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船舶用高阻尼橡胶材料性能研究王凯歌1张新宇1原晓城2（1海装沈阳局驻大连地区第一军事代表室 2天津市橡胶工业研究所有限公司）摘要：通过主体胶种、阻燃体系、阻尼体系和硫化体系的变量优化试验，研究了CIIR1066/1203D并用体系的阻尼性能、力学性能、耐热性能、低温性能和阻燃性能。
结果表明，CIIR1066/1203D比例为70.0/30.0，阻燃体系采用复配阻燃剂FosFlam 65，阻尼体系采用AO-80，硫化体系采用普通硫磺硫化体系/树脂硫化并用，阻尼效果最好，且综合性能较佳。
关键词：阻尼；CIIR1066/1203D；阻燃体系；阻尼体系；硫化体系；1.前言船舶在航行过程中，动力机械装置会产生剧烈振动和噪声，对船舶的隐身性、舒适性影响是不容忽视的。
因此往往采取橡胶阻尼材料进行减振降噪处理。
阻尼减振降噪的技术原理就是通过在振动的结构表面敷设或粘贴阻尼材料，利用阻尼材料在玻璃化转变时的高阻尼特性，增大结构的阻尼耗能，使在基底艇体因冲击、振动而变形时通过阻尼材料的拉伸、弯曲、剪切等变形引起的粘性内摩擦，将部分机械能转变为热能耗散掉，从而耗散振动能量，降低以振动辐射的弯曲波的声能，抑制中、高频结构的响应，达到降噪效果。
但随着船舶技术的发展，随着安全性和寿命要求不断提高，对橡胶材料的要求也不断加强。
橡胶材料往往除了要具备较高的阻尼性能之外，还需要具备耐油、耐热、毒性及阻燃要求。
本工作将采用阻尼性能良好的氯化丁基橡胶与玻璃化转变温度较大的丁腈/PVC合金并用，通过两者并用比，及配合体系的优化，在拓宽阻尼温域的基础上，提高阻尼材料的各项性能，开发综合性能优良的高阻尼橡胶材料。
2.实验部分2.1 主要原材料氯化丁基橡胶，美国埃克森CIIR 1066；丁腈/PVC（70:30）橡胶合金，南帝1203D；受阻酚AO-80 日本旭电化工业株式会社；阻燃剂FosFlam 65，广州艾登达化工有限公司；其它助剂均为橡胶工业常用工业级。
氯化丁基橡胶
君轩
【期刊名称】《世界橡胶工业》
【年(卷),期】2005(032)007
【摘要】丁基橡胶是一种低不饱和(不饱和度1～3％)合成橡胶，由异丁烯和少量
异戊二烯共聚而成。
它因具有高气密性，高阻尼及耐热等特性而被广用于制造内胎、子午胎气密层、密封制品及减震制品等。
但在工艺性能上却有不少缺陷，如硫速慢，难粘，难共硫化和难于和其他胶种共混。
而氯化丁基橡胶作为其衍生胶种，则可弥补上述缺点，从而有后来居上，取而代之之势。
【总页数】1页(P56)
【作者】君轩
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TQ32
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试论舰船用丁腈橡胶复合阻尼材料的制备及性能摘要：为了能够得到较为显著的降振效果，通常在材料选取方面比较偏向于空气阻尼材料，这种材料在现代船舶方面应用的频次比较高，是做好减震降噪音工作的额关键所在。
本篇文章中，我们重点围绕丁腈橡胶复合阻尼材料展开了深入分析，希望能够在不断的研究讨论中，使得该材料在船舰领域获得更为明显的成效。
关键词：舰船；阻尼材料；丁腈橡胶；氯丁橡胶橡胶阻尼材料关键在于橡胶的黏强度,而在玻璃化改变范围内,由分子链移动所形成的内磨擦,从而促使外场作用所产生的的机械功率以及相关声音所产生的能量可以得到一定程度的转化，使其变成热能进而散逸在四周，从而实现减少振动降低噪声的作用效果。
据相关调查，阻尼材料的应用范围具有较高的宽阔性，不仅军用领域的应用较为普遍，在民生产业方面的应用程度也相当高。
基于这一背景下，橡胶阻尼的材料性能等方面的研究工作也开始得到了较多人的重视。
