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1、012 中国橡胶年会橡胶阻尼减震降噪材料的研究进展郭建华华南理工大学高分子系随着我国汽车工业的快速发展，以及人们对汽车舒适性和车内低噪声要求的日益提高，现代车辆大量使用各种减震橡胶元件以实现减震、支承、牵引和降噪功能。橡胶减震元件的特点是橡胶弹性模量远低于金属材料，可产生较大的弹性变形。橡胶的硬度、强度、刚度和阻尼因子可通过橡胶配方进行调节，能有效地降低振动和噪声。减震橡胶材料主要包括天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶(氢化)丁腈橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶、乙烯醋酸乙烯酯橡胶及其上述橡胶的共混物。如何有效地提高橡胶阻尼减震材料的阻尼性能，拓宽阻尼温域，满足材料的阻尼性能和其他物理
2、性能之间的综合平衡，实现阻尼材料的功能化和工程化是橡胶阻尼减震材料的技术关键和难点。本文综述了几种橡胶阻尼减震材料及其共混物的研究进展。1 天然橡胶及其共混物高福年在汽车发动机前后支撑抗震制品以及橡胶金属的减震套管胶料配方设计时，生胶采用天然橡胶(N R)与顺丁橡胶(B R)并用，硫化体系采用中硫高促的半有效体系，补强剂采用炉法炭黑与白炭黑并用，在硅烷偶联剂方面，发动机前后支撑减震制品胶料选用7 K H 一5 5 0，用量一般是白炭黑的2 3，橡胶与金属减震套管胶料采用S i 6 9，其用量是白炭黑用量的4 一5。宋传江等研究了原位接枝改性白炭黑补强天然橡胶的力学性能及动态性能，发现白炭黑填充
3、的天然橡胶经原位接枝改性后，拉伸强度和定伸应力均提高，阻尼因子t a n 6 减小，当改性剂用量为9 份时，胶料综合性能最好。S h a j iJ o s e p h a d 等研究了油棕微纤增强天然橡胶复合材料的动态力学性能。发现将长纤维加入N R 中，储能模量增大而阻尼因子t a n 6 1 司高温方向移动。微纤维增强复合材料的储能模量和玻璃化转变温度(T g)高于长纤维增强复合材料。T h a i j a r o e n 研究了三种增粘剂如石油树脂、酚醛树脂和松香对炭黑填充天然橡胶的力学性能和动态性能的影响。研究发现，三种增粘剂能提高天然橡胶在低应变区的储能模量，而且能显著提高胶料的阻尼
4、因子t a n 6。采用纳米F e。O。填充天然橡胶可制备磁性橡胶。未经磁性区域处理的磁性橡胶的阻尼因子为O 0 7，磁性橡胶经过外部均匀磁性区域(1 5 T)处理后，阻尼因子可提高到O 1 5。S a r a w u t 等采用球磨分散制备均匀的白炭黑悬浮物，并将其加入到天然橡胶胶乳中制成白炭黑天然橡胶母料。随着白炭黑用量的增大，未加偶联剂S i-6 9 的复合材料的阻尼因子不断减小，当加入3 0 份白炭黑时，加入S i 6 9 的复合材料的阻尼因子比未加偶联剂时更小。随着白炭黑用量的增大，6 0 时的白炭黑，N R 复合材料的阻尼因子t a n 6 略微增大。2 丁苯橡胶及其共混物王沛等采
5、用自制的乙氧基乙基吗啉(E O E M)作为结构调节剂，正丁基锂作为引发剂，制备了高乙烯基含量的溶聚丁苯橡胶 S S B R)。当改变调节剂的用量以及反应温度，S S B R 分子链段中的乙烯基含量可达7 3，苯乙烯嵌段的含量为3 0-5 0，t a n 6 高达0 9，样品具有良好的力学性能和阻尼性能。杨泽荣等在羧基丁苯橡胶(C S B R)R b 添加受阻酚，制备了一系列羧基丁苯，受阻酚阻尼材料。受阻酚与C S B R 二2 8 0l 应对挑战加强合作技术创新绿色发展012 中国橡胶年会者之间会形成分子间氢键，受阻酚与橡胶基体的相容性较好，材料具有良好的阻尼性能，可用作室温阻尼材料。P a
