减震用橡胶材料及其应用

随着现代工业的飞速发展， 震动和噪音已经成为各个领域的严重问题： 它会降低操作精度，影响产品质量；缩短产品寿命，使得高精仪器不能正常工作；危及安全性，使设备或构建物早期破坏；污染环境及影响人身健康，诸如地震之类的震动甚至 还给人类的 生命财产造成极大的损害。因此 ，研究和掌握震动控制与 噪音控制技术 已是各国工业发展 面临的重大课题。

      消除震动和噪音的 根本方法是 减少或者消除 震动源的震动， 但实际上要想完 全消除震动源的震动 是不可能的， 因此必须采取 其他控制 震动的 方法。实际 应用中广泛、有效的方法是 使用各 种减震制品，尤其是橡胶减震 制品。它能够有效 地隔离震动与激发源，还可以缓 和震动 体的震动， 因此被广泛 地应用于各种机动车辆、 飞机、船舰等 的动力机械及风机、水泵等辅助 设备和仪器的震动 隔离。近年来 ，一些大型 建筑物和桥梁等也采 用了隔离地震的 层压橡胶垫支撑 建筑物。对于结构震动和 结构噪音的 阻尼处理 ，也广泛 地使用特殊的橡胶材料， 称为黏弹性高阻尼材料。

1 橡胶的减震作用及减震橡胶材料

     橡胶的 特点是既有高弹态又 有高黏态，橡胶的 弹性是由其卷曲分子 构象的变化产生的，橡胶分子间相互 作用会 妨碍分子链 的运动，又表现出黏性特点，以致应力与应变往往处 于不平衡状态 。橡胶的 这种卷曲的长链分子结 构及分子间存在 的较弱的次级力；使得橡胶材料呈现出* 的黏弹性能， 因而具有良好的减震、隔音和缓冲性能。橡胶部件广泛用于隔离震动和 吸收冲击 ，就是因为其具有滞后、阻尼及能进行可逆大变形的特点。

    橡胶的 滞后和内摩擦特 性通常用损耗因子表示 ，损耗因子越大，橡胶的 阻尼和生热越显著 ，减震效果越明显 。橡胶材料 损耗因子的大小不仅与橡胶本身的结构有关，而且与温度和频率有关。在常温下，天然 橡胶(NR)和顺丁橡胶(BR)的损耗因子较小 ，丁苯 橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、乙丙 橡胶(EPR)、聚氨酯 橡胶(PU)和硅橡胶的 损耗因子居 中，丁基橡胶(HR)和(NBR)的损耗因子大。

     用作减震 目的的橡胶材料 一般分 5 种，即 NR，SBR，BR 为普通橡胶材料； NBR 用于耐油硫化胶；CR 用于耐天候硫化胶；IIR 用于高阻尼硫化胶；EPR 用于耐热硫化胶。NR 虽然损耗因子较小 ，但其综合性能，具有优异的弹性，耐疲劳 性好，生热低，蠕变小，与金属件黏合性能好，耐寒性、电绝缘 性和加工性能 也好，因此 NR 被广泛 地用作减震 目的，要求耐低温或耐天候性能时，可与 BR 或 CR 并用或共混改 性。Nishiue 等采用 NR、BR 及碳原子数大于 4 的含有-OH 基团有机酸的金属盐 制成的减震器 具有较好的耐久性能，在 70℃×22h和 40℃×148h 条件下的压缩变形分 别为 17.0%和 11.7%。由于 EPDM 耐天候、耐臭氧老 化、电绝缘 性、耐热和耐寒等性能优异，近年来 受到广泛关注。近 ，日本三井化学公司与鬼怒川 橡胶公司通过采用高相对分子 质量的 EPDM 与低相对分子 质量的 EPDM并用，合作开发出一种新型耐热减震橡胶材料，。该减震橡胶的各 项测试表明，其减震性能 与 NR 相同，但其耐热性、低温柔软性要比 NR 等其他橡胶好。Iizumi采用 EPDM 制成用于汽车部件上的减震器用橡胶材料， 具有很好的耐热性，在 190℃×5h热老化后，材料 仍具有很好的层间黏合性能。对低温动态性能要求苛刻 的减震橡胶， 往往采用硅橡胶； 当要求高阻尼时可采用 IIR 或卤化 IIR ；PU 具有优良的耐磨性、耐屈挠 性和对烃类燃料及大部分有机溶剂的抵抗能力，同时具有很高的物 理性能、良好的电绝缘 性、黏合性和耐老化性能。PU 在减震隔音方面也 得到了广泛 应用，如 Adachi 等采用 PU 制得减震和 隔音良好的橡胶 片层，应用 到地板、天花板及弯曲板后，效果良好。