一般情况下，橡胶阻尼材料的功能区设定为玻璃转化区。
结合有关资料我们可以了解到，功能区的温度一般要比室内温度低，通常较为狭小。
因而在工程设计中通常要求大阻尼橡胶必须在宽温或宽频区域中具备很大的阻尼特性,如飞行器、火箭等要求在有效阻尼区的温度范围更大,因此橡胶的大阻尼特性并没有得到充分的实现,在实际工程设计应用中的使用也面临了较大的限制。
为适应实际的应用条件,必须通过共混、互穿网络(刀PN)等技术手段,来改善橡胶的阻尼特性。
这种工艺技术在某种意义上扩大了橡胶的高效阻尼工作温度适用范围,并使阻尼值有了极大的降低。
一、试验部分（一）主要原材料丁腈橡皮N220S、N230S、丁腈橡皮NBR3355, 氯丁橡胶2322以及其他。
（二）主要设备与仪器QT/25电子检测应力机,用以测量硫化试片的机械性能;DMA/SDTA861e电子动力学解析仪,用以测量硫化试片的力学阻尼器特性;JF-3氧指数测量机,用来测量硫化试片的阻燃性效果能;LMS振动与噪声检测系统,用来测试模具的减振特性测量。
阻尼橡胶材料的研究进展文章针对阻尼橡胶材料的设计原则，阐述了影响橡胶阻尼性能的因素，包括橡胶结构的影响以及与橡胶配合使用的组分（共混基体、填料、有机小分子、增塑软化体系）的影响，并展望了橡胶阻尼技术的发展趋势。
标签：阻尼；橡胶；填料；共混；有机小分子；增塑软化引言日常生活和生产中的振动和噪声给人们带来了严重的危害，必须采用有效的手段加以控制。
阻尼橡胶材料利用橡胶的动态黏弹行为，将振动能以热的形式耗散，可广泛应用于降低机械噪聲、减轻机械振动、吸声、隔声，提高工作效率，同时还可以改善产品质量。
阻尼橡胶材料通常用耗散因子tanδ表示阻尼特性。
对于阻尼橡胶材料的设计原则包括：提高材料的阻尼因子，即tanδ高；拓宽阻尼温度范围。
1 橡胶结构影响影响橡胶阻尼性能的因素很多，其中聚合物自身的结构对阻尼性能有直接影响。
内耗大的橡胶阻尼效果好，内耗大的橡胶应该是具有足够高的分子量和分子量分布的多分散性，分子链间应存在较强的相互作用，如离子键、氢键、极性基团等，分子链中引入侧基来增加分子间的内摩擦。
在常用橡胶中，丁基橡胶和丁腈橡胶的内耗较高，氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶居中，丁苯橡胶和天然橡胶较低。
另外，通过共聚形成具有特定链段结构的聚合物也可影响橡胶的阻尼性能。
当通过接枝共聚或嵌段共聚在聚合物侧链生成链段或形成具有不同链段的嵌段结构后，可以增大内聚能、增加聚合物链段的运动和相互摩擦，从而提高聚合物的阻尼性能。
除了上述影响因素外，本文主要从共混基体、填料、有机小分子、软化增塑体系这几个方面阐述了其对橡胶阻尼性能的影响。
2 与橡胶配合的组分影响2.1 共混基体将相容性较差的多种聚合物混合，可以产生具有微观相分离结构特征的复合材料。
上述结构特征使各聚合物的玻璃化转变区域发生叠加，进而可以有效拓宽阻尼区域。
为了提高橡胶的阻尼性能，常常将具有不同玻璃化转变温度Tg的聚合物进行共混后，在不同玻璃化转变温度Tg间获得较宽的阻尼峰，常用的混合方式包括不同类型橡胶的共混以及橡胶与塑料的并用。
基于DMA法的新型黏弹性材料阻尼特性研究作者：许俊红李爱群苏毅等来源：《振动工程学报》2015年第02期摘要：鉴于黏弹性阻尼材料在建筑结构抗震减震及抗风方面的重要性，以丁腈橡胶为基体、基于DMA法，首先考察了氯化聚丙烯（CPP）、短碳纤维（CARB）、200目石墨粉（GRAP）、鳞片石墨（FLAKE）、云母粉（MICA）等与基体材料共混物的基本力学性能，其次研究了掺合剂对基体材料的影响，并给出了组分比对基体胶阻尼性能的影响效果对比分析。
研究结果满足了两个设计要求：1.改进了材料的阻尼性能，使损耗因子提高至1.26；2.使原材料的温位Tg从28.2℃调整至15℃左右，并大大拓展了tanδ>0.5的温域。
