一種可快速施工的減振阻尼產(chǎn)品開發(fā)研究

張淑玲

(廣東邦達實業(yè)有限公司，廣東 中山 528455)

一種可快速施工的減振阻尼產(chǎn)品開發(fā)研究

張淑玲

(廣東邦達實業(yè)有限公司，廣東 中山 528455)

研究一種便于施工的自粘型減振阻尼產(chǎn)品，分析了不同的改性樹脂對阻尼材料溫度特性的影響，并研究了增粘樹脂對阻尼材料剝離強度的作用。通過研究可知，調(diào)整改性樹脂及增粘樹脂至一個合適的用量時可制得綜合性能優(yōu)良的減振阻尼產(chǎn)品。

減振阻尼；自粘性；快速施工；損耗因數(shù)

在當(dāng)今生產(chǎn)及生活中，系統(tǒng)非預(yù)期的振動及振動產(chǎn)生的噪聲的抑制是個重要的課題。振動控制中常用的方法是改變剛度和質(zhì)量以避免共振，采用隔振器以減少振動的傳遞，采用動力吸振器吸收部分的振動能量等。但是在無法改變結(jié)構(gòu)和無法采用隔振器、動力吸振器的場合，尤其是薄板結(jié)構(gòu)及寬頻帶隨機激勵等場合，則采用增加部件或結(jié)構(gòu)的阻尼來控制振動并減少噪聲。

一般金屬結(jié)構(gòu)的損耗因子很小，因此增加部件或系統(tǒng)的阻尼，最方便有效的方法是在部件表面粘貼粘彈性高阻尼材料。目前常用的阻尼橡膠一般需經(jīng)硫化(交聯(lián))工序，生產(chǎn)周期長成本高，需通過膠粘劑或其它方式安裝于需減振處，使用不便。

例如李洪林在《瀝青阻尼材料在汽車上的應(yīng)用與發(fā)展》中提到一類應(yīng)用于汽車車身減振的熱熔型瀝青減振片[1]，該類產(chǎn)品的施工工藝需將減振片與車身、底盤等部件一同置于約135℃的烘房中烘烤45min以上后粘貼成型，施工過程需高溫且時間較長。該類型的減振墊只適合于整車廠使用，同時該類型減振片以瀝青為主材，在施工及應(yīng)用過程中會逐漸釋放對人體有害的成份，環(huán)保性能不良。

又如在發(fā)明專利CN201110029590中提到一種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電高塔的阻尼減振裝置[2]，其中用于減振的粘彈材料需通過硫化的方式與內(nèi)外鋼板相連，加工工藝復(fù)雜成本較高。

因此研發(fā)一種可應(yīng)用方式簡便同時具有高阻尼效果的減振阻尼材料及產(chǎn)品，具有極大的市場應(yīng)用空間。經(jīng)過市場調(diào)研數(shù)據(jù)分析及前期我們進行的相關(guān)研究的數(shù)據(jù)積累，此次我們設(shè)定開發(fā)目標(biāo)為一種可快速施工的新型阻尼產(chǎn)品，該產(chǎn)品主要目標(biāo)特性是：主要針對常溫下應(yīng)用的場所，在常溫下具有較高的阻尼值；產(chǎn)品具有一定的可塑性，可自由應(yīng)用于各種規(guī)則或不規(guī)則的工件表面，例如異形銅管，具有特定形狀的洗衣機、微波爐等家用電器的鈑金件等；該減振材料本體具有優(yōu)良自粘性，在常溫下可直接通過材料的自粘性良好粘貼于需減振的工件上并能起到良好的減振效果。

目前，粘彈性阻尼材料仍以橡膠型基材為主，其中丁基橡膠由于分子鏈上帶有許多側(cè)甲基，彈性滯后較大，有明顯的阻尼作用。在常溫條件下，丁基橡膠具有較高的損耗系數(shù)，例如如天然橡膠相比兩者損耗數(shù)據(jù)如表1[3]。

