天然橡胶/顺丁橡胶并用胶在汽车发动机悬置材料中的应用

郝伟刚，刘海东，徐 燕

（保定威奕汽车有限公司 河北省汽车减震与密封橡胶产品工程技术研究中心，河北 保定 072550）

随着汽车工业的快速发展，车辆振动和噪声的控制成为整车厂研发的重点。悬置系统衔接动力总成和车身部分，主要作用是支撑动力总成、减小动力总成震动对整车的影响、限制动力总成的抖动量，对控制整车噪声、振动与声振粗糙度（NVH）起着非常大的作用。基于汽车振动学的优化设计，应尽可能避免整车主要部件在各种工况下的振动耦合。发动机悬置的具体作用就是对发动机振动和路面激励的隔离和吸收，减少乘客所受的影响，降低其他零部件因为过多振动产生的疲劳破坏[1]。

顺丁橡胶（BR）在实际应用中很少单用，主要是因为其易冷流、混炼工艺差、强伸性能低，一般将BR与天然橡胶（NR）或/和丁苯橡胶（SBR）并用，BR已成为世界橡胶工业，尤其是轮胎工业近20年来的重要胶种。BR与NR或SBR均能互容，并用胶聚合物相分散很好，配合剂在两相间可达到合理分配，BR与NR或/和SBR并用可明显改善NR或/和SBR的抗硫化返原性能、弹性、耐磨性能、耐老化性能、耐疲劳性能及耐低温屈挠性能[2]。

本工作模拟NR/BR并用胶作汽车发动机悬置材料在使用过程中的受力状态，研究NR/BR并用胶的物理性能和阻尼性能，为NR/BR并用胶在汽车发动机悬置材料中的应用提供借鉴经验。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，RSS3，泰国产品；BR，牌号9000，中国石化燕山石化分公司产品；炭黑N330，东海橡塑（天津）有限公司产品；微硅粉，牌号940D，上海天凯硅粉材料有限公司产品；氧化锌，质量分数为0.997，镇江白水化学有限公司产品；硬脂酸，牌号SA-1801，嘉里油脂化学工业（天津）有限公司产品；凡士林（工业级），天津市瑞达鑫华抛磨材料有限公司产品；偶联剂Si69，东营市恒益化工有限公司产品。

1.2 配方

配方见表1。

表1 配方 份

1.3 主要设备和仪器

3 L密炼机和203.2 mm（8英寸）开炼机，广东利拿机械有限公司产品；XW-221型平板硫化机和MC010-LXS-A邵氏硬度计，上海严润光机科技有限公司产品；M2000-FAN型无转子硫化仪、GTTCS-2000型电脑系统拉力试验机、GT-7017-EM型老化试验机和压缩生热试验机，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品；动态力学分析（DMA）仪，耐驰科学仪器商贸（上海）有限公司产品。

1.4 混炼工艺

一段混炼在密炼机中进行，密炼室初始温度为40 ℃，转子转速为32 r·min-1，混炼工艺为：生胶→防老剂和氧化锌等小料→炭黑和凡士林等→排胶。胶料在开炼机（辊距为3 mm）上下片后停放24 h。

二段混炼在密炼机中进行，密炼室初始温度为40 ℃，转子转速为32 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶→硫化剂和促进剂→排胶。胶料在开炼机（辊距为3 mm）上下片后停放16 h。

1.5 性能测试

1.5.1 动态力学性能

试样长度为10 mm，宽度为4.6 mm，厚度为2 mm，硫化条件为160 ℃×8 min。试样外观要求无缺胶、无气泡、不分层。测试条件为：温度40～120 ℃，频率 25 Hz。每个配方至少测试3个试样，剔除异常数据，将剩余数据取平均值。

1.5.2 压缩疲劳温升

试样直径为（17.8±0.15） mm，高度为（25±0.25） mm，邵尔A型硬度不大于85度，硫化条件为160 ℃×10 min。试样外观要求无缺胶、无气泡、不分层。测试条件为：载荷 1 MPa，冲程 5.71 mm，温度 （100±1） ℃，预热时间 30 min，测试时间 25 min。每个配方至少测试3个试样，剔除异常数据，将剩余数据取平均值。

1.5.3 其他性能

硫化特性和其他物理性能（试样硫化条件为160 ℃× 8 min）测试按照相应国家标准进行。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

NR/BR并用胶的硫化特性如表2所示。从表2可以看出：随着BR用量增大，胶料的t10和t90呈延长趋势，这是由于BR双键的活性弱于NR；胶料的Fmax呈增大趋势，原因是NR/BR并用能减少多硫键的形成，多硫键与低硫键以一定比例存在[3]。

表2 NR/BR并用胶的硫化特性（160 °C）

2.2 物理性能

NR/BR并用胶的物理性能如表3所示。从表3可以看出：随着BR用量增大，胶料的拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度呈降低趋势，这是由于BR结晶能力不强，自补强性能较低；胶料热老化后拉伸强度和拉断伸长率降幅增大。

橡胶材料在固定周期性形变下会吸收部分形变能，并将其转变为热能。由于橡胶本身的导热性差，形变产生的热量会导致橡胶材料内部温度升高。在周期性形变很大或温升很高时，橡胶材料会由于疲劳引起的破裂而损坏。这种损坏开始时发生在橡胶材料内部，然后逐渐扩展到外部，最终导致橡胶材料完全损坏[4]。

从表3还可以看出：NR胶料的压缩疲劳温升最低；随着BR用量增大，胶料的压缩疲劳温升逐渐升高；当NR/BR并用比达到70/30时，胶料的压缩疲劳温升趋于稳定。

2.3 阻尼性能

NR/BR并用胶的阻尼性能（频率为 25 Hz）如图1所示（tanδ为损耗因子）。从图1可以看出：高于23 ℃时，NR/BR并用胶的阻尼性能无明显差异；23 ℃下的δ为7°～8°，85 ℃下的δ为3°～4°；低于23℃时，NR/BR并用胶的阻尼性能出现差异；低于－37 ℃时，随着BR用量增大，NR/BR并用胶的tanδ降低，δ为27°～37°。

图1 不同温度下NR/BR并用胶的tan δ

3 结论

（1）随着BR并用量增大，NR/BR并用胶的t10和t90延长，Fmax增大，强伸性能降低，老化后拉伸强度和拉断伸长率降幅增大。

（2）随着BR用量增大，NR/BR并用胶压缩疲劳温升逐渐提高。为避免NR/BR并用胶压缩疲劳温升加剧，NR/BR并用比不宜大于70/30。

（3）NR/BR并用可以避免NR在低温下阻尼过高的问题。