6、 t d 黼7 T 苯橡胶(S B R)，聚甲基丙烯酸甲酯(P M M A)互穿网络聚合物，互穿网络聚合物的拉伸强度随着丙烯酸酯用量的增大而提高，由于互穿网络聚合物内部出现微观相分离，使其阻尼温域1：I S 全S B R 硫化胶明显拓宽。S r i n i v a s a nP r a v e e n 】等研究了纳米粘土对芳纶短纤维填充丁苯橡胶复合材料的阻尼性能。发现纳米粘土能提高复合材料的阻尼性能，但动态储能模量不受纳米粘土添加量的影响。3 丁基橡胶及其共混物丁基橡胶的分子链上含有大量的侧甲基，形成蠕虫状结构，因而损耗因子较高，其玻璃化转变温度附近存在着次级转变，因而其阻尼峰既高且宽，因而丁
7、基橡胶适合作减震制品，在汽车制造、航空航天等领域应用广泛。汤振杰等以1 m m 厚丁基橡胶(1 l R)薄片为基体，研究了炭黑、中空玻璃微珠、铝粉含量对l l R 吸声性能的影响。发现1m m 厚R 薄片的吸收峰频率为4 0 0 0 H z，吸声效果以中空玻璃微珠最好，炭黑次之：当玻璃微珠I I R=0 5 时，材料第二吸收峰频率为2 5 0 0 H z，其最高吸声系数达0 1 5。梅启林等采用混炼模压极化工艺制备了压电陶瓷炭黑丁基橡胶聚合物基压电阻尼复合材料，发现当压电陶瓷体积分数为5 0、炭黑质量分数为5 时复合材料的阻尼因子t a n 6 峰值达到最高，有效阻尼温域最宽；复合材料的阻尼性
8、能随着外力的增加而增强；当外力作用频率f 接近或等于橡胶分子运动单元松弛时间的倒数1 T 时，复合材料的损耗模量E”和阻尼因子t a n&均出现最大值。廖明义等以丁基橡胶(I I R)为聚合物网络I，聚(苯乙烯甲基丙烯酸甲酯)【P(S l-M M A)】为聚合物网络I I，制备了丁基橡胶聚(苯乙烯甲基丙烯酸甲酯)互穿聚合物网络 I I R P(S t M M A)I P N 。研究发现添加交联剂和单体B M A 可明显提高I P N 的阻尼性能。张梁等利用H a a k e 流变仪的高温和剪切作用对废旧丁基橡胶(I I R)进行脱硫，研究了废旧I I R、再生R 和硫化再生R 的阻尼性能。研究
9、发现，与废I E H R 相比，再生I I R 和硫化再生l I R 的阻尼性能有很大程度提高。王雪等采用溶液共沉淀法制备了溶聚丁苯橡胶(S S B R)T 基橡胶(I l R)材料，当l l R 质量分数低于1 0 时，样品的性能变化较小：当I l R 质量分数大于2 0 时，样品的3 0 0 定伸应力和拉伸强度降低，玻璃化转变温度由1 个变5 9 2 个，6 0 时t a n 6 显著增加，样品的阻尼性能提高。4 卤化丁基橡胶及其共混物卤化丁基橡胶是丁基橡胶的衍生胶种，其同样具有丁基橡胶优良的阻尼性能，而且硫化速度比丁基橡胶快，与其他橡胶的相容性更好，有更好的粘合性。孙志勇等研究了高耐磨炉
10、黑对氯化丁基橡胶(C l I R)硫化胶阻尼性能的影响，发现随着高耐磨炉黑用量的增大，C I I R 硫化胶的t a n 6 值减小，且损耗峰逐渐向高温区移动。采用氯化丁基橡胶(C l I R)-与丙烯酸酯共聚物(P a c)共混制得的减震胶料具有较大l 构t a n 6 值，同时在-2 0 一+6 0。C 内t a n 6 值的变化小于0 5，使共混物不仅具有优良的减震性能，还具有良好的减震稳定性。L i 等制备了具有高阻尼性能的C I I R 石油树脂共混物，C I I R 与石油树脂的相容性良好。随着石油树脂玻璃化转变温度的升高，共混物t a n 6 峰值向高温区移动，复合材料有效阻尼区