并且研究发现，单纯添加200目石墨粉的效果最佳，粒径大的炭黑类材料如高耐磨炭黑（FEF）和软质快压出炭黑（HAF）对NBR材料的改进效果不大。
关键词：抗震减震；丁腈橡胶；掺合料；DMA；损耗因子中图分类号：TU951； TB324文献标志码： A文章编号： 10044523（2015）02020308DOI：10.16385/ki.issn.10044523.2015.02.0051概述中国建筑结构消能减震设计于2001年首次被纳入《建筑抗震设计规范（GB500112001）》[1]，并在2010版中[2]得到了进一步加强与应用推广，消能减震设计在建筑结构减灾防灾方面发挥着不可或缺的重要职能。
黏弹性阻尼装置是建、构筑结构被动控制中主要的耗能构件，由钢板夹层黏弹性阻尼材料构造而成（如图1），通过钢板间夹层材料的剪切变形而使输入的动荷载衰减[3，4]。
而该耗能装置的核心材料，则通常采用阻尼系数较高的丁腈橡胶，丁腈橡胶图1黏弹性阻尼器初始构件（Nitrile Butadiene Rubber，简称NBR）是由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶[5]，分子结构如图2，具有损耗因子较大、耐油、耐老化性能较好的优良特质，因此得以推广应用于建筑结构抗震减震设计。
阻尼复合材料研究进展摘要：阻尼材料是近几十年来发展起来的一种新型减振降噪材料。
由于其特殊用途，深受国内外关注，而兼具高阻尼和静态力学性能的结构阻尼复合材料则具有十分广阔的应用前景，目前国内外对结构阻尼复合材料的研究和开发十分重视。
本文简要阐述了阻尼复合材料的阻尼机理以及国内外的发展史，分别介绍了树脂基阻尼复合材料、金属基阻尼复合材料、橡胶阻尼复合材料、树脂—金属基阻尼复合材料、压电导电新型阻尼复合材料, 以及几种阻尼复合材料的研究发展状况。
关键词：树脂基、金属基、橡胶基、压电、阻尼复合材料Abstract:Damping material is a new material for reducing librations and noises developed in recent years. Many people in and out of China begin to interested in this kind of material for its special use.The structural damping composites that have not only high damping but also high strength and modulus will hold an extensive application future. At present many countries have put emphasis on the study and exploitation of structural damping composites. This paper summarizes the chief principle of damping composite materials and its development history around world. It introduces a kind of damping composite materials such as resin based damping composite material、metal based damping composite material、rubber based damping composite material、resin-metal