都志強(qiáng)

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南 714000）

現(xiàn)階段，隔霞支座所使用的橡膠材料通常為天然橡膠，其材質(zhì)具有低壓縮永久變形、高彈性、高強(qiáng)度等方面的特性，但在阻尼性方面仍存在一定的欠缺。因此，本次研究采用天然橡膠與丁基膠相混合的方式來(lái)加強(qiáng)隔震支座的阻尼性能，并詳細(xì)分析了各種配比方案下復(fù)合材料的性能差異［1-3］。

1 丁基橡膠/ 天然復(fù)合橡膠材料的制備

1.1 主要原材料

煙片膠、天然橡膠（海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司）；炭黑（中北精細(xì)化工）；丁基橡膠（歷卓科技有限公司）；硬脂酸、配合劑、防老劑、促進(jìn)劑環(huán)烷烴油、氧化鋅（河南昌遠(yuǎn)化工產(chǎn)品有限公司）。

1.2 材料配比方案

基本配方1 見(jiàn)表1。

表 1 基本配方1 （單位：質(zhì)量份）Table 1 Basic formula 1 (unit: parts by mass)

基本配方2 見(jiàn)表2。

表 2 基本配方2（單位：質(zhì)量份）Table 2 Basic formula 2 (unit: parts by mass)

1.3 復(fù)合材料的制備

（1）所需設(shè)備與儀器

電熱硫化機(jī)（江陰同心硫化機(jī)制造有限公司）；盤(pán)式硫化儀（沈陽(yáng)金田機(jī)電設(shè)備制造有限公司）；雙輥開(kāi)煉機(jī)（大連華韓橡塑機(jī)械有限公司）

（2） 制備工藝

天然橡膠混煉膠：利用開(kāi)煉機(jī)對(duì)100 質(zhì)量份的天然橡膠實(shí)施3 次薄通處理，在此基礎(chǔ)上根據(jù)基本配方1 的用料方案依次加入各種原材料，利用開(kāi)煉機(jī)充分混煉，將輥距放寬并壓出橡膠片即可獲取天然橡膠混煉膠［4-6］。

丁基橡膠混煉膠：利用開(kāi)煉機(jī)對(duì)100 質(zhì)量份的丁基橡膠實(shí)施3 次薄通處理，在此基礎(chǔ)上根據(jù)基本配方2 的用料方案依次加入各種原材料，采用與天然橡膠混煉膠相同的后續(xù)處理工藝即可獲取天然橡膠混煉膠。

丁基橡膠/ 天然橡膠復(fù)合材料：利用前兩個(gè)步驟所制備的天然橡膠混煉膠和丁基橡膠混煉膠分別混合出60/40、70/30、80/20、90/10 共計(jì)四份初始材料，分別對(duì)各份初始材料進(jìn)行5min 的共混混煉處理，最終得到4份不同比例的丁基橡膠/天然橡膠復(fù)合材料［7-8］。

1.4 分析方法

（1）硫化特性

通過(guò)橡膠硫化儀（北京環(huán)鋒機(jī)械公司）對(duì)混煉膠的硫化特性進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度為145℃。

（2）物理機(jī)械性能

通過(guò)ANG5215 型拉力機(jī)（上海松頓儀器制造有限公司）對(duì)丁基橡膠/ 天然橡膠復(fù)合材料的撕裂和拉伸性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T Y528-2019；利用XY-1型邵氏硬度計(jì)（溫州市海寶儀器有限公司）對(duì)丁基橡膠/天然橡膠復(fù)合材料的邵氏A 硬度性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T Y531-2019。

（3）阻尼性能

通過(guò)2000 型橡膠加工分析儀（美國(guó)硅谷阿爾法公司）對(duì)硫化膠與混煉膠的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試溫度40℃，測(cè)試頻率1Hz，應(yīng)變范圍0～300%。通過(guò)DMTA 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能儀（法國(guó)麥特韋伯公司）對(duì)交聯(lián)過(guò)的橡膠試樣進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)用拉伸檢測(cè)模式，測(cè)試溫度-100～60 ℃，測(cè)試頻率1Hz，應(yīng)變條件0.1% 應(yīng)變，升溫速率為3℃/min。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 硫化特性

