SIDISTAR? R300在改善橡膠減震襯套動(dòng)靜剛度比中的應(yīng)用
摘 要 AUTO--REVIEW
通過(guò)對(duì)在減震橡膠配方中添加納米級(jí)無(wú)機(jī)材料SIDISTAR® R300配合實(shí)驗(yàn)，采用試驗(yàn)法考察膠料的焦燒性能、硫化儀性能以及膠料的物理機(jī)械性能的改變，并對(duì)該膠料的橡膠減震襯套與普通膠料進(jìn)行性能對(duì)比，表明使用了納米級(jí)SIDISTAR® R300的膠料所硫化的減震產(chǎn)品性能符合使用要求，動(dòng)靜比有明顯的改善。
關(guān)鍵詞： SIDISTAR® R300、減震、動(dòng)靜比、納米
橡膠是一種伸縮彈性?xún)?yōu)異的高分子材料，廣泛用于汽車(chē)輪胎、減震、膠帶、膠管、密封件等的制造，已有近百年的歷史。
橡膠減震襯套是橡膠和金屬兩種不同性質(zhì)的材料很好地粘接制得具有不同構(gòu)型和特性的復(fù)合件，隨著我國(guó)汽車(chē)和機(jī)械等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，橡膠與金屬?gòu)?fù)合材料制造的汽車(chē)用減震襯套已成為橡膠減震制品行業(yè)里的主導(dǎo)產(chǎn)品。
橡膠減震襯套動(dòng)靜剛度比是此類(lèi)制品的一個(gè)特別重要的控制指標(biāo)，動(dòng)靜剛度比越小，減震橡膠材料的回彈性能越好，工作時(shí)振動(dòng)傳遞效果越好。由于橡膠材料本身的滯后效應(yīng)和應(yīng)力松弛的特性，動(dòng)靜剛度比一直是減震行業(yè)里內(nèi)的一個(gè)“痛點(diǎn)”，很多橡膠減震制品的動(dòng)靜剛度比很難控制在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定而且小于標(biāo)準(zhǔn)要求的使用范圍。
在應(yīng)用橡膠材料的過(guò)程中，通常在膠料中加各種填料，以提高橡膠材料的性能，滿(mǎn)足現(xiàn)代工程所需要的強(qiáng)度、耐磨性、抗老化性等各種性能。當(dāng)材料的結(jié)構(gòu)單元小到納米級(jí)時(shí)，材料的性質(zhì)發(fā)生了重大變化，不僅明顯改善了原有材料的性能，而且會(huì)有新的性能或效應(yīng)產(chǎn)生。
SIDISTAR® R300是采用獨(dú)特的工藝生產(chǎn)的納米級(jí)二氧化硅無(wú)機(jī)材料。本工作研究SIDISTAR® R300粉對(duì)膠料加工流動(dòng)性和耐老化、耐疲勞的影響，特別是在改善橡膠減震產(chǎn)品動(dòng)靜比方面的應(yīng)用。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 原材料
天然膠 SVR10CV（越南產(chǎn)品）、防老劑（圣奧化工公司）、N774、N330（上?？ú┨兀?、SIDISTAR® R300（上海怡創(chuàng)化工有限公司）、其它為常見(jiàn)市售原材料；
1.2 試驗(yàn)配方
A(生產(chǎn)配方)：SVR10CV 100；炭黑N660 23； 白炭黑 26；SI-69 4；
防老劑 4；促進(jìn)劑 0.8；硫黃 2.5；氧化鋅 5；石蠟 3；硬脂酸 1；氧化鎂 3；
其它3.5。
B(試驗(yàn)配方)：SVR10CV 100；炭黑N660 23； 白炭黑10；
SIDISTAR® R300 20；防老劑4；促進(jìn)劑0．8；硫黃 2.5；氧化鋅5；石蠟3；
硬脂酸1；氧化鎂 3；其它3.5。
1.3 試驗(yàn)儀器與設(shè)備
X（K）—160開(kāi)煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠；X（M）-35密煉機(jī)，益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司；QLB平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠；AI—8000S電子拉力機(jī)，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司；MM4130C無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，北京瑞達(dá)宇辰儀器有限公司；邵氏硬度計(jì)、老化試驗(yàn)箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠；CMT7000系列微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（MTS工業(yè)系統(tǒng)有限公司）
1.4 試樣制備
1.4.1生膠塑煉條件
⑴ 用 X（K）—160開(kāi)煉機(jī)進(jìn)行塑煉，輥溫40~50℃