based damping composite material and piezoelectric and conductive advanced damping composite material. The paper shows the development of several damping composite material.Keywords:Resin matrix;Metal matrix;Rubber matix ;Piezoelectic;Damping Composite material1．引言随着航空航天领域的巨大发展，科学技术的不断进步，人们对材料的要求越来越高，不仅要求材料满足力学性能要求，而且还要其具有特殊的功能，阻尼复合材料正是这种具有发展前途的功能复合材料。
共混型宽频高阻尼氯化丁基橡胶材料的设计及性能研究刘聪1、王新雷2,*、林勇强2、陈玉坤1华南理工大学广东美的制冷设备有限公司摘 要：本论文选取氯化丁基橡胶为基体，加入具有较高玻璃化温度的增粘树脂（萜烯树脂）制备得到具有宽温域宽频率高阻尼性能材料。
动态力学分析表明，通过调节萜烯树脂添加量不但可以调节阻尼材料的有效阻尼温域范围，还可以增加在相对高温区的阻尼效能。
同时在对添加30份萜烯树脂的氯化丁基橡胶阻尼胶的热分析中发现，氯化丁基橡胶阻尼材料的初始分解温度虽然会略低于纯氯化丁基橡胶，但基本不影响其热稳定性。
关键词：萜烯树脂；宽温域；宽频；高阻尼性能；氯化丁基橡胶阻尼胶；热稳定性橡胶作为最广泛的减震材料，具有高度的粘弹性和阻尼特性。
[1]正是由于其自身特有的粘弹性质，在应力-应变过程中存在应变跟不上应力的滞后现象。
[2]这样，在拉伸-回缩循环过程中，大分子链段的运动都需要克服链段间的内摩擦阻力，从而产生内耗；所以，振动（相当于多个拉伸-回缩循环过程）所产生的机械能有一部分功转化为热被损耗掉，进而达到减振降噪的作用。
内摩擦阻力越大，滞后现象愈严重，消耗的功也愈大，即内耗愈大。
[3]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，是一种传统的阻尼材料。
[4]丁基橡胶经氯化或溴化后，由于其主链结构与IIR基本相同，而使得CIIR保持了IIR的固有特性外，还由于CIIR分子结构中烯丙基氯的存在活化了附近双键，而使得CIIR的硫化活性更高，这对缩短胶料的硫化时间，提高生产效率具有重要意义。
[5]但是丁基橡胶和氯化丁基橡胶在制备阻尼材料的时候有效阻尼功能区主要集中在低温部分, 常温及常温以上的阻尼性能极差，因此拓宽氯化丁基橡胶的阻尼温域，特别是室温以上的阻尼性能有助于氯化丁基橡胶应用范围的进一步扩大。
[6]本论文选取氯化丁基橡胶为基体，加入具有较高玻璃化温度的增粘树脂（萜烯树脂）。
由于氯化丁基橡胶和萜烯树脂都是高极性材料，所以两者具有良好的相容性，最终可制备得到具有宽温域宽频率高阻尼性能材料。
本论文着重研究了氯化丁基橡胶共混材料的阻尼性能及物理机械性能，并讨论了萜烯树脂用量和硫化剂酚醛树脂用量对氯化丁基橡胶共混材料性能的影响，从而制备了宽频高阻尼橡胶材料，符合当前减振降噪的需求，可望具有良好的应用前景。
1. 实验部分1. 1 主要原料及实验配方氯化丁基橡胶（C I I R）：白色，氯含量1.16%，浙江信汇合成新材料有限公司； 萜烯树脂（TＲ-90）：黄色颗粒，软化点100℃，广州金昌盛科技有限公司；炭黑（N330）：湿法制备，黑色颗粒，粒径330n m左右，广州市三力橡胶有限公司；硬脂酸：工业级，晶体颗粒，广州金昌盛科技有限公司；氧化锌（Z n O）：工业级，白色粉末， 广州金昌盛科技有限公司。
二硫化苯并噻唑（DM）：工业级，淡黄色粉末，广州金昌盛科技有限公司；酚醛树脂：工业级，深黄色颗粒，广州金昌盛科技有限公司。
