丁基橡胶阻尼材料的耐热空气老化性能及老化机理探讨

丁基橡胶阻尼材料的耐热空气老化性能及老化机理探讨

李虹征1 ,杨自祺2

广东信力科技股份有限公司  广东东莞  523000

[摘要]现阶段，人们对于丁基橡胶阻尼材料耐热空气的老化性能层面研究逐渐增多，为能够更进一步了解此类材料耐热空气的老化性能与其机理，本文主要以实验分析方式，对丁基橡胶阻尼材料耐热空气的老化性能与其机理开展实验分析及探讨，仅供参考。

[关键词]阻尼材料；丁基橡胶；空气；耐热；老化机理；老化性能

前言：

伴随丁基橡胶阻尼材料实际应用范围的不断扩大，使用者对其各项性能要求持续提高，尤其是更为关注材料自身耐热空气的老化性能。因而，对丁基橡胶阻尼材料耐热空气的老化性能与其机理开展综合分析较为必要。

1、关于丁基橡胶的概述

丁基橡胶属于无凝胶的一种共聚物，有着良好耐热性、耐气透性、耐候性、耐臭氧性等。IIR，其所具备耐水、电绝缘、耐极性、耐酸耐碱性能等较为良好。IIR分子链当中侧甲基呈密集状排列，蠕虫链类型结构形成，玻璃化的温度周边有次级转变存在，以至于阻尼峰高且宽，内耗峰由-70℃提升为20℃，是属于性能较为优异的一类阻尼材料，在车辆、船舶、飞机等不同机械减震系统装置当中应用的相对广泛[1]。

2、实验分析

2.1材料及仪器选定

此次实验所材料包含着牌号为BP301的IIR，密度为0.92Mg·m-3；牌号为HY-2055的PF树脂，呈线形结构，羟甲基及溴的质量分数各为0.08~0.12、0.038~0.042，软化点是85~95℃，且密度是1.05Mg·m-3；此外，选定硬脂酸、氧化锌、增塑剂DOP等材料；在仪器设备选定层面上，此次主要选定、Q800型号动态化热力学专用分析仪器、Nicolet-5700型号红外线的光谱仪器、kyky2800型号扫描电子式显微镜、CMT-7105型号电子形式万能试验装置、XLB-DC-600×600型号电磁平板式的硫化装置、YX-50型号模压成型装置、SK-160型号开放形式的炼塑装置。

2.2实验方法

2.2.1在制备试样层面

两辊开炼装置上面，添加适量IIR，包辊之后，缓慢地将余下生胶加入进去，室温塑炼之后，依次再将氧化锌、硬脂酸、增塑剂DOP及PF树脂等加入，予以均匀混炼，室温环境当中下割胶、薄通、打三角包，一直到混炼均匀后，便可下片待用；平板硫化装置上面硫化成型，设定硫化条件140℃/10MPa*40min。

2.2.2老化试验层面

依照着硫化橡胶、热塑性类型橡胶处于热空气当中加速老化及耐热试验标准进行试样制备，试样放置到电热鼓风的干燥箱当中，开展热空气的老化试验，设定老化温度65℃。评估计算IIR的阻尼材料实际老化性能，材料处于65℃温度环境当中加速老化约30d后，其性能变化与25℃贮存环境当中1年结果相一致，老化试验操作温度每升高约10℃，该加速老化实际反应速度则提升1倍，加速老化总体时间则减半，落实加速老化实验温度65℃、310d左右等效温度25℃、10年范围内性能测定试验分析。

2.2.3在性能测试及其结构表征层面

拉伸性能，依照着现行标准进行拉伸试样裁制，对拉伸性能开展试验测定，拉伸速率设定500 mm·min-1。依照着硫化橡胶的邵尔A硬度测定试验方法，对邵尔A硬度实施现场测定；依照着实际要求，把试样裁成尺寸为4mm*12mm*3mm条状，借助动态化热力学专用分析仪器开展测试，设单悬臂式，升温速率设定3℃·min-1，频率设定10Hz，测量温度区间设-60～＋100℃；依照着硫化橡胶的溶胀指数现行测定方法，测定IIR阻尼类型材料老化加速前后实际溶胀指数（SI）情况；试样选定液氮低温性质脆断，对表面做好喷金处理，借助SEM来观察样品断面，加速电压设定1～30kV；针对红外光谱现场测定方面，测试采谱整个区间范围设定500～4000cm-l，且分辨率设定4cm3。

