发动机悬置用低蠕变配方的研究

李云华， 田　震， 高丙托

（诺博橡胶制品有限公司， 河北　保定　072550）

发动机悬置用低蠕变配方的研究

李云华， 田震， 高丙托

（诺博橡胶制品有限公司， 河北保定072550）

研究了生胶、炭黑及硫化体系对橡胶材料蠕变性能的影响，蠕变对发动机悬置刚度的影响；同时研究开发了高温低蠕变天然橡胶配方，以改善发动机悬置高温低蠕变性能。结果表明，烟片胶、恒黏胶及脱蛋白天然橡胶中，脱蛋白天然橡胶蠕变性能最佳，而烟片胶蠕变性能最差。橡胶蠕变后，发动机悬置刚度增加。高温低蠕变天然橡胶配方可大大改善发动机悬置蠕变性能。

蠕变；发动机悬置；刚度

0　前　言

发动机悬置系统是指动力总成（包括发动机、离合器及变速器等）与车架或车身之间的弹性连接系统，该系统的优劣直接关系到发动机与车体之间的振动传递，影响整车的NVH（噪声、振动、声振粗糙度）性能。一个好的悬置系统应当能够充分减小由于发动机而引起的振动、噪声，延长零部件的使用寿命。发动机悬置的基本功能为：固定并支撑动力总成，承受动力总成内部因发动机旋转和平移质量产生的往复惯性力及力矩；承受汽车行驶过程中作用于动力总成的一切动态力；隔离由于发动机激励而引起的车架或车身振动；隔离由于路面不平度以及车轮受路面冲击而引起的振动向动力总成传递。橡胶悬置的应用可有效隔离发动机的振动，而橡胶的内摩擦要远高于金属材料，故其能有效衰减振动，使冲击产生的衰减振动尽快停止。但橡胶是一种高分子材料，在载荷及一定温度下长时间会发生蠕变，影响悬置的使用寿命及减振效果。

天然橡胶是从天然植物中获取的以异戊二烯为主要成分的天然高分子材料，主要有以异戊二烯为主的天然橡胶和反式异戊二烯为主的反式天然橡胶，具有优异的回弹性，及动态损失小、动静比低等特点，是最适合用于发动机悬置的生胶之一，被广泛应用于汽车减振制品。

橡胶的蠕变是指橡胶在一定的温度和外力（拉力、压力或扭力）下，会产生随时间而增加的变形。基于分子链移动或分子重排时产生的特定现象，主要受配方因素及环境因素影响［1］。

本工作研究天然标胶、烟片胶、恒黏胶、脱蛋白天然胶以及炭黑种类、硫化体系对硫化橡胶蠕变性能的影响，以及高温低蠕变天然橡胶在发动机悬置中的应用，蠕变对悬置性能的影响。

1　试　验

1.1主要原材料

主要原材料详见表1。

表1　主要原材料表

1.2试验设备和仪器

试验设备及仪器详见表2。

表2　主要试验设备与仪器

1.3工艺流程

材料混炼及样件制作工艺流程如下。

一段混炼：

二段混炼：

物理性能测试试样制作：

在平板硫化机上进行试样制作，拉伸试片的硫化条件为160 ℃、8 min；蠕变及压缩永久变形试样的硫化条件为160 ℃、12 min。

产品试制：

在YM-RH300T-3000CC硫化机上进行硫化，工艺条件为（155～160）℃、12 min、200 kg/cm²。

1.4测试与分析

动静刚度检测按照Q/CC SY050—2009车用橡胶减震零部件动静特性试验方法；产品蠕变检测按照Q/CC SY853—2014汽车发动机悬置总成静态蠕变性能检测；材料物理性能，包括材料蠕变性能测试，按照相应国家标准进行。

2　结果与讨论

2.1天然胶种类牌号对硫化橡胶蠕变性能影响

基本配方（单位：份）：NR 100.00，氧化锌5.00， 硬脂酸 2.00，防老剂S-TMQ 1.50，防老剂4020 3.00，石蜡 3.00，偶联剂 2.00，N550 30.00，凡士林 3.00，S-80 2.50，促进剂 1.38。

从表3可以看出，脱蛋白天然橡胶SP的焦烧时间及正硫化时间短，硫化速度快，与曾英［2］等在脱蛋白天然橡胶的应用中提到的脱蛋白天然橡胶与马来西亚恒黏胶SMR CV相比焦烧时间短的说法一致［1］；TSR-CV60硫化速度适中，但较烟片胶焦烧时间短（主要受到了恒黏剂的影响）。对比基本物理性能，三种天然橡胶基本相当；若论蠕变指数，脱蛋白天然橡胶的最佳，烟片胶则最大，即脱蛋白天然橡胶SP的蠕变性能最好。

表3　天然胶种类对硫化橡胶蠕变及物理机械性能影响

2.2炭黑对硫化橡胶蠕变及物理性能影响

基本配方（单位：份）：NR 100.00，氧化锌5.00， 硬脂酸 2.00，防老剂S-TMQ 1.50，防老剂4020 3.00，石蜡 3.00，偶联剂 2.00，炭黑 30.00，凡士林 3.00，S-80 2.50，促进剂 1.38。

