生胶对自粘性聚异丁烯橡胶阻尼材料性能的影响研究*

孙志勇,马卫东,孙国华,张 鲲,李 斌,李 辉,翟 文,王树伦

(1.中国兵器工业集团 第五三研究所，山东 济南 250031；2.南京军代局驻济南地区代表室，山东 济南 250031)

当前，针对硫化型丁基橡胶方面的研究报道已经很多[1-5],但有关自粘性聚异丁烯橡胶阻尼材料研究报道很少。尽管自粘性聚异丁烯橡胶阻尼材料相关产品的生产厂家已经较多，但其阻尼性能表征基本基于悬臂梁测试方法，该方法对于测试材料宽温范围内的阻尼性能则耗时较长，同时制样繁琐。利用动态热机械分析仪(DMA)进行自粘性阻尼材料动态力学性能测试，制样方便，测试快捷，为系统研究该类材料的阻尼性能奠定了测试技术基础。另外，利用橡胶加工分析仪(RPA)测试自粘性聚异丁烯系橡胶材料扭矩，作为该类材料软硬度的表征方法，与针入度法相比，制样方便，测试结果重复性好。本文主要研究了不同牌号生胶对自粘性聚异丁烯橡胶阻尼材料性能的影响，并对影响机理进行了分析。

1 实验部分

1.1 原料

氯化丁基橡胶(CIIR-1068、CIIR-1066)：美国埃克森化工国际商务有限公司；聚异丁烯橡胶(PIB-B200、PIB-B100)：德国巴斯夫公司；聚异丁烯橡胶(PIB-P100)：俄罗斯Efrolen合成橡胶公司；聚异丁烯橡胶(PIB-8650，PIB-8550)：杭州顺达塑胶国际集团有限公司；聚异丁烯橡胶(JINEX-6130)：锦州精联润滑油添加剂有限公司；聚异丁烯橡胶(PIB-1300)：韩国大林工业有限公司；填料、增粘剂、增塑剂、防老剂等均为市售。

1.2 仪器设备

开放式炼胶机：XK-250，青岛双星橡塑机械有限公司；橡胶真空硫化机：THP/V/150/3RT/2/PCD，东毓油压工业股份有限公司；动态热机械分析仪：DMA242，德国NETZSCH公司；示差扫描量热仪：DSC204，德国NETZSCH公司；橡胶加工分析仪：RPA2000,美国阿尔法公司；门尼粘度仪：MV2000,美国阿尔法公司。

1.3 基础配方

实验基础配方(质量份)：氯化丁基橡胶+聚异丁烯橡胶 85，填料 185,增粘剂 55，增塑剂 9，防老剂 2。

1.4 试样制备

在开炼机上待高相对分子质量聚异丁烯橡胶包辊后，依次加入各种填料、低相对分子质量聚异丁烯橡胶、增塑剂、增粘剂等，待吃料完毕，薄通10遍下片，在硫化机上压制试样。

1.5 性能测试

(1) 动态力学性能按ASTM D4065—06测试，测试条件：试样厚度(2±0.2)mm，最大振幅80 μm，最大动态力6 N，频率2.5 Hz，升温速度3 ℃/min，剪切模式。

(2) 扭矩按GB/T 16584—1996测试，测试条件：40 ℃，10 min。

(3) 门尼粘度按GB/T 1232.1—2000测试，测试条件：100 ℃，(1+4)min。

2 结果与讨论

2.1 不同牌号聚异丁烯橡胶的玻璃化转变温度

本实验进行了多种牌号聚异丁烯橡胶的玻璃化转变温度测试，结果如表1所示。

顺便说一句，我们只需要点击色调曲线面板右下角的小图标，就可以在这两种模式之间切换设置。那么接下来就让我们具体看看它们各自的功能用途……

表1 不同牌号聚异丁烯橡胶的玻璃化转变温度

由表1可见，不同牌号聚异丁烯橡胶的玻璃化转变温度具有一定的差异，尤其低相对分子质量聚异丁烯橡胶与高相对分子质量聚异丁烯橡胶之间的差异更大，如PIB-B200和PIB-1300的玻璃化温度起始点相差18.1℃，因此不同相对分子质量聚异丁烯橡胶配合使用将使材料在具有较高阻尼系数峰值、较高自粘性的同时具有较宽的玻璃化转变区间，从而使材料具有更宽的阻尼温域。

