前 言

    橡胶减震器是以防止振动、冲击的传递或起缓冲作用为目的而采用的硫化橡胶制品，随着工业化进程的发展，橡胶减震器在航空、运输、机械、工程等领域的应用日益广泛。与以往金属减震器减振机理不同，橡胶减震器是利用振动时聚合物分子链内摩擦将动能转化为热能来达到减振目的的，因此橡胶的阻尼性能对减震器的减振效果有着至关重要的影响，高阻尼橡胶的制备越来越受到各界关注。

    硅橡胶由于其特有的Si-O分子链结构，具有优异的耐高低温性、耐老化性、导热性和防潮性等突出优点，已被广泛使用于航空、航天、xx等领域。但由于普通硅橡胶阻尼值较低，由其制成的减震器达不到理想的减振效果，从而限制了硅橡胶在减震器领域的应用。目前普通橡胶减震器的阻尼比约为0.050-0.060，约为{zy}阻尼比的25%，因此展开硅橡胶高阻尼性能的研究非常必要。本文通过阴离子开环聚合方法制得聚甲基苯基乙烯基硅氧烷，再加入补强填料、硫化剂等，制备出一种高减振性能的阻尼硅橡胶，并通过将其与其他橡胶的阻尼性能和减振性能进行对比，对减振效果和橡胶阻尼的关系进行了进一步研究。

    1 实 验

    1.1 原材料

    八甲基环四硅氧烷(D4)，苯基硅氧烷(P4)：日本信越公司；四甲基四乙烯基环硅氧烷(D4vi)：浙江明祥有机助剂公司；白炭黑(T40)：德国瓦克公司；硫化剂(过氧化二异丙苯DCP)：成都科龙化工试剂厂；甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)：晨光试剂有限公司；高阻尼氯化丁基橡胶(Exxon 1068)：美国Exxon公司。

    1.2 阻尼硅橡胶的制备

    将原料D4、D4vi、P4等按一定比率置入三口瓶中真空脱水1h，然后加入催化剂和封端剂，升温至90-120℃反应3-8 h。升温至150-170℃破坏催化剂1 h，{zh1}升温到180-200℃脱除低分子，得到聚甲基苯基乙烯基硅氧烷。将制得的聚硅氧烷于开炼机上加入白炭黑和硫化剂，混炼均匀，薄通出片。一段硫化(150-170)℃×(10-15)min，压力0.5 MPa；二段硫化(160-180)℃×4 h。

    1.3 性能测试

    硅橡胶的力学性能按GB/T528-92、GB/T531-92、GB/T7759-1996测试；阻尼性能采用TA公司的DMA Q800型动态热机械分析仪测试，测试条件：多频—双悬臂梁模式，升温速率2℃/min，频率为10 Hz；减振性能测试采用振动台Electrodynamic shaker By the UNHOLTZDICKIE，型号：R240ST，测试条件：加速度1 g正弦激励，载荷9.8 kg，测试频率5-200 Hz。

    2 结果与讨论

    2.1 阻尼性能

    聚二甲基硅氧烷分子中引入侧链苯基后，其分子结构产生了很大的变化，这种变化对材料的结晶性能和动态力学性能的改变起着主导作用。图1(略)为固定填料的种类和含量，测试频率为10 Hz时，不同苯基含量的硅橡胶材料的内耗峰随温度变化的曲线

    从图1(略)可以得知，苯基的加人大幅度地提高了硅橡胶的阻尼损耗因子和玻璃化转变温度(Tg)，使有效阻尼温域向高温移动，且有效阻尼温域拓宽。随着聚硅氧烷中苯基的摩尔比率增加，这种趋势更加显著。尤其在－50-75℃减震器使用温度范围内，甲基乙烯基硅橡胶MVQ和低苯基硅橡胶损耗因子在0.05左右，阻尼值较低；而中苯和高苯硅橡胶的阻尼损耗因子却始终比较稳定地维持在0.2以上。阻尼值得以提高的原因在于：(1)当硅橡胶侧链上连有体积较大的苯基基团时，分子链间的运动被阻碍，分子内摩擦增大，橡胶阻尼值提高；(2)苯基的加入，破坏了原有分子链的规整性，橡胶结晶性能降低，分子链间运动能力增加，橡胶阻尼性能提高。同时，结晶的消失也进一步提高了硅橡胶的耐低温性能。

2.2 减振性能

    为了进一步考察制得的苯基硅橡胶的减振性能及橡胶的阻尼值与减振效果的关系，本文选取了高苯基阻尼硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶和自制的高阻尼氯化丁基橡胶做对比材料，比较了三种橡胶的阻尼性能(图2(略))及其减震器的减振性能(图3(略))。

    图2(略)是10 Hz下由DMA测得的三种材料损耗因子随温度的变化曲线。从图中可以看出，普通甲基乙烯基硅橡胶阻尼值始终保持在0.05左右，阻尼性能较差；苯基硅橡胶阻尼峰在―60℃附近，峰值1.1，转变区以后阻尼值迅速降低。―40℃后进入阻尼平台区，在―50℃-75℃温域稳定维持在0.25以上；氯化丁基橡胶在－50-60℃出现很宽的阻尼峰，阻尼值为1 3，有效阻尼功能区在室温附近，但阻尼值随温度的变化很大。在应用温度范围内，其阻尼值远高于其他两种橡胶。

