一种可快速施工的减振阻尼产品开发研究

张淑玲

(广东邦达实业有限公司，广东 中山 528455)

一种可快速施工的减振阻尼产品开发研究

张淑玲

(广东邦达实业有限公司，广东 中山 528455)

研究一种便于施工的自粘型减振阻尼产品，分析了不同的改性树脂对阻尼材料温度特性的影响，并研究了增粘树脂对阻尼材料剥离强度的作用。通过研究可知，调整改性树脂及增粘树脂至一个合适的用量时可制得综合性能优良的减振阻尼产品。

减振阻尼；自粘性；快速施工；损耗因数

在当今生产及生活中，系统非预期的振动及振动产生的噪声的抑制是个重要的课题。振动控制中常用的方法是改变刚度和质量以避免共振，采用隔振器以减少振动的传递，采用动力吸振器吸收部分的振动能量等。但是在无法改变结构和无法采用隔振器、动力吸振器的场合，尤其是薄板结构及宽频带随机激励等场合，则采用增加部件或结构的阻尼来控制振动并减少噪声。

一般金属结构的损耗因子很小，因此增加部件或系统的阻尼，最方便有效的方法是在部件表面粘贴粘弹性高阻尼材料。目前常用的阻尼橡胶一般需经硫化(交联)工序，生产周期长成本高，需通过胶粘剂或其它方式安装于需减振处，使用不便。

例如李洪林在《沥青阻尼材料在汽车上的应用与发展》中提到一类应用于汽车车身减振的热熔型沥青减振片[1]，该类产品的施工工艺需将减振片与车身、底盘等部件一同置于约135℃的烘房中烘烤45min以上后粘贴成型，施工过程需高温且时间较长。该类型的减振垫只适合于整车厂使用，同时该类型减振片以沥青为主材，在施工及应用过程中会逐渐释放对人体有害的成份，环保性能不良。

又如在发明专利CN201110029590中提到一种应用于风力发电高塔的阻尼减振装置[2]，其中用于减振的粘弹材料需通过硫化的方式与内外钢板相连，加工工艺复杂成本较高。

因此研发一种可应用方式简便同时具有高阻尼效果的减振阻尼材料及产品，具有极大的市场应用空间。经过市场调研数据分析及前期我们进行的相关研究的数据积累，此次我们设定开发目标为一种可快速施工的新型阻尼产品，该产品主要目标特性是：主要针对常温下应用的场所，在常温下具有较高的阻尼值；产品具有一定的可塑性，可自由应用于各种规则或不规则的工件表面，例如异形铜管，具有特定形状的洗衣机、微波炉等家用电器的钣金件等；该减振材料本体具有优良自粘性，在常温下可直接通过材料的自粘性良好粘贴于需减振的工件上并能起到良好的减振效果。

目前，粘弹性阻尼材料仍以橡胶型基材为主，其中丁基橡胶由于分子链上带有许多侧甲基，弹性滞后较大，有明显的阻尼作用。在常温条件下，丁基橡胶具有较高的损耗系数，例如如天然橡胶相比两者损耗数据如表1[3]。

