硅橡膠阻尼材料論文

　　硅橡膠阻尼材料

　　一．硅橡膠特點(diǎn)

　　硅橡膠是以—Si—O—Si—為主鏈，通過硅原子與有機(jī)基團(tuán)組成側(cè)鏈的高分子彈性體。側(cè)基為有機(jī)基團(tuán)。因其鍵角大、取向自由度大，柔順性好，所以具有卓越的耐低溫性能；因其鍵能大（422.5kJ／mol），所以耐高溫性能好［1］。其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低（-70~-140℃），室溫附近其性能變化小，而硅氧鍵的結(jié)構(gòu)使其在較寬的溫度范圍（-50~200℃）內(nèi)力學(xué)性能較穩(wěn)定

　　二．硅橡膠阻尼材料

　　1.阻尼材料

　　將固體機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏�耗散的材料，主要用于振�?dòng)和噪聲控制。材料的阻尼性能可根據(jù)它耗散振動(dòng)能的能力來衡量，評(píng)價(jià)阻尼大小的標(biāo)準(zhǔn)是阻尼系數(shù)。導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭和飛機(jī)在飛行時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作和氣動(dòng)噪聲等原因，會(huì)引起嚴(yán)重的寬頻帶隨機(jī)振動(dòng)和噪聲環(huán)境，還會(huì)激發(fā)結(jié)構(gòu)和電子控制儀器系統(tǒng)眾多的共振峰，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞失效和動(dòng)態(tài)失穩(wěn)，使電子控制儀器精度降低以至發(fā)生故障。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，火箭的地面和飛行試驗(yàn)故障約有三分之一與振動(dòng)有關(guān)，而結(jié)構(gòu)材料的阻尼性能不佳是造成這類故障的一個(gè)重要原因。為了提高結(jié)構(gòu)的阻尼性能，可將結(jié)構(gòu)材料和阻尼材料組合成復(fù)合材料，即由結(jié)構(gòu)材料承受應(yīng)力，阻尼材料產(chǎn)生阻尼作用，以達(dá)到控制振動(dòng)和降低噪聲的目的。

　　2.高分子材料的阻尼原理

　　高聚物在交變應(yīng)力的作用下，由于其特有的粘彈性，形變的變化落后于應(yīng)力的變化，發(fā)生滯后現(xiàn)象，有一部分功以熱或其他形式消耗掉。這樣就形成阻尼。在玻璃化溫度以下，高聚物在外力作用下的形變主要是由鍵長、鍵角的改變引起的小形變，即彈性形變，速度很快幾乎完全跟得上應(yīng)力的變化，因此阻尼小；在高彈態(tài)時(shí)，由于鏈段運(yùn)動(dòng)比較自由，內(nèi)耗也小。在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域向高彈態(tài)過渡時(shí)，當(dāng)應(yīng)力以適中的頻率作用于高聚物，由于鏈段開始運(yùn)動(dòng)，而體系的粘度還很大，鏈段受到的摩擦阻力比較大，形變落后與應(yīng)力變化，阻尼較大。通用型阻尼材料要求至少有60~80℃這樣寬廣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，為了加寬玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍，可以在高聚物的側(cè)鏈上引入大體積的苯基，或用阻尼系數(shù)高的聚合物作為基材，和另一種玻璃化溫度與之相差幾十度的聚合物共混、共聚，來達(dá)到擴(kuò)大阻尼溫度區(qū)域及滿足其他需求的目的。

　　3.硅橡膠阻尼材料合成

　�。�1）過程：將低苯基硅橡膠生膠置于雙輥煉膠機(jī)上，包輥后同時(shí)加入阻尼劑（阻尼劑DA-1，DA-2，DA-3聯(lián)用）和炭黑，再加入硫化劑雙“2，5”（CP，江蘇太倉化工廠），薄膜出片。膠料在壓力成型機(jī)上進(jìn)行一段硫化，在烘箱中進(jìn)行二段硫化。

　�。�2）工藝流程圖

　　4.硅橡膠阻尼材料分類

　　（1）填充硅橡膠阻尼材料

　　這是制備阻尼硅橡膠最常用的方法，通常以具有阻尼效應(yīng)的片狀填料如云母、石墨、蛭石等與白炭黑并用作為硅橡膠的填料，白炭黑主要起增強(qiáng)作用，同時(shí)硅橡膠與其他高分子材料并用可得到較好的阻尼效果，對(duì)填料云母作為填料可獲得較好的阻尼性能。

　�。�2）聚硅氧烷-丁基橡膠阻尼材料

　　丁基橡膠硫化膠玻璃化溫度為-70℃，阻尼區(qū)較窄，在低溫區(qū)具有較好的阻尼性能，具有低透氣性和高減震性，對(duì)熱、臭氧和化學(xué)樣品有良好的抗耐性。與硅橡膠并用，由于硅橡膠的玻璃化溫度也較低，為-120℃，故在低溫區(qū)的阻尼性能較好。對(duì)丁基橡膠和某些樹脂組成的共混體系混溶性較好，且共混體系Tg與樹脂用量之間存在定量關(guān)系，通過配方調(diào)整得到一系列阻尼溫度范圍寬，阻尼值高，而且阻尼性能穩(wěn)定的阻尼材料。

　　（3）硅橡膠-丙烯酸酯阻尼材料

　　聚丙烯酸酯的力學(xué)性能和阻尼性能俱佳，與硅橡膠共混、接枝共聚或形成IPN結(jié)構(gòu)，可拓寬聚丙烯酸酯的阻尼溫域，提高硅橡膠的阻尼值和力學(xué)性能，獲得一種性能優(yōu)異的阻尼材料。

　�。�4）聚硅氧烷-三元乙丙橡膠阻尼材料

　�。�5）聚硅氧烷-聚氨酯阻尼材料

　　聚氨酯具有良好的耐磨性、耐油性、耐臭氧性，機(jī)械強(qiáng)度較高，可彌補(bǔ)硅橡膠不耐磨、力學(xué)強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，是最早作為阻尼材料應(yīng)用的高分子材料。一般是將聚氨酯和環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯等形成IPN結(jié)構(gòu)，由于二者溶解度參數(shù)相差較小，具有部分相容性，阻尼性能好。

　　三．工程應(yīng)用

　　衛(wèi)星在與運(yùn)載火箭分離工程中會(huì)產(chǎn)生劇烈的沖擊與振動(dòng)，在陀螺系統(tǒng)中設(shè)計(jì)安裝高阻尼硅橡膠減振器，可以使動(dòng)調(diào)陀螺儀及陀螺系統(tǒng)免受劇烈機(jī)械振動(dòng)的影響。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 孫全吉等 高阻尼硅橡膠的制備 有機(jī)硅材料 2005.8

　　[2] 滿忠標(biāo)等 硅橡膠阻尼材料研究進(jìn)展 世界橡膠工業(yè) Jan.2013 Vol.40No.1:15~19

　　[3] 熊美，唐宏亮 高阻尼硅橡膠材料的工程應(yīng)用 新技術(shù)新工藝*熱加工工藝技術(shù)與材料研究 2010年第6期

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