30 min,測(cè)試時(shí)間 25 min。每個(gè)配方至少測(cè)試3個(gè)試樣,剔除異常數(shù)據(jù),將剩余數(shù)據(jù)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(cè)試按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

      2 結(jié)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(zhǎng)趨勢(shì),這是由于BR雙鍵的活性弱于NR;膠料的Fmax呈增大趨勢(shì),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(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度呈降低趨勢(shì),這是由于BR結(jié)晶能力不強(qiáng),自補(bǔ)強(qiáng)性能較低;膠料熱老化后拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率降幅增大。

      橡膠材料在固定周期性形變下會(huì)吸收部分形變能,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋S捎谙鹉z本身的導(dǎo)熱性差,形變產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致橡膠材料內(nèi)部溫度升高。在周期性形變很大或溫升很高時(shí),橡膠材料會(huì)由于疲勞引起的破裂而損壞。這種損壞開始時(shí)發(fā)生在橡膠材料內(nèi)部,然后逐漸擴(kuò)展到外部,最終導(dǎo)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(dāng)NR/BR并用比達(dá)到70/30時(shí),膠料的壓縮疲勞溫升趨于穩(wěn)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(shí),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(shí),NR/BR并用膠的阻尼性能出現(xiàn)差異;低于-37 ℃時(shí),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(jié)論

      (1)隨著BR并用量增大,NR/BR并用膠的t10和t90延長(zhǎng),F(xiàn)max增大,強(qiáng)伸性能降低,老化后拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)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。

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