1.2 共混物的制备氯化丁基橡胶阻尼材料的基本配方如表1所示。
实验时，首先将C I I R生胶在开放式炼胶机（XK-160，上海橡胶机械一厂）中薄通10次，然后依次混入炭黑、萜烯树脂、活性剂ZnO/SA、硫化剂/促进剂（酚醛树脂/DM），并进行割胶、大三角包等混炼均匀。
将最终制得的混炼胶在室温下停放8h后采用平板硫化机（K S H R100，东莞市科盛实业有限公司）进行硫化，一次排气的行程为3，一次排气的次数为5，硫化温度为160℃，硫化时间为胶料的正硫化时间(T 90 )。
硫化胶在室温下放置24h后裁样供性能测试用。
1.3 性能测试1.3.1 硫化特性测试混炼胶的硫化特性按 G B/T 16584-1996标准在优肯科技股份有限公司的型号为U R-2030的无转子硫化仪上进行测试，测试温度为160℃，T 10为焦烧时间，T 90为正硫化时间。
1.3.2 物理机械性能测试硫化胶的拉伸性能按照 G B/T 528-1998、撕裂性能按照GB/T 529-1998 标准在优肯科技股份有限公司的U R-2080型万能电子试验机上进行测试，拉伸试样为哑铃型试样，撕裂试样为直角形试样，测试速度500mm/min，测试试样至少5个样一组，可测得材料的拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度和定伸应力，拉伸永久变形等数据。
1.3.3 动态力学性能测试动态力学性能采用德国N E T Z S C H公司 D M A 242C型动态力学分析仪进行分析测试，样品尺寸为10×6×2mm，采用拉伸模式进行测量，测试温度范围为-110～120℃，升温速率为4℃/min，调表 1 氯化丁基橡胶阻尼材料的基础配方实验编号 CIIR-1301 萜烯树脂ZnO SA N330 酚醛树脂DMTP-0 100 0 5 1 40 5 2 TP-10 100 10 5 1 40 5 2 TP-20 100 20 5 1 40 5 2 TP-30 100 30 5 1 40 5 2 PF-7 100 30 5 1 40 7 2PF-910030514092整频率为1H z，测试频率分别为10、20和30H z，样品动态力为5N，最大振幅为50μm。
1.3.4 硬度测试橡胶的邵氏硬度按照G B531进行测试。
试样厚度不小于6m m，测试方法为：在室温下，将试样置于平板工作台上，用垂直向下的力将邵氏硬度计（LX-A，上海六菱仪器厂）的针头缓慢地压入试样表面，直到弹簧的压力与反力相平衡。
3S后记录指针刻度值，每个试样测3个点，3个点间距离不少于10mm，最终结果取平均值。
测试条件：23±2℃。
1.3.5 热重分析测试（TG）氯化丁基阻尼胶的热分解特性通过热重分析仪（TG209F1，德国NETZSCH公司）进行测试。
测试条件为在氮气气氛下从室温加热至700℃，升温速率为20℃/min。
试样质量约8-10mg。
2 结果与讨论2.1 增粘树脂和硫化剂含量对C I I R硫化胶硫化曲线的影响（160℃）氯化丁基橡胶在硫化剂酚醛树脂的作用下发生化学交联，生胶大分子经过硫化过程而交联形成具有三维网状结构的体型大分子。
不同萜烯树脂和酚醛树脂添加量对CIIR硫化胶硫化性能的影响结果如图1、表1所示。
如图1所示即为不同树脂和硫化剂用量时C I I R硫化胶的硫化曲线，记录的是扭矩-时间的关系。
胶料的扭矩值反应的是硫化过程中分子链间相互作用力的大小，其和橡胶的交联密度以及生成的交联键的键能有着密不可分的联系。
在图1中可以直观的发现，对于不同萜烯树脂添加量的CIIR硫化胶（TP-0、TP-10、TP-20、TP-30）来说，随着萜烯树脂量的增多，硫化曲线扭矩发生下降，这主要是硫化剂相对用量的减少以及萜烯树脂增塑作用的共同作用导致。