2.2 不同牌号聚异丁烯橡胶的门尼粘度

不同牌号聚异丁烯橡胶门尼粘度的测试结果如表2所示。

表2 不同牌号聚异丁烯橡胶的门尼粘度

不同牌号聚异丁烯橡胶的门尼粘度具有较大的差异，在同样的测试条件下，橡胶的门尼粘度值与橡胶的相对分子质量大小及其分布有关。对于非硫化型橡胶而言，门尼粘度值高(即相对分子质量大或高相对分子质量橡胶含量高)的橡胶具有相对更高的力学强度，因此在保持混炼胶一定的力学强度下可以填充相对多的填料，用以降低材料成本。

2.3 不同牌号聚异丁烯橡胶对材料扭矩及动态力学性能的影响

不同牌号聚异丁烯橡胶对材料动态力学性能的影响研究配方如表3所示。

表3 不同牌号聚异丁烯橡胶对材料动态力学性能的影响研究配方表1)

1) 其它添加剂相同。

不同牌号聚异丁烯橡胶对材料动态力学性能和扭矩的影响研究结果如表4和图1所示。

表4 不同牌号聚异丁烯橡胶对材料动态力学性能的影响

配方编号图1 不同牌号聚异丁烯橡胶对材料扭矩的影响

由表3、表4、图1的数据可知，采用不同牌号聚异丁烯橡胶对材料扭矩具有不同的影响。添加CIIR-1068的NPZN18-5配方扭矩最高，为1.45；添加PIB-B200的NPZN18-3配方扭矩最低，为1.21。CIIR-1068被CIIR-1066等量替换后，材料扭矩明显降低。在一定的测试条件下，扭矩可以相对反映材料的硬度，而在主体橡胶材料种类及填充体系一致的情况下，扭矩值又主要由橡胶材料的相对分子质量所决定，这与表2中的门尼测试结果相一致。

以CIIR-1068等量替代体系中的PIB-B100，扭矩由1.45降至1.25；而由表2数据可知,CIIR-1068的门尼粘度比PIB-B100大，原因是在扭矩的测试温度下，PIB-B100结晶没有遭到破坏，因此表现出较高的硬度，即扭矩值较高，而CIIR-1068分子链中含有的异戊二烯单元破坏了分子链的规整性，即结晶较弱，因此尽管生胶门尼值较高，但最终体系的扭矩值较低。

不同牌号聚异丁烯橡胶对材料动态力学性能具有不同的影响。CIIR-1068被CIIR-1066等量替换后，对材料动态力学性能影响不明显，因为二者仅相对分子质量有一定差异，而分子结构完全相同，因此两个配方的阻尼系数及阻尼系数峰值变化不明显，仅在材料扭矩上体现出不同。以CIIR-1068等量替代PIB-B100，则材料体系阻尼系数峰值由1.654降至1.605，原因是CIIR-1068与PIB-B100相比，CIIR-1068分子链中含有一定量的异戊二烯单元，因此相对降低了分子链中的甲基含量，即降低了分子间摩擦效应，而在填充体系一致的情况下阻尼效应主要由分子间摩擦引起，因此配方中配合PIB-B100比单用CIIR-1068具有更高的阻尼系数峰值。

3 结 论

(1) 不同牌号聚异丁烯橡胶的玻璃化温度具有一定的差异，尤其低相对分子质量聚异丁烯橡胶与高相对分子质量聚异丁烯橡胶之间的差异更加明显。

(2) 不同牌号聚异丁烯橡胶对材料扭矩具有不同的影响。其中添加CIIR-1068的配方扭矩最高，为1.45；添加PIB-B200的配方扭矩最低，为1.21。

(3) 不同牌号聚异丁烯橡胶对材料动态力学性能具有不同的影响。CIIR-1068被CIIR-1066等量替换后，对材料动态力学性能影响不明显，以CIIR-1068等量替代PIB-B100，则材料体系阻尼系数峰值由1.654降至1.605。

参 考 文 献：

[1] 晏才圣,罗权焜.影响IIR/CIIR共混硫化胶动态力学性能的因素[J].橡胶工业,2003,50(6):328-328.

[2] 罗权焜，晏才圣.IIR/CIIR共混胶硫化特性的研究[J].弹性体，2004，14(2)：30-33.

[3] 孙志勇,马卫东,张鲲,等.氯化丁基橡胶阻尼材料动态力学性能的影响因素研究[J].世界橡胶工业,2009,36(1):18-20.

[4] 丁国芳,罗世凯,程青民,等.氯化丁基橡胶共混改性体系的力学阻尼性能研究[J].化工新型材料,2011，39(2):117-119.

[5] 冯钠,梁纪宇,常素芹.溴化丁基橡胶/C5石油树脂复合材料的制备及性能研究[J].弹性体，2012,22(6)：10-14.