11、域的温度范围大干7 4。L j u 等制备了C I I R 聚丙烯酸乙酯(P E A)压电陶瓷(P z T)炭黑复合减震材料。在C I I R 中添加体积分数为O 1 0 O 3 0的P z T 和炭黑，利用P z T 的压电效应，将外部传来的振动能转换成电能，再通过炭黑形成的导电网络，根据焦耳效应，将电能转变为热能耗散出去，以获得更好的减震效果。Q u 等和W u 等分别制备了C I I R，酚醛树脂和C I I R 聚丙烯酸乙酯共混物，这两种共混物均具有较好的高温阻尼性能，可作为新型阻尼材料使用。D a i 等研究了氯化丁基橡胶聚丁基甲基丙烯酸酯连续互穿网络(I P N s)，发现I P
12、N s 能够拓宽阻尼温域。含有4 4 应对挑战加强合作技术创新绿色发展l2 8 1012 中国橡胶年会聚甲基丙烯酸酯的I P N s 的t a n 6(0 3)的温度范围是一4 9 至1 0 4。丁国芳等采用机械共混改性方法制备了氯化丁基橡胶阻尼减震复合材料。研究氯化聚乙烯(C P E)、酚醛树脂(P F)用量以及硫化体系等对复合材料力学性能和阻尼性能的影响。研究发现随着C P E 用量的增加，阻尼因子下降：当C P E 用量为4 5 份时，复合材料的玻璃化转变温度向高温方向移动了近3 5。C；随P F 用量的增加，复合材料的阻尼损耗因子降低；当P F 用量为5 5 份时，复合材料的玻璃化转变
13、温度向高温方向移动了近2 5。C；采用P F I D C P 复合硫化剂制得的复合材料具有更好的综合阻尼性能。秦岩等通过聚氯乙烯(P V C)糊树脂共混改性氯化丁基橡胶(C I I R)，制备了一种在6 0 1 2 0。C 阻尼性能良好的共混物。采用邻苯二甲酸二丁酯处理P V C 糊树脂形成塑溶胶再共混C I I R 可以拓宽阻尼温域，6 0 1 2 0。C 材料的阻尼因子t a n 6 0 15。谭亮红研究发现C I I R 阻尼材料的阻尼性能优于I I R、N B R 和N R。以云母粉作填料I 构C I I R 阻尼材料阻尼性能比以碳酸钙作填料的更好，且阻尼材料的阻尼温域随着云母粉粒径的
14、增大而变宽。刘灿培以溴化丁基橡胶为基体，添加乙烯基-(1 3 甲氧基乙氧基)硅烷改性的竹加工破碎边角料，再加入与苯乙烯异戊二烯嵌段共聚物，在过氧化二异丙苯(D C P)引发剂的作用下制成交联型橡胶吸振复合材料。当竹粉和D C P用量分别为4 5 份和0 8 份时，复合材料具有较好的力学性能、较宽的玻璃化转变温度范围和较大的损耗因子，减震性能较好，使用温度上限为1 5 0。5(氢化)丁腈橡胶及其共混物有机小分子杂化阻尼是一种阻尼改性新方法，它是通过有机小分子如受阻酚A O 8 0、A O 一6 0、A O 2 2 4 6 等与聚合物基体形成强的分子间作用力，从而使复合材料具有很高的阻尼性能。张国
15、荣，赵秀英等制备了受阻酚A O 6 0 T 腈橡胶(N B R)复合材料，发现随着A O 一8 0 含量的增加，t a n 6 峰的位置向高温方向移动，t a n 6 峰高也逐渐增大。N B R A 0 8 0 C B 复合材料具有较好的阻尼性能，其t a n 6 峰的峰值高于1 2 2，有效阻尼温域(损耗因子不小于0 3)大于3 8。赵云峰等研究发现在丁腈橡胶(N B R)，聚氯乙烯(P V C)酚醛树脂(P R)，受阻酚A O-6 0 共混体系中，添加不超过5 0 p h r l 构A O 6 0，共混硫化胶损耗因子温度曲线为单峰。随着A O 6 0 含量的增加，硫化胶的玻璃化转变温度提高
16、，阻尼峰值增大，动态模量先增高后降低。随着P R 含量的增加，硫化胶的t a n 6 峰值温度升高，而阻尼峰值则先升高后降低。加入增塑剂，硫化胶的力学性能、储能模量及玻璃化转变温度都有所下降。苟国立等设计合成了一种新型的超支化结构的受阻酚，将这种受阻酚作为助剂加入丁腈橡胶，其硫化胶的阻尼性能较好。与小分子受阻酚相比，这种大分子受阻酚在橡胶材料中不易迁移，可长期储存和使用。刘其霞等将羧基丁腈橡胶(N B R)和受阻酚2，27 亚甲基双(4-甲基-6 叔丁基苯酚)(A O 一2 2 4 6)混合制备出挤压和未挤压A O 2 2 4 6 X N B R 复合材料。研究表明，在未挤压样品中，大部分A
