杜仲胶/氯丁橡胶共混及其隔音性能研究

任庆海， 马养民， 张天福

(陕西科技大学化学与化工学院, 陕西 西安 710021)

0 引 言

目前，阻尼类吸声隔音材料用于汽车内饰、机械设备、发动机外壳、建筑隔音板、导弹、卫星、飞机、舰船、潜艇等行业中，既可以控制噪声污染又能够起到一定的减振作用，不但有益于人们的身心健康，还能降低对建筑物、机械结构的损坏程度，并提高设备及仪表的精度和使用寿命.橡胶类材料具有一定的阻尼性，是一种较有开发潜质的吸声隔音材料[1,2].

杜仲胶化学组成与天然橡胶相同，但结构上互为异构体，天然橡胶是顺式-聚异戊二烯，而杜仲胶是反式-聚异戊二烯.两者结构上的差别导致了宏观性能的不同，天然橡胶是优良的高弹性体，而杜仲胶则是一种结晶的硬质材料.随着对杜仲胶硫化过程规律性认识的深入，发现了杜仲胶这一天然高分子材料具有硫化过程临界转变规律和受交联度控制的3阶段材料特性，从而开发出3大类不同用途的材料——热塑性材料、热弹性材料和橡胶型材料.此外，还发现了杜仲胶与其它橡、塑材料优良的共混加工性.本文在杜仲胶与氯丁橡胶的共混材料中加入发泡剂，使其结构发生变化进而改变其吸声性能，增加了材料对声波的衰减程度.

1 实验部分

1.1 实验材料

杜仲胶 (工业品)，氯丁橡胶 (工业品)，氧化锌 (分析纯)，氧化镁 (分析纯)，黑炭黑 (工业品)，钛白粉 (工业品)，防老剂4101 (工业品)，石蜡 (工业品)，硬脂酸 (分析纯)，凡士林 (工业品)，发泡剂AC (工业品)，尿素 (工业品)，防震材料 (工业品)，促进剂NA-22 (工业品).

1.2 实验仪器

SK-160开放式塑炼机，上海齐才液压机械有限公司；XLB-D平板硫化机，上海齐才液压机械有限公司；MM4130C2无转子硫化仪，北京环峰化工机械试验厂；Model8928数位式噪音器，台湾；XWW-20万能试验机，承德市金建检测仪器有限公司.

1.3 橡胶材料的制备

根据初定配方(杜仲胶/氯丁橡胶，20/80；氧化锌，5；氧化镁，4；黑炭黑，15；钛白粉，10；防老剂4101，0.1；石蜡，2；硬脂酸，1.5；凡士林，10；防震材料，10；促进剂NA-22，0.8；发泡剂AC，1.0)制备橡胶材料，橡胶材料的制备工艺流程为：原料准备→生胶塑炼→加入配合剂混炼→混炼胶停放→硫化(模压硫化)→硫化胶停放→制样→性能测试.

称取一定量的胶料，于150～180 ℃下在无转子硫化仪中测定硫化曲线，并按照GB/T 528-1998国家标准测试橡胶的拉伸性能.

2 结果与讨论

2.1 杜仲胶/氯丁橡胶共混比例的确定

杜仲胶与氯丁橡胶共混比例对胶料隔音性能的影响如图1所示.由图1可知，随着杜仲胶用量的增加，共混胶的隔音性能逐渐增强，当杜仲胶/氯丁橡胶比例为25/75时，共混胶隔音性能最好，与杜仲胶/氯丁橡胶比例为20/80时相差不大.此外，在杜仲胶/氯丁橡胶共混体系中，当杜仲胶用量为20份时，共混胶的屈挠性能最好[4]，并且杜仲胶的价格较贵，因此确定杜仲胶用量为20份，氯丁橡胶用量为80份.