⑵ 工藝條件
天然膠：烘膠（3天）→破膠（2mm,三次）→薄通（0.2mm,17次）→放厚（5mm,3次）→下片
1.4.2混煉工藝條件
⑴用X（M）-35密煉機(jī)進(jìn)行混煉，在X（K）—160開(kāi)煉機(jī)進(jìn)行加硫磺作業(yè)。
⑵加料順序：生膠及分散劑→小料及軟化劑→一半炭黑→另一半炭黑和其它填料→促進(jìn)劑→清掃→排膠
排料控制方法：采用時(shí)間－功率曲線聯(lián)合控制法，即分段加料采用時(shí)間控制法，最后排料采用功率曲線控制法。
⑶功率曲線控制法。所謂功率曲線控制法，就是在加油后功率上升到最大值，然后下降并平穩(wěn)一定時(shí)間后進(jìn)行排料。
⑷加硫磺壓片條件：壓片降溫（3mm,三次）→加硫磺→打三角包（1mm,5個(gè)）→下片（5mm）停放8小時(shí)后，按MM4130C無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀所測(cè)的時(shí)間，采用QLB平板硫化機(jī)進(jìn)行試樣硫化，硫化時(shí)間為T(mén)90+6分鐘。
1.5 性能測(cè)試
膠料的物理性能按相應(yīng)ASTM標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。硫化膠的流變儀曲線按ASTM D5289測(cè)試；邵氏硬度按ASTD D2240測(cè)定；定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率按照ASTM D412測(cè)定，拉伸速率為500mm﹒min-1 ；撕裂強(qiáng)度按ASTM D624測(cè)定，拉伸速率為500mm﹒min-1； 老化性能按ASTD D573測(cè)試；壓縮永久變形按ASTM D1229測(cè)定。
成品靜剛度測(cè)試方法：應(yīng)力±2000N，承載速度：10mm/min，3個(gè)循環(huán)，在±500處取值；動(dòng)剛度測(cè)試方法：預(yù)載應(yīng)力50N，振幅：±0.025mm，頻率：100HZ
2 結(jié)果與討論
2.1 SIDISTAR® R300化學(xué)分析
SIDISTAR® R300的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1所示
表1 SIDISTAR® R300的各項(xiàng)性能指標(biāo)
指標(biāo)
單位
數(shù)值
片層平均直徑R
nm
100~200
外觀
/
淺灰色/純白色
比表面積BET
m2/g
20-30
SI02含量
%
96~99
C含量
%
≤1.50
密度
g/cm3
2.2±0.1
游離水分
%
≤0.8
PH值
/
7.0-9.0
由表1可看出, SIDISTAR® R300外觀呈淺灰色或純白色，可用于黑色或淺色的橡膠制品中。
2.2 兩種配方硫化膠性能對(duì)比
兩種配方的硫化膠各種性能對(duì)比如表2所示。
表2 膠料試物理機(jī)械性能對(duì)比
圖片
從表2可以看出，對(duì)于來(lái)硫化膠而言，使用SIDISTAR® R300的膠料的門(mén)尼粘度有很好的改善，加工流動(dòng)性有很大的提高。焦燒時(shí)間較正常生產(chǎn)配方接近，硫化速度近乎相同，這主要是由于SIDISTAR® R300同普通補(bǔ)強(qiáng)材料炭黑一樣，粒徑小，比表面積大，無(wú)定形球狀結(jié)構(gòu)，平均粒徑納米級(jí)。其特殊的結(jié)構(gòu)，使SIDISTAR® R300展現(xiàn)了與普通白炭黑截然不同的用途，在體系中通過(guò)其特有的滾珠效應(yīng)從而減少內(nèi)摩擦，改善膠料的流動(dòng)性和填料的分散性能，同時(shí)可以同步改善膠料的耐老化性能和耐疲勞性能。
同時(shí)，因SIDISTAR® R300使用獨(dú)特的生產(chǎn)工藝，表面硅醇烷基密度非常低，因而不需要額外加入SI-69或PEG等進(jìn)行表面處理。
對(duì)于膠料的加工性能而言，使用SIDISTAR® R300的膠料的門(mén)尼粘度和ML明顯降低，這是由于SIDISTAR® R300是亞微米級(jí)光滑的圓球顆粒，在體系中通過(guò)其特有的滾珠效應(yīng)有效的減少橡膠中大分子鏈內(nèi)摩擦，改善了膠料的流動(dòng)性和填料的分散性。說(shuō)明SIDISTAR® R300可以有效的提高膠料的流動(dòng)性，從而提高膠料的加工性能。
與生產(chǎn)配方相比，硫化膠的耐老化性能也有比較明顯的提高，這主要是由SIDISTAR® R300具有納米材料所特有的小尺寸效應(yīng)以及其特有的光滑球狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的“滾珠效應(yīng)”，減少了膠料的內(nèi)摩擦，從而減少了橡膠動(dòng)態(tài)情況下的生熱。同時(shí)與大顆粒材料相比，SIDISTAR® R300由于尺寸小，可以深入到橡膠不飽和鍵附近，并與橡膠分子的不飽和鍵的電子云發(fā)生淤滲作用，從而提高了橡膠的穩(wěn)定性。
