《金属橡胶橡胶复合材料的制备与性能.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属橡胶橡胶复合材料的制备与性能.pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第 3 4 卷 第 1 期 2 0 1 0年 1 月 机械工程材料 M a t e r i a l s f o r M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g Vo 1 3 4 No 1 J a n 2 0 1 0 金属橡胶 橡胶复合材料的制备与性能 赵 程，刘铁军，罗 昆(郑州航空工业管理学院机电工程学院，郑州 4 5 0 0 1 5)摘要：为 了提高金属橡胶的耐腐蚀性和 刚度，用天然橡胶 与合成橡胶通过复合成型工艺制备 了 金属橡胶 橡胶复合材料，并对其进行了压缩试验。结果表明：复合材料成型应力与橡胶种类的 关系不明显，而与复合材料密度呈近似线性关系
2、；复合后试样厚度比复合前有所减小，其变化率与 金属橡胶 密度呈近似线性关 系；与金属橡胶 硅橡胶复合材料相比，金属橡胶 天然橡胶复合材料的 静态刚度提高了约 1 4 8 。关键词：金属橡胶；天然橡胶；丁腈橡胶；三元 乙丙橡胶；复合材料 中图分类号：T G1 7 4 4 6；T B 3 3 3 文献标志码：A 文章编号：1 0 0 0 3 7 3 8(2 0 1 0)0 1 0 0 4 1 0 4 P r e p a r a t i o n a n d P r o p e r t i e s o f Me t a l R u b b e r R u b b e r C o mp o s i t
3、e s Z H O C h e n g，L 1 U T i e-j u n，L U o Ku n (S c h o o l o f M e c h a t r o n i e s E n g i n e e r i n g，Zh e n g z h o u I n s t i t u t e o f Ae r o n a u t i c a l I n d u s t r y Ma n a g e me n t，Z h e n g z h o u 4 5 0 01 5，Ch i n a)Ab s t r a c t：I n o r d e r t O i mp r o v e t h e e
4、o r r i s i o n r e s i s t a n c e a n d s t i f f n e s s o f t h e me t a l r u b b e r，me t a l r u b b e r r u b b e r c o mp o s i t e s we r e p r e p a r e d b y c o mpo s i t e mo l d i n g t e c h n i q u e u s i n g n a t u r a l r u b b e r a n d s y n t h e t i c r u b b e r An d t h e
5、n t h e c o mp r e s s i v e t e s t wa s c a r r i e d o u t Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o mp o s i t e mo l d i n g s t r e s s h a d n o o b v i o u s r e l a t i o n wi t h r u b b e r t y p e s，b u t a p p r o x i ma t e l y l i n e a r r e l a t i o n wi t h t h e d e n s i t y
6、o f t h e c o mpo s i t e Th e s p e c i me n t h i c k n e s s d e c r e a s e d a f t e r c o mp o u n d e d，i t s v a r i a t i o n h a d l i n e a r r e l a t i o n wi t h me t a l r u b b e r d e n s i t y C o mp a r e d wit h me t a l r u b b e r s i l i c o n r u b b e r c o mp o s i t e，s t
7、a t i c s t i f f n e s s o f t h e me t a l r u b b e r n a t u r e r u b b e r w a s i n c r eas e d b y 1 4 8 Ke y wo r d s：me t a l r u b b e r()；n a t u r a l ru b b e r(NR)；n i t r i l e r u b b e r(NB R)；e t h y l e n e p r o p y l e n e d i e n e mo n o me r(EP DM)r u b b e r；c o mp o s i t