17、O 2 2 4 6 分子以晶体颗粒的形式存在，体系的损耗因子t a n 6 L 1 5 纯X N B R 基体低：而在挤压样品中，体系的阻尼性能显著提高。A O-2 2 4 6 质量分数为5 0 的杂化体系的t a n 6 峰峰值高达3。5，同时该峰位置由低温向高温方向移动至室温附近。L i u 采用5 份膨胀石墨等量替代炭黑填充N B R，可使硫化胶具有较高的储能模量和较宽范围的阻尼峰。S h a j iJ o s e p h 等研究了油棕微纤维增强丁腈橡胶复合材料的动态力学性能。发现随着油棕微纤维加入量的增加，复合材料的储能模量增大而阻尼因子减小。与全N B R 硫化胶相比，G F(玻璃纤
18、维)P b N B R 复合减震胶料的力学强度和阻尼性能均明显提高，这为高性能复合减震材料提出了一种新结构。石琢等以邻苯二甲酸-E 辛酯(D O P)为增塑剂，利用常压浇注法制备了不同质量比的聚氯乙烯(P V C)粉末丁腈橡胶(P N B R)橡塑合金，发现当P V C、P N B R 与D O P 质量l：L 为7 0：3 0：1 3 0 时，材料具有较大的阻尼性能和较好的力学性能，而且在2 5 0、1 0 0 0、2 0 0 0 H z 下吸声性能较好。2 8 2l 应对挑战加强合作技术创新绿色发展012 中国橡胶年会C a o 等发现A O 8 0 能显著提高氢化丁腈橡胶(H N B R
19、)复合材料的动态力学性能，随着A O-8 0 用量的增大，t a n6 峰值逐渐向室温方向移动。氢化羧基丁腈橡胶(H X N B R)和低粘度的H N B R 进行共混，改变共混物中羧基含量，也能获得减震性能良好的胶料。王珍等研究发现丙烯腈含量对氢化丁腈橡胶的t a n 6 最大值影响不大，但材料的阻尼峰会随着丙烯腈含量的增大而向高温区移动。6 硅橡胶及其共混物硅橡胶具有良好的耐高低温和耐老化性，使用温度范围宽(6 0 2 0 0。C)，力学性能稳定，适合作为高低温交变环境下使用的阻尼材料。但是硅橡胶的阻尼因子t a n 6 不高，必须通过适当改性才能满足工程应用要求。W a n g 等以酚醛
20、树脂为硫化剂，采用混炼-模压工艺制备的甲基乙烯基硅橡胶(P M V S)I I R 复合材料，在P M V S I I R质量比为1 0 0 1 0 0、酚醛树脂用量为I l R 用量的4 时，复合材料的t a n 6 值最大可达0 6 9，t a n 6 值大于0 3 的温度区间为-5 0 一+1 0 0。唐小斗等研究发现硅橡胶减震材料的交联密度降低，相当于材料微观网构中链段运动自由度增大，从而可以使材料获得更好的阻尼性能。王艳艳等采用溶液聚合法制备聚丙烯酸酯接枝硅橡胶，发现聚丙烯酸酯可拓宽硅橡胶的有效阻尼温域，改善其高低温阻尼性能。复合聚丙烯酸酯(聚丙烯酸乙酯与聚丙烯酸丁酯的混合物)接枝硅
21、橡胶的有效阻尼温域宽广，具有良好的高低温阻尼性能。C a i 等采用嵌段共聚法制备烯丙基缩水甘油醚(A G E)改性硅橡胶，采用纳米S i O。进行补强。采用A G E 改性的硅橡胶比未改性时具有更好的动态力学性能，其玻璃化温度T g 更低，为5 6。C，而t a n 6 更高，为0 2 6。Z h a n g 等采用E P D M 和硅橡胶共混制备阻尼材料。当在硅橡胶中添J J I E P D M 橡胶时，阻尼因子t a n 6(3 5 2 0 0。C)升高，共混物的拉伸伸长率提高，但拉伸强度和耐热性下降。7 三元乙丙橡胶及其共混物乙丙橡胶具有良好的耐热、耐臭氧和电绝缘性，适合作为汽车轴衬用