图1 杜仲胶/氯丁橡胶共混比例与隔声量的关系曲线 图2 发泡剂对共混硫化胶拉伸强度的影响

2.2 发泡剂用量对共混硫化胶拉伸强度的影响

根据上述基准配方，改变发泡剂用量 (发泡剂用量分别为0.5、0.8、1.0、1.3、1.5)，混炼后在170 ℃下硫化20 min.发泡剂用量对共混硫化胶拉伸强度的影响如图2所示.由图2可知，随着发泡剂用量的增加，共混硫化胶的拉伸强度呈下降趋势.这可能是由于加入发泡剂后，材料内部出现气泡，使材料产生缺陷，导致拉伸强度有一定的下降.因此控制发泡剂用量适当，就能达到材料正常使用的要求.

2.3 发泡剂用量对共混硫化胶隔音性能的影响

发泡后橡胶材料的结构发生变化进而会影响材料的吸声机理和吸声性能.首先，材料内部会形成大量的连通孔洞或封闭气泡进而生成两相界面，当入射声波遇到两相界面时就会发生折射及反射等现象，改变声波的传播路线，降低声波的传播速度.这样的反复传播，使能量不断转换耗散，增加了材料对声波的衰减程度[3].其次，封闭的气泡在声波的作用下会发生绝热压缩，引起橡胶筋络的剪切变形，产生切变损耗，使部分声能转化为热能损耗掉.连通孔洞中的空气在声波的作用下会与橡胶筋络之间发生摩擦，也能够耗散部分能量.此外，大量气泡的存在会使橡胶筋络变薄，使其在声波的作用下较容易发生剪切变形，能够更加充分地发挥丁腈橡胶材料的粘弹性阻尼作用，进一步耗散声能[4].

图3 发泡剂对共混硫化胶隔音性能的影响 图4 不同温度下的硫化曲线

发泡剂用量对共混硫化胶隔音性能的影响如图3所示.由图3可知，随发泡剂含量的增加，硫化胶的隔音性能呈现先增加后减小的趋势，并且在发泡剂含量为1质量份时达到最大值.这主要是由于发泡后，材料具有较好的泡孔结构，提高了材料的吸声性能且其对于声波的反射性也有所增加，所以其隔声性能也随之提高.而当发泡剂用量大于1质量份后，材料内部空洞增大或增多，使声波更多地透过材料而不是被反射或吸收，因而含量超过1质量份后材料的隔声性能有所下降.因此，将这种复合材料发泡剂的用量确定为1%.

2.4 硫化特性曲线的测定

表1为不同温度下20/80的杜仲胶与氯丁橡胶的硫化特性.图4为不同温度下的硫化曲线.由以上图表可见，随着硫化温度的升高，体系的焦烧时间TS1和正硫化时间T90减小，最低转矩ML和最高转矩MH增大；而硫化速率指数VC值反映出硫化速度提高，MH-ML值反映出交联程度增大.此外，硫化过程存在较长硫化平坦期，不会出现过流现象.综合比较，选定体系的硫化温度为170 ℃，硫化时间为20 min.

表1 不同温度下胶料的硫化特性

3 结论

(1)在杜仲胶/氯丁橡胶共混体系中，杜仲胶用量的增加有利于改善共混胶的隔声性能，但会影响共混胶的拉伸强度，因此杜仲胶/氯丁橡胶并用比例为20/80时最佳.

(2)加入发泡剂的共混胶材料具有较好的阻尼作用，提高了材料的吸声性能以及隔声性能.但当发泡剂含量超过1份时会使材料的吸声及隔声性能有所下降.因此，发泡剂用量确定为1%.

(3)共混体系的最佳硫化温度为170 ℃，硫化时间为20 min.

参考文献

[1] 周 洪，李 波．高分子微粒吸声材料的声学特性[J]．高分子材料科学与工程，2004，20(3)：190-194．

[2] 王付胜，李旭东，黄宝琛，等．反式-1,4-聚异戊二烯改性氯丁橡胶的研究[J]．特种橡胶制品，2006，27(3)：1-4．

[3] Wu Jiejun, Li Chenggong, Wang Dianbin,etal. Damping and sound absorption properties of particle reinforced AI matrix composite foams[J]. Composites Science and Technology, 2003, 63: 569-574．

[4] 陈月辉．声学功能橡胶[J].特种橡胶制品，2004，25(1)：55-58.