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減震用橡膠材料及其應用
減震用橡膠材料及其應用
隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展， 震動和噪音已經(jīng)成為各個領(lǐng)域的嚴重問題： 它會降低操作精度，影響產(chǎn)品質(zhì)量；縮短產(chǎn)品壽命，使得高精儀器不能正常工作；危及安全性，使設(shè)備或構(gòu)建物早期破壞；污染環(huán)境及影響人身健康，諸如地震之類的震動甚至 還給人類的 生命財產(chǎn)造成極大的損害。因此 ，研究和掌握震動控制與 噪音控制技術(shù) 已是各國工業(yè)發(fā)展 面臨的重大課題。
消除震動和噪音的 根本方法是 減少或者消除 震動源的震動， 但實際上要想完 全消除震動源的震動 是不可能的， 因此必須采取 其他控制 震動的 方法。實際 應用中廣泛、有效的方法是 使用各 種減震制品，尤其是橡膠減震 制品。它能夠有效 地隔離震動與激發(fā)源，還可以緩 和震動 體的震動， 因此被廣泛 地應用于各種機動車輛、 飛機、船艦等 的動力機械及風機、水泵等輔助 設(shè)備和儀器的震動 隔離。近年來 ，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。對于結(jié)構(gòu)震動和 結(jié)構(gòu)噪音的 阻尼處理 ，也廣泛 地使用特殊的橡膠材料， 稱為黏彈性高阻尼材料。
1 橡膠的減震作用及減震橡膠材料
橡膠的 特點是既有高彈態(tài)又 有高黏態(tài)，橡膠的 彈性是由其卷曲分子 構(gòu)象的變化產(chǎn)生的，橡膠分子間相互 作用會 妨礙分子鏈 的運動，又表現(xiàn)出黏性特點，以致應力與應變往往處 于不平衡狀態(tài) 。橡膠的 這種卷曲的長鏈分子結(jié) 構(gòu)及分子間存在 的較弱的次級力；使得橡膠材料呈現(xiàn)出* 的黏彈性能， 因而具有良好的減震、隔音和緩沖性能。橡膠部件廣泛用于隔離震動和 吸收沖擊 ，就是因為其具有滯后、阻尼及能進行可逆大變形的特點。
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(HR)和(NBR)的損耗因子大。
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，具有優(yōu)異的彈性，耐疲勞 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，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-OH 基團有機酸的金屬鹽 制成的減震器 具有較好的耐久性能，在 70℃×22h和 40℃×148h 條件下的壓縮變形分 別為 17.0%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 受到廣泛關(guān)注。近 ，日本三井化學公司與鬼怒川 橡膠公司通過采用高相對分子 質(zhì)量的 EPDM 與低相對分子 質(zhì)量的 EPDM并用，合作開發(fā)出一種新型耐熱減震橡膠材料，。該減震橡膠的各 項測試表明，其減震性能 與 NR 相同，但其耐熱性、低溫柔軟性要比 NR 等其他橡膠好。Iizumi采用 EPDM 制成用于汽車部件上的減震器用橡膠材料， 具有很好的耐熱性，在 190℃×5h熱老化后，材料 仍具有很好的層間黏合性能。對低溫動態(tài)性能要求苛刻 的減震橡膠， 往往采用硅橡膠； 當要求高阻尼時可采用 IIR 或鹵化 IIR ；PU 具有優(yōu)良的耐磨性、耐屈撓 性和對烴類燃料及大部分有機溶劑的抵抗能力，同時具有很高的物 理性能、良好的電絕緣 性、黏合性和耐老化性能。PU 在減震隔音方面也 得到了廣泛 應用，如 Adachi 等采用 PU 制得減震和 隔音良好的橡膠 片層，應用 到地板、天花板及彎曲板后，效果良好。