表1 丁基橡膠與天然橡膠損耗數(shù)據(jù)對比

因此本次開發(fā)以丁基橡膠為主要基材并經(jīng)過配方改性以提供預(yù)期的阻尼材料。

1 實驗及測試

1.1 原材料

丁基橡膠，北京燕山石化；增粘樹脂，自制；改性樹脂，自制；補強劑、軟化油、阻燃劑、防老劑等其它助劑均為市售。

1.2 主要儀器設(shè)備

密煉機，55 L，上海威福星；開放式煉膠機，XK-250，青島雙星橡塑機械有限公司；橡膠冷喂料銷釘擠出機，120-10D，上海橡膠廠。

八通道24位數(shù)據(jù)采集儀，江蘇東華測試；非接觸性傳感器，丹麥B&K。萬能材料試驗機，濟南華興。

1.3 試樣制備

將丁基橡膠及部分助劑于密煉機內(nèi)捏煉成型后，于開煉機上依次加入各種助劑、填料后薄通10遍出料，在擠出機上擠出試樣。

1.4 性能測試

表征材料阻尼特性的主要特性為損耗系數(shù)或損耗因數(shù)，本次開發(fā)的材料及產(chǎn)品目標(biāo)是應(yīng)用于薄壁結(jié)構(gòu)減振，阻尼材料的應(yīng)用方式為自由層或約束層減振。對于這類方式減振應(yīng)用的阻尼效果，我們按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16406-1996《聲學(xué) 聲學(xué)材料阻尼性能的彎曲共振測試方法》的要求進行測試并分析[4]。該標(biāo)準(zhǔn)參照引用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 6721-3-1994《塑料—動態(tài)力學(xué)特性測量—第3部分；彎曲振動-共振曲線法》及美國材料與試驗學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM E756-83《測量材料振動阻尼性能的標(biāo)準(zhǔn)方法》制定的，該測試標(biāo)準(zhǔn)在汽車行業(yè)等廣泛應(yīng)用，按此標(biāo)準(zhǔn)測試的數(shù)據(jù)具有廣泛的應(yīng)用性及可比對性。測試條件為掃描頻率10～1000 Hz，試樣厚度2 mm，金屬基板厚度1 mm，懸臂梁法，測試溫度-20～80℃。

2 結(jié)果與討論

基本配方如下：丁基橡膠 100份；重晶石粉 200份；增粘樹脂 變量；改性樹脂 變量；氫氧化鋁 250份；協(xié)同阻燃劑 25份；輕質(zhì)碳酸鈣 100份；補強纖維 3份；低分子軟化油 適量；防老劑 2份；其它。

經(jīng)混煉、擠出成型后制得的減振阻尼片材，材料的基本特性測試結(jié)果如下：燃燒性能符合GB 8410的要求，比重1.7，初粘性32#球，拉伸強度大于50kPa，剝離強度大于 19N/25 mm，120℃下無流動。

2.1 聚合物的阻尼機理

高分子材料形變性質(zhì)的重要特征是粘彈性，高分子材料的阻尼作用機理直接與高聚物的動態(tài)力學(xué)松馳性質(zhì)相關(guān)，聚合物的拉伸-回縮循環(huán)變化均需克服高分子鏈段間內(nèi)摩擦阻力而產(chǎn)生內(nèi)耗從而將機械能轉(zhuǎn)化為熱能產(chǎn)生阻尼特性。作為減振的阻尼橡膠，其減振效果與橡膠的阻尼性能密切相關(guān)。如圖1所示，高聚物由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)時，在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度附近具有較大的阻尼[5-7]。根據(jù)阻尼材料應(yīng)用的溫度范圍選擇具有合適的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的高分子材料為基材開發(fā)相應(yīng)的的阻尼材料，可具有較高的損耗系數(shù)[8]。

圖1 貯能模量與損耗因子隨溫度變化曲線Fig.1 The curves of tanδ and Loss Modulus-Temperature

本次擬開發(fā)的產(chǎn)品應(yīng)用溫度范圍是在常溫，然而玻璃化轉(zhuǎn)變位于常溫下的高分子材料的其它物理特性并不理想，體現(xiàn)為溫度略低時材料變硬發(fā)脆，不能滿足之前設(shè)定的易施工等特性。因而需通過選用其它合適的高聚物為主體并通過改性來提高材料的綜合性能。我們選定了丁基材料為主體材料，按前述基礎(chǔ)配方所制得的樣品按GB/T 16406 懸臂梁法所測得的損耗因數(shù)-溫度曲線如圖2。

圖2 丁基橡膠阻尼材料(自由層阻尼)損耗因數(shù)-溫度曲線

Fig.2 IIR damping materials(Free layer damping)Loss factor -Temperature

從測試數(shù)據(jù)可見，由于丁基橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度很低，因而以丁基橡膠為主材直接制得阻尼材料在常溫下的損耗因數(shù)很低，不能體現(xiàn)出良好的減振效果。需要通過材料改性及結(jié)構(gòu)設(shè)計等方式提高常溫下的損耗因數(shù)。

2.2 改性樹脂對阻尼溫度特性的影響

由于市場上沒有找到符合我們要求的改性樹脂，我們自行合成了幾種改性樹脂并研究了加入改性樹脂后丁基橡膠減振材料的阻尼特性發(fā)生的改變，如圖3所示。

圖3 丁基橡膠 + 改性樹脂 損耗因數(shù)-溫度曲線Fig.3 IIR Adding modified resin Loss factor -Temperature