表1 丁基橡胶与天然橡胶损耗数据对比

因此本次开发以丁基橡胶为主要基材并经过配方改性以提供预期的阻尼材料。

1 实验及测试

1.1 原材料

丁基橡胶，北京燕山石化；增粘树脂，自制；改性树脂，自制；补强剂、软化油、阻燃剂、防老剂等其它助剂均为市售。

1.2 主要仪器设备

密炼机，55 L，上海威福星；开放式炼胶机，XK-250，青岛双星橡塑机械有限公司；橡胶冷喂料销钉挤出机，120-10D，上海橡胶厂。

八通道24位数据采集仪，江苏东华测试；非接触性传感器，丹麦B&K。万能材料试验机，济南华兴。

1.3 试样制备

将丁基橡胶及部分助剂于密炼机内捏炼成型后，于开炼机上依次加入各种助剂、填料后薄通10遍出料，在挤出机上挤出试样。

1.4 性能测试

表征材料阻尼特性的主要特性为损耗系数或损耗因数，本次开发的材料及产品目标是应用于薄壁结构减振，阻尼材料的应用方式为自由层或约束层减振。对于这类方式减振应用的阻尼效果，我们按照国家标准GB/T 16406-1996《声学 声学材料阻尼性能的弯曲共振测试方法》的要求进行测试并分析[4]。该标准参照引用国际标准ISO 6721-3-1994《塑料—动态力学特性测量—第3部分；弯曲振动-共振曲线法》及美国材料与试验学会标准ASTM E756-83《测量材料振动阻尼性能的标准方法》制定的，该测试标准在汽车行业等广泛应用，按此标准测试的数据具有广泛的应用性及可比对性。测试条件为扫描频率10～1000 Hz，试样厚度2 mm，金属基板厚度1 mm，悬臂梁法，测试温度-20～80℃。

2 结果与讨论

基本配方如下：丁基橡胶 100份；重晶石粉 200份；增粘树脂 变量；改性树脂 变量；氢氧化铝 250份；协同阻燃剂 25份；轻质碳酸钙 100份；补强纤维 3份；低分子软化油 适量；防老剂 2份；其它。

经混炼、挤出成型后制得的减振阻尼片材，材料的基本特性测试结果如下：燃烧性能符合GB 8410的要求，比重1.7，初粘性32#球，拉伸强度大于50kPa，剥离强度大于 19N/25 mm，120℃下无流动。

2.1 聚合物的阻尼机理

高分子材料形变性质的重要特征是粘弹性，高分子材料的阻尼作用机理直接与高聚物的动态力学松驰性质相关，聚合物的拉伸-回缩循环变化均需克服高分子链段间内摩擦阻力而产生内耗从而将机械能转化为热能产生阻尼特性。作为减振的阻尼橡胶，其减振效果与橡胶的阻尼性能密切相关。如图1所示，高聚物由玻璃态转变为高弹态时，在玻璃态转变温度附近具有较大的阻尼[5-7]。根据阻尼材料应用的温度范围选择具有合适的玻璃态转变温度的高分子材料为基材开发相应的的阻尼材料，可具有较高的损耗系数[8]。

图1 贮能模量与损耗因子随温度变化曲线Fig.1 The curves of tanδ and Loss Modulus-Temperature

本次拟开发的产品应用温度范围是在常温，然而玻璃化转变位于常温下的高分子材料的其它物理特性并不理想，体现为温度略低时材料变硬发脆，不能满足之前设定的易施工等特性。因而需通过选用其它合适的高聚物为主体并通过改性来提高材料的综合性能。我们选定了丁基材料为主体材料，按前述基础配方所制得的样品按GB/T 16406 悬臂梁法所测得的损耗因数-温度曲线如图2。

图2 丁基橡胶阻尼材料(自由层阻尼)损耗因数-温度曲线

Fig.2 IIR damping materials(Free layer damping)Loss factor -Temperature

从测试数据可见，由于丁基橡胶的玻璃化转变温度很低，因而以丁基橡胶为主材直接制得阻尼材料在常温下的损耗因数很低，不能体现出良好的减振效果。需要通过材料改性及结构设计等方式提高常温下的损耗因数。

2.2 改性树脂对阻尼温度特性的影响

由于市场上没有找到符合我们要求的改性树脂，我们自行合成了几种改性树脂并研究了加入改性树脂后丁基橡胶减振材料的阻尼特性发生的改变，如图3所示。

图3 丁基橡胶 + 改性树脂 损耗因数-温度曲线Fig.3 IIR Adding modified resin Loss factor -Temperature

从测试结果可见，加入合适的改性树脂，可明显改变丁基橡胶减振材料的阻尼特性。加入单一种改性树脂时可在某点温度点上获得较高的损耗因数，但所呈现的峰值较陡而窄，其温度特性并不理想。同时并入两种改性树脂后损耗因数峰值下降但宽度有所增加，所制得的减振材料阻尼特性较为理想。