8、e 0 引 言 金属橡胶具有阻尼性能好、环境适应能力强、可 用于复杂载荷工况、使用寿命长、结构与性能可设计 等诸多优点，在减振、隔振、密封、过滤、节流等方面 取得了良好的应用效果_ 1 ，如利用金属橡胶制作 的发动机管路的减振管箍等。但随着科技的发展，使减振元件的工作条件变得更恶劣，对阻尼材料的 耐腐蚀性、刚度等性能也提出了更高的要求。为此，文献E 3-采用将含有 固化剂的液态硅橡胶注入金属 橡胶的方法制备了金属橡胶 橡胶复合材料，解决了 金属橡胶的耐腐蚀性问题，同时提高了其刚度。硅 橡胶的液态加工特性为复合成型工艺提供了方便。但由于硅橡胶的刚度低、撕裂强度低等原因，复合材 收稿 日期：2 0
9、 0 9-0 1 0 8；修订 日期：2 0 0 9 0 9 2 5 基金项 目：河南省青年骨 干教师计划资助项 目 作者简介：赵 程(1 9 6 7 一)，男，河南郑州人，副教授，博士。料的刚度提高幅度并不大，且影响长期工作过程中 硅橡胶对钢丝的腐蚀防护作用。为解决此问题，作 者制备了金属橡胶与天然橡胶、丁腈橡胶、三元 乙丙 橡胶等不 同固态橡胶 的复合材料，并对所制备复合 材料 的组织与性能进行了研究。1 试样制备与试验方法 金属橡 胶 的加 工 方 法：将 丝 径 0 4 0 mm 的 6 5 Mn钢丝经冷卷成簧径 2 1 0 r n m 的密匝拉簧后 进行退火处理；将拉簧再拉伸成簧径
10、1 8 5 mm、螺 距 2 8 0 mm 的螺旋卷；将螺旋卷 横竖交叉编织 出 1 6 0 minx 4 5 mm 的二维网片；然后沿二维网片纵 向 紧密卷起，成为棒状；最后用 6 5 Mn 钢丝将其扎紧后 放人直径 2 0 0 mm筒形模具中，在 C MT5 3 0 5型微 机控制电子万能试验机上压制成 圆片，压制力分别 为 6，1 0，1 6，2 2，2 8 k N。加工后的金属橡胶相关参 数如表 1 所示，其 中试样 F T XI F T X5用于复合 天 赵 程，等：金属橡胶 橡胶复合材料的制备与性能 然橡胶，F D X I F D X 5用于复合丁腈橡胶，F S X 1 F S X
11、 5 用于复合三元乙丙橡胶；相应的复合材料试 样标记 为 NR 1 NR 5，N B R1 NB R 5，E P D M1 EP DM 5。表 1 金属橡胶相关参数 T a b 1 T h ep a r a me t e r s o fMR 直径 mm 厚度 n 一 质量 g 密度 (g c m一 0)橡胶原材料：选取比较有代表性的天然橡胶、丁 腈橡胶和三元乙丙橡胶，其硫化温度分别为 1 4 3，1 6 0和 1 6 0，均为郑州某橡胶制 品加工厂经过 4 0 l 1 0低温塑炼、8 0 1 3 0混炼 5 3 O rai n和 压延而生产的宽 4 0 0 mm、厚 1 0 mi t t 的片
12、状半成品。将其剪切成直径 4 0 mm的颗粒备用。将金属橡胶装入直径 2 0 0 mi l l 的筒状模具后，连同凸模一起放人加热炉 内加热至硫 化温度以上 2 O，并保温 1 5 m i ra取出凸模，装入橡胶颗粒和凸 模后放在 C MT5 3 0 5型试验机上以 1 0 0 mm mi n 速度加载，压至橡胶从金属橡胶下面渗出为止，记录 成型力和位移。为便于观察橡胶的渗出，在模具与 试验机压盘之间加一个支架。把金属橡胶 橡胶复合材料试样两端面的橡胶 刮削掉，露出金属丝，使用带表卡尺测量其厚度。用牙托粉、牙托水将复合材料试样镶嵌在 P VC 管内，以减少磨、抛等金相试样加工过程中钢丝和橡 胶
13、的移动；在磨、抛等加工过程中，应轻磨、轻抛以减 少试样受力，并进行及时冷却以避免试样温度上升。加工后的金相试样用 GX 5 1型光学显微镜进行组织 观察。金属橡胶与天然橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶 三种橡胶复合时的成型力一 位移曲线的形态、规律基 本一致，以金属橡胶 天然橡胶复合材料为例进行了 静态性能测试，并与相同条件得到的金属橡胶 硅橡 胶复合材料进行 了 比较。在速度 0 5 mm rai n 的加载条件下对金属橡胶 橡胶复合材料试样进行 缓慢加载压缩，至 3 k N后以同样速度缓慢卸载，以 获得成型力一 位移曲线。2 试验结果与讨论 2 1 成型应力与复合材料密度的关系 由图 1可见，
14、成型 曲线从起点至 b点为橡胶和 金属橡胶的变形阶段，呈近似线性关系；从 b点后，成型力急剧增大，说明橡胶开始被大量压人金属橡 胶之中，至 a 点后压入过程结束。也说明使橡胶复 合到金属橡胶 的孔 隙中并充满，存在一个成型力下 限，即 a 点对应 的力，成型时成型力必须大于此值。成型应力与复合材料密度 的关系如图 2所示，可见 成型应力的离散性 比较大，但 同时也存在一定的规 律性，橡胶品种对复合材料成型应力的影响不明显；复合材料密度 lD 随着成型应力的增大而增加，近似 呈以下线性关系：一1 8 4 2 p+1 9 3 5 (1)位移 mm 图 1 金属橡胶 橡胶复合材料的成型曲线 F i
