NR/ER-SG301并用胶减震性能研究*

张远喜，黄兆明，廖云昆，张志强，管庆松，袁维娜

(云南震安减震科技股份有限公司 云南省工程结构减隔震应用工程研究中心，云南 昆明 650041)

橡胶减隔震制品已广泛应用于机械工业、航空航天航海、精密仪器、交通运输、建筑减隔震等各个领域。因天然橡胶(NR)的综合性能良好,已广泛用于上述橡胶减隔震制品[1-4]，但NR减震阻尼性能较差，一般需要与其它聚合物配合使用。ER-SG301由丙烯酸类聚合物与NR乳液接枝反应的产物，其与NR相容性较好，共混性能优异，具有较好的阻尼性能。本文以NR/ER-SG301作为主体材料，研究其并用比对减震橡胶材料的加工性能、物理机械性能、阻尼性能和动态性能的影响，以期获得理想的NR/ER-SG301减震橡胶材料[5-7]。

1 实验部分

1.1 原料

NR：西双版纳景阳橡胶有限责任公司；ER-SG301：广州盈泷贸易有限公司；炭黑、增塑剂、氧化锌、硬脂酸、促进剂、防老剂等其它助剂均为市售工业产品。

1.2 仪器设备

双辊筒开炼机：S(X)K-160A，上海机械技术研究所；无转子硫化仪：ZWL-Ⅲ，江都市道纯试验机机械厂；平板硫化机：XLB-DQ400×400×2，青岛市第三橡胶机械厂；电子万能拉力试验机：TS-2000，台湾晔中股份有限公司；DMA242型动态力学分析仪：德国NETZSCH公司。

1.3 基本配方

基本配方(质量份)为：NR/ER-SG301 变量；氧化锌 4.0；硬脂酸 1.5；硫黄 0.8；促进剂1.8；炭黑N330 85；树脂145A 20；防老剂 3.0；软化剂 20.0；无机填料 20。

1.4 试样制备

(1) 混炼胶制备

调整开炼机辊距，加入NR塑炼胶包辊，依次加入ER-SG301、活性剂、防老剂、填料、软化剂、硫化体系，薄通6遍，下片，停放待用。

(2) 金属表面处理

使用自动抛丸机进行抛丸处理，用乙醇进行表面清洗，然后刷涂底胶、面胶，停放干燥待用。

(3) 硫化胶试样制备

使用无转子硫化仪，称量4～5 g混炼胶在150 ℃下进行测试，以测定硫化时间。混炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为150 ℃×t90，硫化压力为12～15 MPa，硫化胶试样停放24 h后进行性能测试。

1.5 性能测试

(1) 阻尼性能：按照GB/T 12830—2008、GB 20688.3—2006进行测试。

(2) 黏合性能：按照GB/T 15254—94进行测试。

(3) DMA动态力学性能：频率为3.33 Hz，升温速率为3 ℃/min，温度范围为-80～80 ℃，最大动态负荷为2 N，最大振幅为120 μm，采用双悬臂梁形变模式。

(4) 硫化特性按照GB/T 9869—1997进行测试；门尼黏度按照GB/T 1232.1—2000进行测试；拉伸强度按照GB/T 528—2009进行测试；邵尔A硬度按照GB/T 531—1999进行测试；耐臭氧龟裂按照GB/T 7762—2003进行测试；热空气老化性能按照GB/T 3512—2001进行测试。

2 结果与讨论

2.1 NR/ER-SG301并用比对硫化特性和加工性能的影响

表1为NR/ER-SG301并用比对胶料硫化特性和加工性能的影响。从表1可以看出，用ER-SG301部分取代NR时，胶料的起始黏度值增加，而门尼黏度变化较小，说明ER-SG301对NR胶料加工性能的影响较小。

表1 NR/ER-SG301并用比对硫化特性和加工性能的影响

用ER-SG301部分取代NR时，胶料的焦烧时间(t10)、正硫化时间(t90)、 最小扭矩(ML)和最大扭矩(MH)变化较小，说明ER-SG301对NR胶料的硫化性能、交联密度影响较小。分析认为，ER-SG301是由丙烯酸类聚合物与NR乳液接枝反应的产物，其与NR相容性较好，共混性能优异，所以对NR硫化性能影响较小。

2.2 NR/ER-SG301并用比对物理机械性能的影响

表2为NR/ER-SG301并用比对硫化胶物理机械性能的影响。由表2可以看出，随着并用胶中NR用量的逐渐减少、ER-SG301用量的逐渐增加，硫化胶的硬度逐渐增加，拉伸强度、臭氧老化性能、热空气老化性能变化不大，扯断伸长率和补强系数逐渐降低。分析认为，经过具有塑料特性的丙烯酸类聚合物材料接枝改性，使得SG-301产品成为一种具有高硬度、高模量、优异的物理机械性能的橡胶共混物，所以用ER-SG301部分取代NR时，硫化胶的硬度逐渐增加，扯断伸长率和补强系数逐渐降低。说明用ER-SG301部分取代NR生产减震橡胶制品时，可以提高减震橡胶制品的刚度，但会损失一定的极限变形能力。