曾有报道称通过调整软化油等方式可将原损耗因数-温度峰值进行调整偏移至需要的温度，但我们此次的试验发现，增加软化油会相当于在原阻尼材料中增添了杂质，实际测试的数据表明峰值温度不会有明显的改变而峰值数据会明显下降。但加入软化油可调整材料的施工性等其它特性，因此适当的软化油等填料仍是必需的。相似的，增加适当的补强材料可将峰值数据提高但峰值温度也不会有明显的改变。

2.3 增粘树脂的作用

本次试验选用不同软化点的不同类型增粘树脂，增粘树脂主要作用是提高减振材料的自粘性能，我们通过测试样品的180°剥离强度进行比对。几种增粘树脂的作用如表2。从测试结果看增粘树脂可明显提高样品的剥离强度，而几种增粘树脂对样品的粘性所产生的影响是相近似的，因此实际配方中可根据最终材料的综合特性及成本、加工工艺因素来选用合适的增粘树脂。

表2 增粘树脂类型对材料剥离性能的影响Table 2 Influence of the types of tackifier on the peeling properties of materials

3 结语

丁基橡胶具有较高的损耗因数，但因其玻璃化转变温度较低，在常温下直接应用丁基橡胶减振材料的损耗因数并不能达到预期的结果，需通过并用合适的改性树脂提高常温下的阻尼效果。并用单一的改性树脂可获得某个温度点下较高的损耗因数，但其温度曲线较陡，并用多个改性树脂后阻尼温度曲线峰值较宽但最大值降低，因此可根据实际应用的温度及期望的阻尼效果来决定最终的配方。

丁基橡胶本身具有一定的自粘性但不足够，丁基减振材料需通过并用适当的增粘树脂以大幅提升产品的自粘性以达到便于施工的目标。

[1] 李洪林.沥青阻尼汽车上的应用与发展[J].汽车技术，2003(12): 34-37.

[2] 李 杰,张自立,陈建兵,等.阻尼减振装置及使用该装置的风力发电高塔:CN,201110029590[P].2013-02-13.

[3] 梁星宇,周木英.橡胶工业手册修订版第三分册[M].北京:化学工业出版社,1998.

[4] 全国声学标准化技术委员会.GB/T 16406-1996声学 声学材料阻尼性能的弯曲共振测试方法[S].北京:中国标准出版社,1996.

[5] 高 东,唐治安,李朝旭.粘弹阻尼减振技术的工程应用[J].电子机械工程,2001,17(6):39-42.

[6] 杨亦权,杜 淼,郑 强.新型高聚物阻尼材料研究进展[J].功能材料,2002,33(3):234-236.

[7] 丁国芳,石耀刚,张长生,等.丁基橡胶阻尼材料阻尼行为的研究[J].功能材料,2004,35(z1):2233-2236.

[8] 常冠军.粘弹性阻尼材料[M].北京:国防工业出版社,2012.

(本文文献格式：张淑玲.一种可快速施工的减振阻尼产品开发研究[J].山东化工,2017,46(15):12-14.)

Study on a Rapidly Operated Vibration Damping Products

ZhangShuling

(Bonderra Industries Co.,Ltd.,Zhongshan 528455,China)

A damping product is studied for the application of rapid construction.On the temperature characteristics of damping materials,the influence of different modified resins was analyzed.The effect of tackifier on the peel strength of damping materials was studied.Through the research,we can see that when adjusting the modified resin and tackifier to a suitable dosage,the damping products with good comprehensive performance can be obtained.

vibration damping;self adhesion;rapid construction;loss factor

2017-07-10

张淑玲(1964—)，女，天津人，研究生，主要研究方向：高分子化工材料。

TQ330.1

A

1008-021X(2017)15-0012-03