從測試結(jié)果可見，加入合適的改性樹脂，可明顯改變丁基橡膠減振材料的阻尼特性。加入單一種改性樹脂時可在某點溫度點上獲得較高的損耗因數(shù)，但所呈現(xiàn)的峰值較陡而窄，其溫度特性并不理想。同時并入兩種改性樹脂后損耗因數(shù)峰值下降但寬度有所增加，所制得的減振材料阻尼特性較為理想。

曾有報道稱通過調(diào)整軟化油等方式可將原損耗因數(shù)-溫度峰值進行調(diào)整偏移至需要的溫度，但我們此次的試驗發(fā)現(xiàn)，增加軟化油會相當(dāng)于在原阻尼材料中增添了雜質(zhì)，實際測試的數(shù)據(jù)表明峰值溫度不會有明顯的改變而峰值數(shù)據(jù)會明顯下降。但加入軟化油可調(diào)整材料的施工性等其它特性，因此適當(dāng)?shù)能浕偷忍盍先允潜匦璧?。相似的，增加適當(dāng)?shù)难a強材料可將峰值數(shù)據(jù)提高但峰值溫度也不會有明顯的改變。

2.3 增粘樹脂的作用

本次試驗選用不同軟化點的不同類型增粘樹脂，增粘樹脂主要作用是提高減振材料的自粘性能，我們通過測試樣品的180°剝離強度進行比對。幾種增粘樹脂的作用如表2。從測試結(jié)果看增粘樹脂可明顯提高樣品的剝離強度，而幾種增粘樹脂對樣品的粘性所產(chǎn)生的影響是相近似的，因此實際配方中可根據(jù)最終材料的綜合特性及成本、加工工藝因素來選用合適的增粘樹脂。

表2 增粘樹脂類型對材料剝離性能的影響Table 2 Influence of the types of tackifier on the peeling properties of materials

3 結(jié)語

丁基橡膠具有較高的損耗因數(shù)，但因其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，在常溫下直接應(yīng)用丁基橡膠減振材料的損耗因數(shù)并不能達到預(yù)期的結(jié)果，需通過并用合適的改性樹脂提高常溫下的阻尼效果。并用單一的改性樹脂可獲得某個溫度點下較高的損耗因數(shù)，但其溫度曲線較陡，并用多個改性樹脂后阻尼溫度曲線峰值較寬但最大值降低，因此可根據(jù)實際應(yīng)用的溫度及期望的阻尼效果來決定最終的配方。

丁基橡膠本身具有一定的自粘性但不足夠，丁基減振材料需通過并用適當(dāng)?shù)脑稣硺渲源蠓嵘a(chǎn)品的自粘性以達到便于施工的目標(biāo)。

[1] 李洪林.瀝青阻尼汽車上的應(yīng)用與發(fā)展[J].汽車技術(shù)，2003(12): 34-37.

[2] 李 杰,張自立,陳建兵,等.阻尼減振裝置及使用該裝置的風(fēng)力發(fā)電高塔:CN,201110029590[P].2013-02-13.

[3] 梁星宇,周木英.橡膠工業(yè)手冊修訂版第三分冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998.

[4] 全國聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 16406-1996聲學(xué) 聲學(xué)材料阻尼性能的彎曲共振測試方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996.

[5] 高 東,唐治安,李朝旭.粘彈阻尼減振技術(shù)的工程應(yīng)用[J].電子機械工程,2001,17(6):39-42.

[6] 楊亦權(quán),杜 淼,鄭 強.新型高聚物阻尼材料研究進展[J].功能材料,2002,33(3):234-236.

[7] 丁國芳,石耀剛,張長生,等.丁基橡膠阻尼材料阻尼行為的研究[J].功能材料,2004,35(z1):2233-2236.

[8] 常冠軍.粘彈性阻尼材料[M].北京:國防工業(yè)出版社,2012.

(本文文獻格式：張淑玲.一種可快速施工的減振阻尼產(chǎn)品開發(fā)研究[J].山東化工,2017,46(15):12-14.)

Study on a Rapidly Operated Vibration Damping Products

ZhangShuling

(Bonderra Industries Co.,Ltd.,Zhongshan 528455,China)

A damping product is studied for the application of rapid construction.On the temperature characteristics of damping materials,the influence of different modified resins was analyzed.The effect of tackifier on the peel strength of damping materials was studied.Through the research,we can see that when adjusting the modified resin and tackifier to a suitable dosage,the damping products with good comprehensive performance can be obtained.

vibration damping;self adhesion;rapid construction;loss factor

2017-07-10

張淑玲(1964—)，女，天津人，研究生，主要研究方向：高分子化工材料。

TQ330.1

A

1008-021X(2017)15-0012-03