    图3(略)是三种橡胶制成相同形状减震器，在相同振动台测试条件下，三种减震器的加速度传递率曲线。

    对比三种减震器的振动台测试结果对阻尼减振机理进行进一步研究，可认为橡胶阻尼值对减振效果的影响主要产生在两个阶段：

    (1)f< f0。由减振理论可知，在低频段激振频率小于体系固有频率的 倍时，振动传递率>1，体系振动没有衰减。f<<f0时，链段松弛运动xx跟得上激振频率的变化，此时减振器随振动台上下振动，橡胶基本不发生形变，分子链之间无相对滑移，橡胶无阻尼减振作用，加速度传递率≈1。当激振频率接近体系固有频率f0时，体系发生共振，分子链运动加剧，某些长链结构逐渐跟不上激振频率变化，分子链间产生相对滑移。从图3可以看出，随着橡胶阻尼值增加，体系的共振峰高度降低，宽度增加。这是因为体系发生共振时，橡胶内部分子链运动剧烈，橡胶阻尼值越高，分子链内摩擦越大，越多的动能会转化为内能耗散，减振能力越强。同时，由于阻尼越高，分子链运动的滞后效应越大，并且阻尼橡胶链结构不规整，分子链自身的运动能力间存在差异，所以高阻尼橡胶的减震器的共振峰较宽。综上所述，在f< f0时，通常橡胶阻尼值越高，其减震器的减振能力越强。

     (2)f> f0。当激振频率大于体系固有频率的 倍时，体系从共振区开始进入减振区。由图3可知，橡胶的阻尼值越高，阻尼峰后的加速度衰减越慢。这是由于共振峰之后，随着激振频率提高，阻尼值越高的橡胶，分子链迟豫时间越长，直至橡胶链段松弛运动xx跟不上激振频率的变化，使振动能不易耗散，减振器减振效果变差；相反阻尼值较低的橡胶，分子整链或链段运动迟豫时间与激振频率匹配，在中高频可以将动能通过局部松弛运动耗散掉，从而很好地满足中高频减震器减振要求。

    由此可知，橡胶减震器要在整个频率范围内达到较好的振动效果，橡胶必须具备合适的阻尼值，阻尼过大过小都会严重影响减振效果。结合以上分析，影响本体系三种橡胶减震器的效果可解释如下：

    ①MVQ阻尼较小，其制成的减震器在中高频率范围内加速度衰减较快，但共振峰处加速度为10g，共振放大系数1024%，共振区剧烈的振动会影响减震器减振效果，严重的甚至会导致设备或减振器的损坏。

    ②氯化丁基橡胶减振器共振放大系数{zd1}，低频减振能力虽然突出，但其中高频减振能力很差，共振峰后振动传递率衰减缓慢，难以满足中高频减振要求。并且过高的阻尼能力必然导致其阻尼放热严重，在长期振动条件下橡胶易因发生热老化或热氧老化而破坏失效，影响减震器的整体使用寿命。

    ③本研究通过控制苯基硅橡胶的结晶和填料加入量，将其杨氏模量降低至1.2 MPa，较普通硅橡胶低0.3 MPa，因而其制成减震器的整体刚度低，共振峰向低频移动。由图3所示，苯基硅橡胶减震器的共振峰出现在13 Hz，较普通硅橡胶低6 Hz，20 Hz左右体系进入减振区，较普通硅胶提前(提高)10 Hz，低频减振性能优异；共振区加速度峰值为2.8 g，共振放大系数280%，较普通硅胶降低740%，有效降低了振动传递率，很大程度上改善了振动放大问题；中高频区域，由阻尼硅橡胶制成的减震器的振动加速度传递率也较其他两种减震器低，综合三种减震器的减振曲线可以看出，苯基硅橡胶的减振性能要远远优于其他两种橡胶。

    2.3 力学性能

    减振用阻尼材料不仅要求损耗系数较高，而且要求有一定的强度。加入40份白炭黑补强后，不同苯基含量的阻尼硅橡胶的力学性能如表1所示。

    表1 不同苯基含量的阻尼硅橡胶的力学性能

  3 结 论

    本文以橡胶减振性能为出发点，通过阴离子开环共聚的方法，成功地将苯基侧链引入聚硅氧烷结构中，制成了一种减振用高阻尼苯基硅橡胶。通过对比三种不同种类橡胶的阻尼性能和减振性能，进一步研究了橡胶阻尼性能与减震器减振效果的关系。实验结果表明：在－50-75℃范围内，苯基硅橡胶阻尼值稳定在0.25以上，是普通硅橡胶的5-6倍。苯基硅橡胶制成的减震器具有固有频率低、共振放大小、中高频加速度降低较快等优点，在整个频率范围内都取得良好的减振效果，其减振性能远远优于其他两种橡胶制成的减震器。此外，该橡胶在较大温度范围内具有稳定的力学性能、良好的耐高低温性能和耐老化性能。

综上所述，本文所制高阻尼苯基硅橡胶在减振性和耐久性两方面均满足减震器的使用要求，是一种性能优异的减振用阻尼材料。(来源:中国化工信息网)