几种水声常用氯丁橡胶的特性分析及应用实例

张权 黄丽蓉 周建锋

（第七一五研究所，杭州，310023）

氯丁橡胶，又名氯丁二烯橡胶，是由氯丁二烯（即2-氯-1，3丁二烯）为主要原料进行α-聚合而生产的合成橡胶，有良好的物理机械性能，耐油、耐热、耐燃、耐日光、耐臭氧、耐酸碱、耐化学试剂，具有较高的拉伸强度、伸长率和可逆的结晶性，粘结性好，缺点是耐寒性和贮存稳定性较差。不同型号的氯丁橡胶可分别应用在传动带、电线电缆、电缆护套、耐油胶管、粘接剂、橡胶密封件等产品上，在水声行业中主要用作换能器及其它水下产品的包覆耐水材料或声窗材料。作为水听器和换能器的包覆层，氯丁橡胶能够满足透声、水密、粘接好等条件[1]。

氯丁橡胶采用乳液聚合法生产，生产工艺流程多为单釜间歇聚合，转化率在 90%左右。国际上的生产企业主要有日本电化、拜耳、美国杜邦等公司，国内主要生产企业有重庆长寿化工有限公司、山西合成橡胶集团有限公司（山西山纳）等两家公司。两家公司开发生产了CR232-1、SN231等多型产品，性能与国外产品接近，成熟度较高。

目前国内在水声行业应用的氯丁橡胶基本为重庆长寿和山西山纳两家公司的Ⅰ、Ⅱ型胶种，但实际应用情况一直没有综合的性能特性分析和应用介绍。本文对CR232-1、SN231、M40几种国内外常见的水声用氯丁橡胶进行了性能对比分析，分别从物理特性、声学特性、耐水特性等方面开展了试验，最后对某型水下产品应用情况进行了介绍。

1 试验制备

1.1 原胶及基础配方

四川长寿CR232-1、山西山纳SN231、日本电化M40氯丁橡胶；N330炭黑；滑石粉；增塑剂；硫脲类高效促进剂；氧化锌；防老剂等。各以上述三种原胶混炼同一配方的胶料进行试样和产品的应用。

1.2 混炼工艺及硫化方式

根据配方将原料混炼完成后，在开炼机以三角包方式打包4遍并下片。当模具温度到达设定温度时将剪切好的胶料放入模仓，通过硫化机压力将胶料注满模腔。胶料注满后，合模保温，到达设定时间后，取模修边。工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

1.3 硫化特性和工艺特性

采用温度150℃、120 min的测试条件进行硫化曲线测试，测试结果见图2。从图中可以看出，山西山纳SN231和日本电化M-40的混炼胶具有更为平坦的正硫化区域，硫化工艺特性更为优良。但三者的T10（焦烧时间）和T90（正硫化时间）存在一定的区别，因此若采用三种氯丁原胶使用在不同制品上，需要根据不同制品的情况再次确认硫化时间，部分制品通过调整工艺可带来更高的硫化效率。

图2 三种混炼胶的硫化曲线测试结果

2 物理性能及声学性能比较

2.1 常规性能测试

水声行业用橡胶常规特性包括以下几种：硬度、密度、拉伸、扯断、定伸等，采用三种混炼胶分别按照参数对应国标测试试样制作标准进行制作，并进行了性能测试，测试结果见表1。

表1 三种橡胶常规性能测试

从表1可以看出，三种橡胶在密度、硬度两方面比较一致，在拉伸强度、扯断强度等方面有一定的差别，但均处于同一量级。

2.2 声学特性及耐水特性

作为水声用包覆材料或声学材料，主要包含透声系数、声速、透水率、损耗因子等几个特性参数，采用三种混炼胶分别按照参数对应国标测试试样制作标准进行制作，并进行了性能测试，测试结果见表2[2]、图3。

表2 三种橡胶（6 mm厚圆片）的声学特性

从表2可以看出，三种橡胶在2～12 kHz范围内透声系数均不小于 99%，该频段涵盖了后续试验换能器的工作频段；在水中的声速也基本一致；玻璃化温度和损耗因子在动态热机械分析仪DMA设备上进行测试，测试依据为ISO 6721-1，测试条件为：-50℃～40℃（变温方式）、频率10 Hz。从表3可得知，三者的水蒸气透过系数接近，都处于较高的数量级。

表3 三种橡胶的水蒸气透过系数测试

从图3中数据得知，三种橡胶的玻璃化温度Tg和损耗因子tanδ基本接近。图中绿色为温度曲线，红色为杨氏模量曲线，蓝色为损耗因子曲线。

图3 三种橡胶的动态力学测试结果

3 应用情况

以某型发射换能器为例，采用上述三种混炼胶进行了包覆密封，硫化条件为150℃×30 min。按照该型换能器的设计要求和一般常用指标进行相应条件下的测试，结果见表4。测试结果数据均达到了换能器使用指标要求。

表4 三种橡胶在换能器上应用情况

4 结论

通过对四川长寿CR232-1、山西山纳SN231、日本电化M40三种橡胶在同样配方体系中的物理特性、声学特性、耐水特性等方面的试验对比，以及在换能器上的应用情况，得出如下结论：三种橡胶的物理特性、声学特性、耐水特性都较为一致，作为水声包覆材料和声学材料的用途，均可达到要求；通过工艺性能对比，三种橡胶在硫化特性上具有一定的差别，在使用时需根据实际产品的情况，进行针对性选择。