22、的减震橡胶制品，以满足制品的动倍率低、耐臭氧性好、绝缘性高等性能要求。陈兵勇等研究树脂共混改性E P D M 橡胶材料的阻尼性能。将E P D M 与改性石油树脂共混，获得了较好的减振性能。共混物出现2 个阻尼峰，第2 个阻尼峰正好是材料的工作温度，因而具有优异的阻尼减振性能。采用碳五石油树脂改善三元乙丙橡胶的阻尼性能。随着碳五石油树脂的用量增至3 0 份，碳五石油树脂三元乙丙橡胶复合材料的玻璃化转变温度向高温方向大幅度移动，阻尼温域拓宽，损耗峰面积T A 值)大幅度提高。刘璐研究了发泡剂、填充剂对于E P D M 发泡材料阻尼性能的影响。研究发现E P D M 发泡材料的阻尼性能随温度和频率
23、的升高呈现先升后降的趋势，材料的玻璃化温度在-3 0。C 一4 0。C 之间，损耗正切峰值为0 8。1 0，具有优异的低温阻尼性能。8 乙烯-醋酸乙烯酯橡胶(E V M)及其共混物乙烯-醋酸乙烯酯橡胶(E V M 7 0 0)d 尸乙烯基含量为7 0，分子结构中含有大量的极性酯基侧基，其损耗因子t a n 6峰值可达0 9 3，T g 范围在-5。C 一3 0 之间，非常适合作为阻尼材料。史新妍等选用双叔丁基过氧化异丙基苯(B I P B)作为硫化剂，研究乙烯醋酸乙烯酯橡胶(E V M)和三元乙丙橡胶(E P D M)共混物的阻尼性能。研究发现不同配比的E V M T 0 0 和E P D M
24、 4 6 4 0 共混时，出现有“谷底”的双阻尼因子峰，不能有效拓宽阻尼温域，而E V M 9 0 0 使共混物E V M 7 0 0，E P D M 的总有效阻尼温域拓宽。应对挑战加强合作技术创新绿色发展l2 8 3012 中国橡胶年会史新妍等还发现P V C 与E V M N B R 共混体系发生部分相容，能显著拓宽有效阻尼温域，高达6 2 4。D C P 使E V M，N B R 的阻尼因子峰得到显著拓宽，有效阻尼温域高达6 4 9。少量的促进剂C Z 能显著增大E v M N B R：8 0 2 0 共混物的阻尼因子和拓宽阻尼温域。9 其他橡胶材料用生态型纯可溶解的钠-镁有机化合物作催
25、化剂，合成不同乙烯基链段含量和不同分子量的3，4 聚异戍二烯橡胶(3，4 一n i l)。该橡胶的a 转变温度接近室温。3,4 I-I H 橡胶的热稳定性、气密性及阻尼性能良好。不同分子量及不同微观结构的3，4-F I H 有良好的互溶性，由此可调节T g。3,4-几H 是颇有发展前途的新型阻尼材料、吸音材料和粘合材料，可用于汽车制造业、航空和船舶工业。任庆海等采用杜仲胶与氯丁橡胶共混，加入发泡剂，制备了具有良好吸声和隔音性能的杜仲胶氯丁橡胶复合材料。：t O 结语纵观近年来橡胶阻尼减震材料的研究进展，主要体现为：一、橡胶阻尼减震材料的主体由单一橡胶更多向二种以上橡胶转变，由通用橡胶如天然橡胶
26、、丁苯橡胶等向特种橡胶如丁基橡胶、卤化丁基橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、硅橡胶、乙烯醋酸乙烯酯橡胶等转变。二、橡胶阻尼减震材料的配方研究方面主要集中于填料和树脂对橡胶材料的阻尼性能和物理机械性能的影响。填料的品种由原来的炭黑或白色填料(白炭黑、碳酸钙等)转变为层状纳米硅酸盐(纳米粘土)、天然纤维(油棕微纤)、中空玻璃微珠、金属粉末(铝粉)等，填料改性(接枝改性或偶联剂改性)或橡胶接枝改性是改善橡胶材料阻尼性能的有效方法。三、橡胶共混是当前橡胶阻尼减震材料制备简便有效的方法，宽温域高阻尼橡胶材料是目前橡胶阻尼材料的研究热点。材料制备技术由常规的橡胶共混技术正朝着橡胶共聚、有机小分子(受阻酚)杂化阻尼、溶液共沉淀和互穿网络技术(I P N)方向发展。四、具有高阻尼、多功能、智能化的新型减震材料如压电阻尼材料、磁性阻尼材料、梯度阻尼橡胶材料是今后的研究方向，从分子设计上合成制备新型橡胶阻尼材料是今后的研究重点。橡胶的阻尼降哚研究是涉及材料学、工程学和声学的交叉学科，目前这方面研究仍然较少，相关的研究工作有待进一步开展。2 8 4l 应对挑战加强合作技术创新绿色发展