首先，大量萜烯树脂加入CIIR中后，实际上起到了降低硫化剂含量的作用，从而使得交联效率下降，这同样反图1不同树脂和硫化剂用量时CIIR硫化胶的硫化曲线映在T P-30硫化胶T90先是下降至基本平衡又升高；其次，萜烯树脂除了增黏作用外，其作为一种低聚物分散在分子链间起到了润滑作用，从而具有一定的增塑作用，致使大分子链段之间、填料之间、大分子链段与填料之间的摩擦减少。
表2不同树脂和硫化剂用量时CIIR硫化胶的硫化特性参数实验编号最大转矩M H 最低转矩M L 焦烧时间T 10 正硫化时间T 90dN.m） （dN.m） （min） （min） TP-0 5.56 2.18 0:50 14:16 TP-10 5.17 2.01 0:45 12:12 TP-20 3.87 1.53 0:43 12:13 TP-30 3.44 1.33 0:46 13:06 PF-7 3.35 1.32 0:44 12:33PF-93.141.260:4011:57由表1可见，随硫化剂用量增加，虽然橡胶的硫化效率逐渐提高，硫化胶的正硫化时间逐渐降低，但是硫化曲线的最大转矩反而略有下降（如图1），这主要是因为酚醛树脂的内增塑作用。
同时，正硫化时间缩短，这从一定程度上也可以解释当一定量萜烯树脂加入C I I R中后T90反而升高的现象。
2.2 萜烯树脂添加量对C I I R硫化胶阻尼性能的影响对不同共混胶进行动态力学性能分析，图2A和2B分别是萜烯树脂不同添加量时CIIR硫化胶在不同测试频率（10、20、30Hz）下和相同测试频率10H z下的损耗因子温度谱；表2总结了萜烯树脂不同添加量的CIIR硫化胶相同测试频率10Hz 下对应的阻尼参数。
由图2A可见，在所研究的频率范围内，测试频率由10H z到30H z逐渐升高，所有样品的损耗因子峰值温度均逐渐升高，损耗因子峰值逐渐提高。
这是因为随着频率越高，高分子的链段运动逐渐跟不上外力的变化，因而内耗增大，即损耗因子峰值提高。
同时，有效阻尼温域Tanδ>0.3[7,8]的温域跨度变化并不明显，这说明我们所制备的CIIR硫化胶不仅具有在较宽的温域图2在不同测试频率下，不同萜烯树脂用量时CIIR硫化胶的损耗因子温度谱（A）；在相同测试频率10Hz下，不同萜烯树脂用量时CIIR硫化胶的损耗因子温度谱（B）；图2B为四种材料在相同测试频率（10H z）下的阻尼性能，共混体系仅出现一个t a n δ峰，且随着萜烯树脂含量的增加，C I I R硫化胶的t a n δ峰依次向高温方向移动，平均每添加10份萜烯树脂向右迁移10℃；有效阻尼温域T a n δ>0.3的跨度随萜烯树脂含量增加而增大，当萜烯树脂含量达到30份时基本无变化；并且其t a n δ峰值随萜烯树脂含量增加先略有降低后逐渐提高（如表2）。
通过调节萜烯树脂添加量不但可以调节阻尼材料的有效阻尼温域范围，还可以增加在相对高温区的阻尼效能，从图2B中表现为TP20、TP30两种材料的阻尼峰值较高，阻尼性能较好。
阻尼因子逐渐增大的原因在于，随萜烯树脂含量增加，交联剂酚醛树脂的相对含量逐渐减表3 相同测试频率10Hz下，萜烯树脂添加量对材料动态力学性能的影响样品编号 Tanδ>0.3的温域跨度（℃）峰位（℃,Tanδ）TP0 (-∞,40) (-30,1.1) TP10 (-∞,50) (-20,1.05) TP20 (-∞,60) (-10,1.2)TP30(-∞,60)(0,1.3)跨度具有良好的阻尼效果，而且还不会随着振动频率的提高而减弱。
小，这使得CIIR硫化胶的硫化程度略有减小，而较大的交联密度会相对地阻碍橡胶大分子链运动；同时交联密度的降低有助于氯化丁基橡胶悬挂链含量的提高和松弛时间的增长，而未交联的分子链和悬挂链是弹性体网络具有阻尼性能的最主要原因，[9-12]这也是CIIR硫化胶阻尼性能随萜烯树脂添加量增多而提高的主要原因。