炭黑品种对蠕变性能的影响如表4所示。

从表4可以看出，使用炭黑N550胶料的蠕变效果最好，使用N330与N774的则相当，N990最大。王蕊［3］等认为，炭黑的粒径和结构对橡胶蠕变影响较大，随着炭黑粒径的增大，蠕变性能变好；另外，随着粒径的增大，炭黑补强性能下降，在用量相同的情况下，硫化橡胶的硬度较低（如表4所示使用N990胶料的邵尔A硬度为44，而使用N330的则为51）。在载荷相同的情况下，N990初始形变大，从而导致蠕变指数较大。

表4　炭黑种类对硫化橡胶蠕变及物理性能的影响

2.3硫化体系对硫化橡胶蠕变及物理性能的影响

基本配方（单位：份）：NR 100.0，氧化锌5.0， 硬脂酸 2.0，防老剂S-TMQ 1.5，防老剂4020 3.0，石蜡 3.0，偶联剂 2.0，N55030.0，凡士林3.0，S-80 变量，促进剂 变量。

硫化体系对硫化橡胶蠕变及物理性能的影响如表5所示。

从表5可以看出，采用半有效硫化体系的胶料的蠕变指数最小，普通硫化体系次之，有效硫化体系的蠕变指数最大。王付胜［4］认为，随着交联密度增加，硫化橡胶的蠕变性能改善。由硫化特性数据可知，普通硫化体系与半有效硫化体系交联密度相当，但普通硫化体系老化性能较半有效硫化体系的差，故在85 ℃条件下半有效硫化体系的蠕变效果最佳。通过硫化特性数据可知，有效硫化体系t90较普通及半有效的慢1 min，在同等硫化条件下的交联密度小，故蠕变较大。

表5　硫化体系对硫化橡胶蠕变及物理性能的影响

2.4蠕变对发动机悬置刚度的影响

选用表5中的SV配方试制某SUV发动机右悬置总成，检测蠕变前后的刚度及产品蠕变量，同时与生产件进行对比，具体数据详见表6。

表6　蠕变对发动机悬置刚度影响数据

通过表6数据可以看出，经过240 h蠕变试验，发动机悬置产品刚度增加，其中动刚度增加幅度大于静刚度的。从微观结构来看，橡胶是由高分子缠合而成的弹性体材料，卷曲的高分子链拉伸和压缩以及分子间的范德华力提供了橡胶的弹性。蠕变使高分子长链变短，就像一个长弹簧部分被压住，而使弹簧有效长度缩短；另外，高分子链中的缺位受力引起链断裂，也使高分子链变短。蠕变就是在外力作用下高分子链缠结、缺位变短的过程，故蠕变后悬置刚度呈增大趋势。外力作用使分子间作用力变大，也会使悬置刚度提高［5］。

通过生产件与试验件的数据对比可见，试验高温低蠕变胶料能够大大改善悬置蠕变的性能。从表6可以看出，SV样件蠕变量1.45 mm，远低于生产件。同时蠕变后刚度变化率也小于生产件，尤其是动刚度变化率。

3　结　论

（1）脱蛋白天然橡胶SP的焦烧时间及正硫化时间短，硫化速度快，蠕变性能最好。恒黏胶次之。相比之下，烟片胶的蠕变在三种天然胶中最差。

（2）不同牌号炭黑用量相同的情况下，含N550胶料的蠕变性能最佳，N990最差，N330与N774相近。炭黑粒径对橡胶蠕变影响较大，随着炭黑粒径的增大，蠕变性能变好；在载荷相同的情况下，N990初始形变大，从而导致蠕变指数较大。

（3）半有效硫化体系胶料的蠕变指数最小，普通硫化体系次之，有效硫化体系蠕变指数最大。

（4）蠕变使发动机悬置刚度增加，其中动刚度增加幅度大于静刚度。通过配合体系优化可以改善发动机悬置的蠕变性能。

［1］君轩. 橡胶的蠕变［J］. 世界橡胶工业， 2010（8）48.

［2］曾英， 王东， 季本仁， 等. 脱蛋白天然橡胶的性能和应用［J］. 橡胶工业， 1999（46）：26-28.

［3］王蕊，吴明生. 填料和测试温度对天然橡胶蠕变性能的影响［J］. 橡塑技术与装备，2014（2）：32-35.

［4］王付胜. 低蠕变橡胶减振器胶料配方研究概述［J］. 现代橡胶技术，2007（3）：18-20.

［5］张彬， 庄国华， 曾向荣.橡胶减震器蠕变试验的研究［J］. 噪声与振动控制， 2008（4）：56-59.

Аbstract： The effect of the raw rubber， carbon black and vulcanization system on the rubber creep deformation and the effct of creep deformation on the engine mount stiffness were studied. Meanwhile，the high temperature low creep deformation rubber formula was improved. The results showed， among the tested kinds of raw rubbers， the creep deformation performance of the de-proteinization natural rubber was best and that of RSS was worst. The stiffness of the engine mounts increased with the creep deformation， thus the creep deformation performance of engine mount improved.

Research on the Rubber Сompound with Low Сreep Deformation for Еngine Мount Аpplication

Creep Deformation； Engine Mount； Stiffness

TQ 336.4

A

1671-8232（2016）09-0036-05

［责任编辑：朱胤］

2016-02-18