2.3 成品試驗(yàn)
通過(guò)膠料的性能對(duì)比可以看出，使用了SIDISTAR® R300可以有效提高膠料的綜合性能，為此在生產(chǎn)中使用，進(jìn)行了減震襯套的成品試制，并與正常生產(chǎn)的同規(guī)格產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。
2.3.1生產(chǎn)工藝流程
圖片
2.3.2金屬骨架表面處理
⑴金屬表面脫脂拋丸后，進(jìn)行磷化處理，磷化采用鋅鈣系磷化工藝。磷化層要求無(wú)白灰、無(wú)黑斑、無(wú)露金屬面。
⑵磷化后表面噴涂膠粘劑，為增加橡膠和金屬粘接效果，采用雙涂工藝，膠漿Chemlok205/6253配制成丁酮或二甲苯稀釋的65%～75%的膠粘劑，用自動(dòng)噴膠漿機(jī)噴涂，底涂厚度要求在5～10μm，面涂厚度要求10～20μm，達(dá)到表面無(wú)錯(cuò)噴、漏噴，均勻無(wú)雜質(zhì)。
2.3.3硫化
產(chǎn)品采用注射硫化成型，注射硫化的優(yōu)點(diǎn)：⑴膠料在注入模具前已在料筒內(nèi)得到充分預(yù)熱和預(yù)塑化，提高了膠料的流動(dòng)性，有利于產(chǎn)品的質(zhì)量提高和穩(wěn)定；⑵注射法更適合硫化壓力大、硫化溫度高，硫化時(shí)間明顯縮短的硫化工藝條件；⑶進(jìn)膠量更準(zhǔn)確，產(chǎn)品不會(huì)缺膠，成品的致密性高；⑷產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量好，外觀合格率高，產(chǎn)品尺寸精密度更理想。
采用立式真空注射平板硫化機(jī)（臺(tái)灣磐石油壓工業(yè)有限公司），硫化的工藝參數(shù)為：硫化溫度165±5℃，硫化時(shí)間1200～1500sec，注射壓力140～160Kgf，硫化壓力≥190Kgf，硫化產(chǎn)品表面無(wú)氣泡，無(wú)雜質(zhì)，硫化模具應(yīng)該定期噴脫模劑，以保證模具的使用壽命和產(chǎn)品的脫模效果和外觀要求，本次試驗(yàn)使用Mc Lube® MA 6125E脫模劑。
2.3.4產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與測(cè)試性能方向如圖1所示
圖1減震襯套及性能測(cè)試方向示意圖
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正常生產(chǎn)配方生產(chǎn)的產(chǎn)品與使用SIDISTAR® R300配方生產(chǎn)的產(chǎn)品的性能對(duì)比，其中每個(gè)配方各測(cè)5個(gè)產(chǎn)品，其性能結(jié)果對(duì)比如表3和表4所示。
表3 正常生產(chǎn)配方減震襯套性能
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表4 使用SIDISTAR® R300生產(chǎn)的減震襯套性能
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對(duì)于橡膠減震襯套而言，動(dòng)剛度/靜剛度值（簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)靜比）越小，車(chē)輛在行駛顛簸過(guò)程中會(huì)變形越小，乘坐舒適性越好，駕駛操縱性越高，所以，很多減震襯套對(duì)動(dòng)靜比都有很?chē)?yán)格的要求，一般都要求在1.3～1.5之間。但是，由于橡膠材料本身的具有滯后效應(yīng)和阻尼損失，所以，減小減震橡膠產(chǎn)品的動(dòng)靜比是非常難的工作。從表3和表4可以看出，使用SIDISTAR® R300的產(chǎn)品，產(chǎn)品的性能符合使用標(biāo)準(zhǔn)，而且，動(dòng)靜比有了很顯著的改善。
3 結(jié)論
1、 添加SIDISTAR® R300的膠料與普通生產(chǎn)配方相比，可以有效的提高膠料的流動(dòng)性，從而提高膠料的加工性能。
2、由于SIDISTAR® R300特有的滾珠效應(yīng)，減少了橡膠中高分子鏈的內(nèi)摩擦力，從而減少了膠料動(dòng)態(tài)下的生熱，因此可以有效的提高膠料耐老化性能和疲勞性能。
3、使用了SIDISTAR® R300的膠料的橡膠減震產(chǎn)品，動(dòng)靜比有明顯的改善。
END
陳國(guó)棟1，于國(guó)利2，鄧波3，趙菲 4，
（1. 洛德機(jī)械（上海）有限公司，上海 200131；2.上海怡創(chuàng)化工有限公司，上海，200235； 3.哈金森工業(yè)橡膠制品(蘇州)有限公司，江蘇，蘇州 2151224.青島科技大學(xué)，山東，青島 266042；）