2.3结果及分析

2.3.1在交联密度层面

橡胶材料整个老化过程，从属于分子链实现交联及降解这一双重过程，具体情况与橡胶实际种类、具体老化温度及其时间等，均有着密切联系。经测试后了解到，老化发生前后该IIR的阻尼材料实际溶胀指数各为5.70及4.69。那么，通过阻尼材料产生老化情况前后的溶胀指数比较分析后可了解到，老化过后溶胀指数要比老化前低，溶胀指数降低为17.7%，这就表明了经热空气产生老化现象后，该阻尼材料总体交联密度增强，阻尼的减震材料处于热空气当中，受老化作用影响，部分发生二次的交联反应[2]。

2.3.2在物理性能层面

我国现阶段针对于高分子类型材料制品，并无加速老化层面试验统一标准，尤其针对阻尼减震类型材料尚无老化试验统一方法及标准，部分参考着硫化橡胶及热塑性的橡胶处于热空气环境当中加速老化及其耐热试验方法了解到，特定温度环境当中，烘箱内部加速老化和仓库贮存基础条件之下为同等变质机理，高温烘箱内部加速老化现场试验数据之下，能够计算出仓库温度当中实际贮存期。针对于IIR的阻尼减震类型材料开展加速老化测定试验，结合IIR的阻尼材料发生老化情况先后实际物理性能比较分析可了解到，热空气环境当中加速老化情况下，阻尼减震类型材料邵尔A型实际硬度增加5度，拉伸强度平均值增加1MPa，拉伸伸长平均降低约80%，而拉伸永久性变形约提升0.5%，这就表明了力学性能和老化情况产生前后的交联密度呈同等变化。

2.3.3在阻尼性能层面

结合IIR的阻尼材料产生老化情况前后阶段阻尼性能可了解到，经热空气环境当中加速老化，IIR的阻尼材料当中最大的损耗因子呈下降趋势，但这一变化并不明显，最大的损耗因子所对应弹性剪切基础模量则不变，损耗因子≥0.7有效阻尼整个温域不变，整体向着高温区呈移动趋势。经热空气发生老化情况之后，该阻尼材料整体性能降低，但降低趋势并不是较为突出，这就表明了此次所制备IIR的阻尼材料自身耐热性及耐空气的老化性能较为显著。

2.3.4在分子链结构及相态结构层面

加速老化情况产生前后阶段，试样红外光谱图详见图1。从图中显示图像能够了解到，分子链的基团无显著变化产生，这就表明了65℃*310d热空气的老化环境当中，IIR阻尼类型材料呈优良热稳定性。同时，加速老化情况产生前后阶段，材料体系所产生的相互分离情况并不明显。因所制备IIR阻尼类型材料的内部以IIR及酚醛树脂为主要成分，这就表明了IIR的基体材料当中混入酚醛树脂，其和基体材料较长时间受热空气的老化作用影响，共混体系内部IIR及酚醛树脂相态结构会有一定相互分离情况出现。

图1加速老化情况产生前后阶段实际变化情况的红外光谱曲线图

3、结语

综上所述，通过此次围绕着丁基橡胶阻尼材料耐热空气的老化性能与其机理所开展综合分析可了解到，与老化前期比较起来，老化过后溶胀指数相对较低，阻尼材料总体交联密度增强，受老化作用所影响，部分会有二次的交联反应产生；热空气环境当中加速老化情况之下，力学性能和老化情况产生前后的交联密度呈同等变化。IIR的基体材料当中混入酚醛树脂，共混体系内部IIR及酚醛树脂相态结构会有相互分离这一情况出现，由此表明了此次所制备IIR的阻尼材料自身耐热性及耐空气的老化性能较为显著。

参考文献：

[1]王瑞华. 三元乙丙橡胶耐热空气老化性能与高温场高弹本构模型适用性的研究[D]. 青岛科技大学, 2019.

[2]杨魁,李东辉,谭岱云,等.溴化丁基橡胶/顺丁橡胶/C5树脂复合阻尼材料的性能研究[J].橡胶工业,2020,67(2):0109-0113.