15、g 1 F o r mi n g c u r v e o f me t a l r u b b e r n I b b e r c o mp o s i t e 图 2复 合材 料 成 型 应 力与 其 密 度 的关 系 Fi g 2 Re l a t i o n s h i p b e t we e n f o r mi n g s t r e s s a n d d e n s i t y O f t he c o mp o s i t e s 2 2 试样厚度与金属橡胶密度的关系 金属橡胶分别与天然橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙 橡胶复合后，试样厚度会发生改变。金属橡胶 橡胶 复合材料的相关参
16、数如表 2所示。金属橡胶 橡胶 复合材料试样厚度变化率与金属橡胶密度的关系如 7 9 5 8 5 6 3 9 O 2 8 l 2 1 9 O 9 0 4 7 8 0 6 9 1 O l 2 7 4 l 5 4 4 7 O 8 O l 0 1 1 8 2 8 6 5 1 2 4 0 9 9 1 2 l 3 8 4 5 6 4 1 2 O 9 8 l 2 1 赵 程，等：金属橡胶 橡胶复合材料的制备与性能 Z ,-R 位移 Il l ff l 图 5 不同复合材料的静态力 位移 曲线 Fi g 5 S t a t i c f o r c e-d i s p l a c e me n t c u r
17、 v o f d i f f e r e n t co mpo s i t e s 山 应变 图 6 不同复合材料的静态刚度比较 F i g 6 Co mp a r i s o n o f s t at i c s t i ffn e s s o fd i f f e r e n t c o mp o s i t e s =加载曲线与横坐标轴围成的面积 由此可计算出金属橡胶 天然橡胶复合材料与 金属橡胶 硅橡胶复合材料的静态损耗因子分别为 4 2 3 1 9 6，4 4 5 4 ，两者相差约 5 O 9，6。金属橡胶 天然橡胶复合材料的损耗因子略小的原因与其刚度 高，在相同载荷作用下变形小、滑
18、移行程小有关。3 结论(1)成功制备出金属橡胶 固态橡胶复合材料；复合材料成型应力与橡胶种类无关，与复合材料密 度呈近似线性关系。(2)复合后引起试样厚度发生变化，厚度减小 率与金属橡胶密度呈近似线性关系。(3)钢丝与橡胶结合紧密，但橡胶基体内存在 少量气孔与生胶颗粒，说明需要增加成型力和严格 控制复合橡胶时的温度。(4)金属橡胶 天然橡胶复合材料的刚度较金 属橡胶 硅橡胶复合材料的高 1 4 8 。参考文献 1 3 2 3 4 3 赵程，贺跃进，张恒 金属橡胶的应用研究 J 噪声与振动控 制，2 0 0 6(5)：4 5-4 7，7 3 夏字宏，姜洪源，李瑰贤，等 0 C r l 8 N i
19、 9 T i 金属橡胶多孔材料的 气体渗透性E J 功能材料，2 0 0 4(2)：2 6 7-2 7 0 赵程，张军，张恒 金属橡胶 硅橡胶复合阻尼材料的研究 J 噪声与振动控制，2 0 0 9，2 9(2)：1 1 9 1 2 2 王艳秋 橡胶材料基础 M 北京：化学工业出版社，2 0 0 6 (上接第 4 O页)参考文献：1 2 3 3 3 4 E 5 3 6 7 3 S AKI D J A R，P E R E P E Z K0 J H，KI M S，a 1 P h a s e s t a b i l i-t y a n d s t r u c t u r a l d e f e c t
20、 s i n h i g h-t e mp e r a t u r e Mo-S i-B a l l o y s J A c t a Ma t e r i a l i a，2 0 0 8，5 6(1 8)：5 2 2 3-5 2 4 4 TAN G Z h i-h o n g，WI L I I AMS J J，THO M A J，e t a 1 Hi g h t e mp e r a t u r e o x ida t i o n be h a v i o r o f Ti s S i s-b a s e d i n t e r me t a l l i c s J I n t e r m e
21、 t a l l i c s，2 0 0 8，1 6(9)：1 1 1 8-1 1 2 4 MARUYAMA T，YANAGI HARA KHi g h t e mp e r a t u r e o x i d a t i o n a n d p e s t i n g o f Mo(S i，A 1)z J Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A，1 9 9 7，2 3 9 2 4 0：8 2 8-8 4 1 I NUI H，I SHI KAWA K。YAMAGUCHI MEf f e c t s o f a l
