丁基橡胶空调阻尼块的制备及性能研究 丁基橡胶空调阻尼块的制备及性能研究 冯俊儒，刘建国 （天津工贸学校，天津，３００１３１） 摘要：通过对不干性丁基橡胶空调阻尼胶的配方、工艺的研究，阐述主体材料、增粘剂、增塑剂、填料的品种及用 量对阻尼胶性能的影响。 关键词：丁基橡胶；聚丁烯；阻尼；不干性 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｃｒ１．１２—１３５０（ｔｑ）．２０１３．０３．００２ １．前言 造出非硫化不干性空调阻尼块。 目前，振动阻尼已成为发达国家的一个热门 研究课题。聚合物力学阻尼材料是一种以聚合物 为基质能消除振动和噪声的功能材料。作为新发 展起来的一种新型吸振材料，它能防止或减轻机 械振动对部件的破坏，已被广泛应用于火箭、导 弹、人造卫星、精密机床、精密仪器以及建筑防 震等领域。 ２ ３ ２．丁基阻尼胶块制备 丁基阻尼胶块有一层离型纸及一层保护塑料 薄膜，其中离型纸应易撕离，不粘附，方便使用。 如图１所示。 丁基橡胶（ＩＩＲ）空调阻尼块是一种非硫化型 软质粘性的块状橡胶制品，是一般空调器及汽车 必不可少的配件，它作为减振垫在空调器运行过 图１丁基阻尼胶块断面图 １一ＰＥ膜；２一阻尼胶；３～离型纸 程中能起到减少或消除发动机振动等作用。国内 空调机生产厂家大多利用该产品降低空调主机内 铜管在压缩机运转时产生的噪音。机台运转时铜 管的温度为．１５℃～ｌｌ０℃，在阻尼胶中使用丁基 再生橡胶可以有效降低生产成本。本研究工作在 分析聚合物阻尼机理的基础上，采用丁基橡胶、 丁基再生胶与聚丁烯共混，添加各种配合剂，制 ２．１丁基阻尼胶的主要原料 ２．１．１主体材料的选择 主体材料选择丁基橡胶ＩＩＲ与丁基再生胶并 用。 丁基橡胶由主要单体异丁烯和少量辅助单体 异戊二烯共聚而成，是一种线型高分子共聚物， 作者简介：冯俊儒（１９８５一），男，毕业于天津师 范大学，从事高分子物理化学的教学及相关科研工作。 分子链段上仅含少量不饱和键，分子排列紧密， 使其具有优良的密封性、耐臭氧、耐候性。它能 防水、抗氧化、抗化学老化、抗龟裂，具有良好 橡塑资源利用 的紫外线稳定性，并有吸振、电绝缘性能。它 良好的延展性、粘弹性、初粘性，抗撕裂性能、 永久粘合性；是阻尼胶的一个重要成分。 Ｃ５树脂是一种石油树脂，又称脂肪烃树脂。 具有良好的增粘性、耐热性、耐水性、耐酸碱性， 的长链大分子结构使其对玻璃、橡胶等多种材料 具有良好的粘附力。丁基橡胶分子链上有很多侧 甲基，弹性滞后较大，有明显的耗能作用，具有 优异的阻尼、吸音、减振功能，是理想的阻尼橡 胶。 是阻尼胶的理想的增粘剂。 ２．１．３软化剂的选择 软化剂选择环烷油。 丁基再生橡胶价格低廉，基本保持了丁基橡 胶的大部分优良性能，具有阻尼减振性能、极低 的气透性、耐热性、耐候性、抗臭氧性、耐酸、 为了提高丁基橡胶的相容性，增加填料的用 量，减少其它增粘树脂的用量，降低产品成本， 调节阻尼胶的针入度，适量加入软化剂以满足阻 尼胶性能要求。 环烷油具有高溶解力，优异的低温性能，与 耐碱、耐极性溶剂、低的吸水性和优良的电性能。 ２．１．２增粘剂的选择 增粘剂选择聚丁烯（ＰＢ）、Ｃ 树脂。 丁基橡胶本身具有一定的粘附性，但粘附力 达不到使用要求。