表2 NR/ER-SG301并用比对物理机械性能的影响

2.3 NR/ER-SG301并用比对阻尼性能的影响

图1和表3为NR/ER-SG301并用比对硫化胶阻尼性能的影响。

位移/mm图1 NR/ER-SG301并用比对阻尼性能的影响

表3 NR/ER-SG301并用比对阻尼性能的影响

由图1和表3可以看出，随着并用胶中NR用量的逐渐减少、ER-SG301用量的逐渐增加，硫化胶的滞回环饱满程度逐渐增加，即硫化胶的剪切模量和等效阻尼比均逐渐增加，说明用ER-SG301部分取代NR生产减震橡胶制品时，可以提高减震橡胶制品的刚度，增强减震橡胶制品的耗能能力。

2.4 NR/ER-SG301并用比对黏合性能的影响

黏接过程是一个复杂的物理和化学过程，黏接力的产生不仅取决于胶黏剂和被黏材料表面的结构与状态， 而且也与黏接过程的工艺条件密切相关。

表4为NR/ER-SG301并用比对黏合性能的影响。由表4可以看出，随着并用胶中NR用量的逐渐减少、ER-SG301用量的逐渐增加，硫化胶的黏合强度先增加，然后再逐渐降低，当NR/ER-SG301并用比为88/12时，黏合强度较高，剥离面积较小，黏合效果较好。说明用ER-SG301部分取代NR时，有利于提高硫化胶与钢板的黏合强度。

表4 NR/ER-SG301并用比对黏合性能的影响1)

1) TR为簿层橡胶破坏，金属表面附很簿且均匀的橡胶层，剥离面积越小，黏合效果越好。

2.5 NR/ER-SG301并用比对动态性能的影响

图2为NR/ER-SG301并用比对储能模量(G′)的影响。

t/℃图2 NR/ER-SG301并用比对储能模量的影响

由图2可以看出，几种硫化胶的G′随温度升高逐渐降低，变化趋势基本相同，玻璃化转变温度在-53 ℃左右。在低温区域，用ER-SG301部分取代NR时，G′有一定幅度的增加，但随着温度的升高，G′大小基本趋于一致。说明用ER-SG301部分取代NR生产减震制品时，减震制品的刚度会适当增加，温度相关性会适当降低。

图3为NR/ER-SG301并用比对损耗因子(tanδ)的影响。由图3可以看出，随着并用胶中NR用量的逐渐减少、ER-SG301用量的逐渐增加，硫化胶的玻璃化转变温度基本没有发生变化，均在-53 ℃左右，最大损耗因子逐渐降低。随着温度的逐渐增加，tanδ发生明显的变化，在室温及高温区，随着并用胶中NR用量的逐渐减少、ER-SG301用量的逐渐增加，tanδ逐渐增加。说明用ER-SG301部分取代NR生产减震制品时，在低温区域，减震效果会降低，而在室温及高温区域，减震效果会增加，可以根据减震产品的使用温度范围，适当选用NR/ER-SG301并用比，改善橡胶减震制品的减震效果[8]。

T/℃图3 NR/ER-SG301并用比对损耗因子的影响

3 结 论

以NR与 ER-SG301并用作为减震橡胶材料，随着并用胶中NR用量的逐渐减少、ER-SG301用量的逐渐增加，硫化胶的硬度、剪切模量逐渐增加，加工性能、拉伸强度、臭氧老化性能、热空气老化性能变化较小，扯断伸长率和补强系数逐渐降低，黏合性能先增加后降低；在低温区域，阻尼性能降低，在室温及高温区域，阻尼性能增加。可以根据减震橡胶制品的使用温度范围，适当选用NR/ER-SG301并用比，改善橡胶减震制品的减震效果。

参 考 文 献：

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[3] 杨莉.日本橡胶工业一瞥[J].中国橡胶，2010，26(3)：21-25．

[4] TOSHIO，NOBUO MUROTA.Elastomeric seismic-protection isolators for buildings and bridges[J].Chinese Journal of Polymer Science,2013,31(1):50-57.

[5] 王韵然，王进，刘莉，等.橡胶减震材料的研究进展[J].橡胶工业，2011， 58(3)：186-191．

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[7] 宋申平.高阻尼减震材料的应用研究[J]．安徽化工，2010，36(3)：13-14.

[8] 隋杰英.大温差黏弹性阻尼器试验研究[J]．建筑结构，2006，36(7)：68-70.