22、 l o y-i n g e l e me n t s o n p l a s t i c d e f o r ma t i o n o f s i n g l e c r y s t a l s o f Mo S i 2 J I n t e rme t a l l i c s，2 0 0 0，8(9 1 1)：1 1 3 1 1 1 4 5 P E TR OV C J J，VAS UD E VAN A KKe y d e v e l o p me n t s in h i g h t e m per a t u r e s t r u c t u r a l s i l i e id e s
23、 J Ma t e ri a l s Sci e n c e a n d E n g i n e e r i n g A，1 9 9 9，2 6 1(1 2)：1-5 NAKAN0 T，KI S HI M0TO M，FURUTA n Ef f e c t o f s u b s t i t u t a t i o r ml e l e me n t s o n p l a s t i c d e f o r ma t i o n b e h a v io u r o f Nb S i2 一 b a s e d s i l i c i d e s i n g l e c r y s t a l
24、s w i t h C 4 0 s t r u c t u r e J A c t a Me t a l l u r gi c a Ma t e r i a l ia，2 0 0 0，4 8(1 3)：3 4 6 5 3 4 7 5 UMAK0S HI Y，NAKAN0 T，YANAGI S AW A EEf f e c t o f 44 a l l o y i n g e l e me n t s o n a n o ma l o u s s t r e n g t h e ning o f Nb Siz b a s e d s i l i c i d e s w i t h C A O s
25、 t r u c t u r e j Ma t e r i a l s Sci e n c e a n d E n g i n e e r i n g A，1 9 9 7，2 3 9 2 4 0：1 0 2 1 0 8 8 B O E T T I N G E R W J，P E R E P E Z K O J H，F R A N K WI C Z P S Ap p l i c a t i o n o f t e r n a r y p h a s e d ia g r a ms t O t h e d e v e l o p me n t o f Mo S i z b a s e d m a
26、t e r i a l s J Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g in e e r i n g A，1 9 9 2，1 5 5(1 2)：3 3 3 4 9 3 N A K A NO T，A Z U M A M，u MA K O S HI Mi c r o s t r u c t u r e a n d h ig h-t e mper a t u r e s t r e n g t h i n Mo S i z Nb S i z d u p l e x s i l i ede s I n t e r m e t a l l ic s J I
27、n t e r m e t a l l ic s，1 9 9 8，6(7 8)：7 1 5 7 2 2 1 O N A K A N O T，N A K A I Y，MA E D A S，e t a 1 Mi c r o s t r u c t u r e o f d u p l e x-p h a s e Nb S i 2(C A0)Mo S i z(C1 1 b)c rys t a l s c o n tai n i ng a s i n g l e s e t o f l a m e l l a e J A c t a Ma t e r i a l i a，2 0 0 2，5 0(7)：1
28、 7 8 1 1 7 9 5 1 1 T A N A K A K，N A WA T A K，I N U I H，e t a 1 R e f i n e m e n t o f c r y s t a t l o g r a p hi c p a r a me t e r s i n t r a n s i t i o n me t a l d i s il i c i d e s wi t h t h e C l l b，C 4 0 a n d C 5 4 s t r u c t u r e s E J I n t e rm e t a l l i c s，2 0 0 1，9 (7)：6 0 3-6 0 7 1 2 3 闵乃本 晶体生长的物理基础 M 上海；上海科学技术出版 社，1 9 8 2 1 3 3 姚连增 晶体生长基础 M 合肥：中国科技大学出版社，l 9 9 5