为了调节阻尼胶的综合性能， 在配方中要加入一定量的增粘剂，以改善胶块对 某些树脂及聚合物优良的兼容性，与橡胶的良好 增塑性。 ２．１．４填充剂的选择 填充剂选择陶土、滑石粉。 在丁基阻尼胶中加入适当填料可以增加胶的 被粘接材料的表面湿润，提高粘附性，同时改善 胶的流变性。 聚丁烯是以异丁烯为主和少量正丁烯共聚而 成，其结构几乎都是长链，并且具有一个双键的 单烯烃。低分子量聚丁烯为无色、无味、无毒的 粘稠物体，与绝大多数烃类聚合物及有机物质相 容性极好；对水的渗透性很低；耐候性、耐热性、 稠度，减小冷流性，提高触变性和耐热性，减小 体积收缩率，又能降低成本。 陶土具有抗冻融性、抗光污染性、良好的吸 音性、良好的透气及透水性、良好的耐风化及耐 腐蚀性。 抗老化性、抗氧化性、抗紫外线、化学性能稳定； 表１ 丁基阻尼胶的基本配方 原料组分（牌号） 丁基橡胶ＩＩＲ（１７５１） 丁基再生橡胶 聚丁烯ＰＢ（分子量２４００） Ｃ５树脂 环烷油 配比（％） ５０ ５Ｏ ２Ｏ～５０ １０～３０ ２０～７０ 陶土 滑石粉 其它配合剂 ｌ００～４００ １００～２００ 若干 ．８． 丁基橡胶空调阻尼块的制备及性能研究 滑石粉主要成分是含水的硅酸镁。具有润滑 性、抗粘、助流、耐火性、抗酸性、绝缘性、熔 （１７５１）并用丁基再生胶为主体，配合一定比例 的聚丁烯（ＰＢ）、Ｃ５树脂、环烷油、陶土及滑石 粉，分别起增粘、软化和填充功用，其它配合剂 有防老剂等。 ２．３丁基阻尼胶块生产 点高、化学性不活泼、遮盖力良好、柔软、光泽 好、吸附力强等优良特性。 ２．２阻尼胶基本配方 阻尼胶基本配方见表ｌ：以丁基橡胶ＩＩＲ ２．３．１丁基阻尼胶块生产工艺流程： 匝 臣 匡 圈 匝 圈 ２．３．２丁基阻尼胶块生产设备 器厂对阻尼块提出的性能指标有所不同。主要性 橡胶切胶机、密闭式炼胶机、捏合机、挤出 成型裁断～体机等。 ２．３．３丁基阻尼胶块生产方法 能要求见表２。 ３．结果与讨论 首先将丁基橡胶和丁基再生胶在切胶机上进 行切胶，然后按表１配方称量各种原材料。将丁 基橡胶、丁基再生胶和少量的配合剂在密炼机进 行混炼，制得丁基母胶。再将母胶与剩余的配合 剂在捏合机中进行混合，捏合机混炼温度控制在 １２０～１４０℃，时间约３０ｍｉｎ。混炼完成后，用捏合 机自带的螺杆挤出滤胶，制得丁基阻尼混炼胶。 最后将丁基阻尼混炼胶用挤出机成型裁断一体 机，挤出成型为一定规格尺寸丁基阻尼胶块。待 丁基阻尼胶块冷至室温，检验合格后，即可包装 入库。 从本制品的组成、测试结果和试用情况表明， 丁基阻尼胶块无毒、无刺激性气味、低成本，具 有不干性及自粘性，长期使用能保持最初物性， 其主要性能符合产品性能指标及使用需求。 ３．１初粘性与配方的关系 物体和防振胶粘性面之间以微小压力发生短 暂接触，防振胶对物体的粘附作用，称为初粘性。 测量阻尼块初粘性应按６Ｂ／Ｔ４８５２规定进行。初粘 性测试仪工作原理：采用斜面滚球法，通过钢球 和阻尼块试样粘性面之间以微小压力发生短暂接 触时，以阻尼块对钢球的粘附作用表征试样初粘 性。阻尼块初粘性测量方法如图２所示。 ２．４丁基阻尼胶块检验 按国家标准检测丁基阻尼胶块，不同的空调 一９． 橡塑资源利用 外观颜色要求为黑色；表面平整、光滑、 外观要求 无杂质、不含异物、手摸无明显油渍；离 型纸应易撕离，不粘附。 密度 １．６０ ｇ／ｃｍ￣ 自然光下目视 用排水法或称重计算法。 