圖1 NR、IIR 和不同配比NR/IIR 的硫化曲線Fig. 1 Vulcanization curves of NR, IIR and NR / IIR with different ratio

圖1 為純天然橡膠、純丁基橡膠和二者混煉膠的硫化曲線。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，純天然橡膠和純丁基橡膠無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步硫化，存在較大的硫化速度差異。在扭矩平均水平方面，純丁基橡膠明顯低于純天然橡膠，共混膠則具有相對(duì)更高的扭矩平均水平。天然橡膠占比較高的供混膠也具有較高的扭矩水平。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因主要在于天然橡膠相比于丁基橡膠來(lái)說(shuō)有著更加優(yōu)越的綜合性能，天然橡膠占比較高的供混膠具有較高的扭矩水平［9-13］。在焦燒時(shí)間方面，丁基橡膠則明顯長(zhǎng)于天然橡膠，共混膠則明顯較短，丁基橡膠占比較高的共混膠也具有較長(zhǎng)的焦燒時(shí)間。由此可知，丁基橡膠/ 天然橡膠復(fù)合材料可以在略微減損扭矩水平的情況下相應(yīng)地延長(zhǎng)焦燒時(shí)間，提升抗硫化性能。

2.2 物理機(jī)械性能

純天然橡膠、丁基橡膠與不同配比方案下共混膠的力學(xué)性能見(jiàn)表3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，純天然橡膠的相比于共混膠來(lái)說(shuō)有著更高的拉伸強(qiáng)度，天然橡膠具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能，天然橡膠占比較高的共混膠也具有較強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度。當(dāng)天然橡膠/丁基橡膠配比為60/40 時(shí)，其拉伸強(qiáng)度僅為20.7MPa，而純天然橡膠的拉伸強(qiáng)度則為39MPa，拉伸強(qiáng)度相差高達(dá)30% 以上，并且低于純丁基橡膠，撕裂強(qiáng)度也體現(xiàn)出相同的變化規(guī)律。在物理機(jī)械性能方面，丁基橡膠的加入會(huì)顯著影響共混膠的力學(xué)性能，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格限制共混膠中丁基橡膠所占的比例。

表 3 純天然橡膠、丁基橡膠與不同配比方案下共混膠的力學(xué)性能Table 3 Mechanical Properties of pure natural rubber,butyl rubber and blends with different proportions

2.3 阻尼性能

純天然橡膠、丁基橡膠與不同配比方案下共混膠的tanΣ-T 曲線圖如圖2 所示。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，共混膠tanΣ-T 曲線位于純天然橡膠和純丁基橡膠之間，純天然橡膠tanΣ 峰值為0.83，阻尼峰值為-60.4℃，阻尼溫域?yàn)椋?66.4,38.5］；純丁基橡膠tanΣ 峰值為0.86，阻尼峰值為-34.5℃，阻尼溫域?yàn)椋?55.6,-0.5］。共混膠阻尼溫度范圍明顯大于純天然橡膠，阻尼狀況明顯較優(yōu)。尤其是天然橡膠/丁基橡膠比例為90/10 的情況下，其有效阻尼溫域?yàn)椋?8.5,28.4］，明顯優(yōu)于純天然橡膠，tanΣ-T 峰值也比純天然橡膠高出18 個(gè)百分點(diǎn)，使共混膠的阻尼性能得到了明顯的改善。

圖2 純天然橡膠、丁基橡膠與不同配比方案下共混膠的tanΣ-T 圖Fig. 2 Tan ∑- T diagram of pure natural rubber, butyl rubber and their blends with different ratios

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)丁基橡膠/ 天然橡膠復(fù)合材料的物理特性進(jìn)行了分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，丁基橡膠的加入會(huì)使天然橡膠的物理性能受到影響，但抗硫化性和阻尼性能會(huì)得到顯著提升，在天然橡膠/ 丁基橡膠比例為90/10的情況下，復(fù)合材料的使用性能較為理想。在未來(lái)的研究工作中，還需要根據(jù)不同環(huán)境下的使用需要對(duì)天然橡膠與丁基橡膠的合理配比進(jìn)行更加具體的分析。