初粘性按ＧＢ／Ｔ４８５２规定测量。持粘性：将样品粘贴于铜管 上，水平和垂直放置２４小时后，粘贴牢固，均无起翘、开 口、位移、流挂等不良现象。 初粘性及持 粘性 室温下不小于２Ｏ＃球。实物粘贴无起翘、 开口、位移、流挂等不良现象。 耐热性 １４０￣Ｃ×４ｈ表面无硬化、无龟裂、不断裂， 将样品宽边对折粘贴于铜管上，水平和垂直放置于恒温箱 试验过程无冒烟等异常现象，试验后对折 中，于１４０±２℃保持９６ｈ后取出，冷却至室温后，用游标 接合部分及与铜管粘接部分不容易分离； １４０℃×９６ｈ下垂度≤５．Ｏｌｎｌｌｌ。 卡尺测量试样的下垂度，观察试样表面状态。 耐酸、碱性４０ｈ表面应无裂纹、膨胀及溶解等现象。 将样品分别置于５％的硫酸液和５％的氢氧化钠溶液中浸泡。 目测。 针入度 ７Ｏ±１０。 按ＧＢ／４５０９测定。 将两块试样紧绕在铜管上，置于２５±５￣Ｃ的清水中保持 铜腐蚀性 铜管表面应无腐蚀和裂纹产生。 ７２ｈ，再放入ｉ００±２￣Ｃ的恒温箱中，保持７２ｈ后取出，冷 却至室温后去掉试样，观察铜管与试样接触处受腐蚀情况。 用放大镜检查铜管表面。 用试片将试样夹住，在压力机将其压缩到３ｍｍ，保持Ｉｍｉｎ 剪断粘接力 ￣２９ＫＰａ。 后解除压力，清除被挤出的试片余料，放置Ｉ小时后，用 ２００ｍｍ／ｍｉｎ速度测试剪断粘接力。 剥离强度 不小于１２Ｎ／２５ｍｍ；或大于材料的破损强度。 在室温条件下参照ＧＢ／Ｔ２７９０规定进行。 图２阻尼块初粘性测量示意图 图３针入度专用试杯 一１０一 丁基橡胶空调阻尼块的制备及性能研究 阻尼块初粘性与其配方中主体材料、增粘剂、 软化剂及阻尼胶的针入度有关。 主体材料分子链越柔顺，其表面浸润能力越 ３．３耐热性与配方的关系 耐热性是阻尼块的重要性能指标。作为阻尼 块的主体材料，丁基橡胶不饱和度很低，而聚丁 烯为饱和聚合物，加上二者分子链的不活泼性， 使丁基橡胶和聚丁烯具有优异的耐热和抗氧化性 能。所用填料也不会降低阻尼块的耐热性。软化 强，则其粘合力和初粘性就越好。 增粘剂可采用聚丁烯，它是一种稳定的合成 不干性油，具有不同的分子质量和粘度、较好的 相容性和永久粘合性，可提高胶的粘合性和粘接 力。 剂是影响阻尼块耐热性的主要因素，因为软化剂 在阻尼块中用量较大，且本身的分子量较低，并 含有一定量的不饱和基团或易挥发的杂质，在受 热时会氧化分解、挥发，阻尼块表面就会出现硬 软化剂直接影响阻尼胶的初粘性，软化剂的 品种及用量决定针入度大小。软化剂用量过大， 针入度增加，初粘性和粘接力变差；软化剂用量 过小，针入度降低，初粘性也变差；合适用量的 软化剂，针入度在５０～８０，初粘性最佳。 ３．２针入度与配方的关系 在规定的温度、负荷和时间条件下，标准针 垂直进入试样的深度即为针入度。阻尼块这类非 硫化型软质粘性无定型橡胶制品，针入度比邵尔 Ａ型硬度能更敏感地反映出试样的软硬程度。 测量阻尼块按ＧＢ／Ｔ４５０９（沥青针入度测定 法）规定进行。针入度测定方法：取一定量试样 置于专用的容器里，如图３所示，然后用手用力 化、干裂现象。在阻尼配方中，选择适量的主体 材料、软化剂和填充剂，可以满足阻尼胶耐热性 能要求。 ３．４耐酸、碱性与配方的关系 耐酸、碱性也是阻尼块的重要性能指标。耐 酸、碱性测定方法：将阻尼块１００ｍｍＸ ５０ｍｍ× （试样厚度）分别置于５％的硫酸液和５％的氢氧 化钠溶液中浸泡。目测耐酸、碱性：阻尼块表面 应无裂纹、膨胀及溶解等现象。 耐酸、碱性与阻尼胶配方中的含胶率及填充 ．的品种有关。阻尼胶含胶率过低，耐酸碱性能 费求。填充剂的品种直接决定耐酸碱性能， ＿滑石粉基本能满足阻尼胶耐酸、碱性。 ３。５剪断粘接力与配方的关系 接力是衡量阻尼块在压缩条件下粘性 压缩试样至与容器的沿口平齐，保持２ｍｉｎ后解除 压力，将试样在室温２３℃．４－２￣Ｃ环境下放置２ｈ后， 用针入度仪进行检测，针入的重量为５０ｇ，针入的 时间为５ｓ。 针入度与阻尼胶配方中软化剂、填充剂的品 ～．标。剪断粘接力测定方法：试片规格１４０ｍｍ 种和用量有密切关系，而聚丁烯虽然对丁基橡胶 有软化作用，但效果不明显。阻尼胶的针入度大 小随着软化剂、填充剂用量变化而变化。软化剂 用用量增加，阻尼胶的针入度变大；填充剂用量 增加，阻尼胶的针入度相应降低。针入度的变化， Ｘ １００ｍｍＸ ３ｍｍ（４５ 钢），用试片将１００ｍｍ× ５０ｍｍ×５ｍｍ试样夹住（见图４），在压力机将其 压缩到３ｍｍ，保持ｌｍｉｎ后解除压力，清除被挤 出的试片余料，放置１小时后，按图５的方式， 用２００ｍｍ／ｍｉｎ 度测试剪断粘接力。 也影响阻尼胶的耐热老化性能。 剪断粘接力（ＫＰａ）＝垄力Ｆ（Ｎ）．×１０ ｓ。 接面嘞 ）Ｊ 橡塑资源利用 图４ ５ 在一定针入度情况下，影响粘接拉伸剪切强 度的主要因素是阻尼胶中聚丁烯和Ｃ 的用量。 聚丁烯本身分子结构的完全不定形性决定了 它是非硫化型粘性阻尼材料理想的永久性增粘 阻尼块性能要求，并制备密度为１．６ｇ／ｃｍ 的阻尼 块，其胶料指导性生产配方为：丁基橡胶ＩＩＲ （１７５１）５０；再生ＩＩＲ５０；ＰＢ２０￣４０；防老剂２； 陶土、滑石粉ｔ００～３００；环烷油１０￣３０；Ｃ５ ｌ０～ 剂。Ｃｓ与丁基橡胶等相容性好，具有良好的增粘 性。ＰＢ选用３０份左右、Ｃ 选用１５份左右，阻尼 胶的粘接拉伸剪切强度、针入度符合性能要求。 ＰＢ和Ｃ 用量大，粘接拉伸剪切强度大，但阻尼 块的粘性过大，对混炼和挤出加工不利。 ３．６密度与配方的关系 阻尼块用于空调器的不同部位，对其密度有 不同的要求，一般在１．１～２．８ ｇ／ｃｍ 范围内。同 ２０；其它配合剂１０。 ４．结语 按照“美的”家用空调器用阻尼块技术标准， 对所研制的阻尼块的性能进行测试表明，这种低 成本丁基空调阻尼块性能全部合格。 本文只是对常见的空调器用阻尼块胶料配方 进行研究总结。由于每个空调器厂对阻尼块的性 能要求不尽相同，在确定胶料配方时必须根据产 品具体要求进行试验。希望本文能对空调用阻尼 块等类似制品的研制与生产提供参考。 其它橡胶制品一样，密度可通过使用不同密度的 填料及其填充量来调节。 综合上述性能与配方关系的分析，为了满足 参考文献： ［１］谢遂志主编．橡胶工业手册．修订版．第一一分册：生胶 ［４］王强华．粘接．２００２，２３（４）１６． ［５］陈福林等．橡胶工业．１９９７，４４（３）１５６． 与骨架材料．北京：化学工业出版社，１９８９． ［２］王梦蛟主编．橡胶工业手册．修订版．第二分册：配合 剂．北京：化学工业出版社，１９８９． ［３］王旭东等．玻璃．２００８，１９６（１）４８． ［６］何显儒等．合成橡胶工业．２００３，２６（３）１８１ 收稿日期：２０１３—４—２５ 一１２．
