氯化丁基橡胶脚垫对空调室外机振动的影响

林勇强

广东美的制冷设备有限公司 广东佛山 528311

1 引言

空调室外机噪音是影响空调品质的重要因素，压缩机的振动通过隔振脚垫传递到室外机底盘上，从而引起底盘以及其他与底盘连接的钣金件振动辐射噪音。目前市场上的空调器压缩机普遍采用三元乙丙橡胶（EPDM）脚垫作为减振制件，安装于压缩机与底盘之间以实现隔振的作用。

2 技术分析

空调企业采用EPDM橡胶制作压缩机脚垫的最主要原因是其分子链中双键较少，具有较优越的耐老化性能，从而确保压缩机脚垫的性能可以持久保持[1]。通常认为一种材料的阻尼系数Tanδ大于0.3时是一种阻尼材料[2]，EPDM橡胶材料在空调运行的温度范围内（-40℃～60℃）的Tanδ均小于0.3，并不属于阻尼材料，因此EPDM脚垫在空调使用温度范围内的减振效果并不是特别理想。

丁基橡胶（IIR）由于分子链上带有许多侧甲基，弹性滞后较大，是一种传统的阻尼橡胶材料[1][3]。丁基橡胶经氯化后，得到氯化丁基橡胶（CIIR），由于其主链结构与IIR基本相同，使得CIIR保持了IIR的固有特性。此外，还由于CIIR分子结构中烯丙基氯的存在活化了附近双键，使得CIIR的硫化活性更高，这对缩短胶料的硫化时间，提高生产效率具有重要意义[4][5]。

本文研究以CIIR为主要原料，制备一种在室温范围内具有良好阻尼效果的宽温域宽频率高阻尼性能材料，用于制备空调压缩机脚垫，降低空调的振动。

3 试验验证

当前空调压缩机使用的EPDM脚垫材料硬度为35 A，为了便于比较分析，本文研究的CIIR橡胶材料配方也以此硬度为基准，并在保持相近的力学性能的前提下进行调配。

3.1 试验配方

EPDM橡胶材料及脚垫由供应商提供，CIIR阻尼材料按表1配方进行制备，通过调节石蜡油和增稠树脂的配比，调节阻尼材料的硬度及力学性能。

表1 CIIR阻尼材料配方

表2 各橡胶材料力学性能结果

3.2 测试与表征

3.2.1 力学性能测试

拉伸强度按GB/T 528-2009标准在台湾高铁检测仪器公司的AI-7000 M型拉力试验机上采用拉伸模式测试，哑铃型标准试样，拉伸速度为500 mm/min，记录试样的拉伸强度和断裂伸长率。邵氏硬度按GB/T 531-2009标准采用上海精密仪器仪表有限公司生产的LX-A型橡胶硬度仪进行测试。

3.2.2 动态热机械性能（DMA）分析

采用德国NETZSCH公司的242C型动态力学分析仪对试样进行测试，样品尺寸为10 mm×6 mm×2 mm，测试模式为拉伸模式，测试条件为：频率为10 Hz、20 Hz、30 Hz，温度范围为-50℃～60℃，升温速率为3℃/min。

3.2.3 空调外机振动测试

整机测试在美的KFR-35GW/BP3DN8Y-PH200(B1)套机上联机进行，室外机型号为KFR-35W/BP3N1-B22，在同一台室外机上更换不同压缩机脚垫进行对比测试。测试在制热模式下进行，工况室条件为：室内侧干球温度20℃、湿球温度15℃，室外侧干球温度7℃、湿球温度6℃，运行频率范围10 Hz～70 Hz。振幅测试采用丹麦BK公司的Pulse多通道声学测量系统，分别在压缩机储液缸、回气管和排气管下U部位粘贴应变片。

4 结果与分析

4.1 材料力学性能对比分析

各方案橡胶材料的拉伸曲线见图1，力学性能结果汇总见表2，随着石蜡油的比例增加，CIIR橡胶材料的硬度有所降低，相应地拉伸强度也有所降低。各配方CIIR橡胶材料的硬度和强度均与现有EPDM材料接近。

图1各橡胶材料的应力-应变曲线

图2 不同测试频率下，各橡胶材料损耗因子-温度图

图3储液缸振幅与运行频率曲线

图4 回气管振幅与运行频率曲线

图5 排气管下U振幅与运行频率曲线

4.2 材料阻尼性能分析

各橡胶材料的损耗因子和温度曲线见图2。

从图2可看出，在10 Hz～30 Hz的测试范围，在-40℃～60℃的温度变化范围内，CIIR阻尼橡胶的阻尼系数Tanδ均大于EPDM材料的Tanδ，且均在0.3以上，具有良好的阻尼特性，可以消耗更多的能量，因此预期CIIR脚垫会有更好的减振效果。

4.3 整机运行振动结果分析

整机制热运行时压缩机储液缸、回气管和排气管的振幅-频率测试结果见图3～图5，可以看到，使用EPDM脚垫时，各个位置最大振幅均出现在10 Hz～40 Hz的低频范围内，各配比的CIIR阻尼橡胶脚垫均表现出明显的减振作用。当频率大于40 Hz时，使用EPDM橡胶和CIIR阻尼橡胶脚垫的振幅均较小，且差异不太明显。

（a）储液缸的振动，在10 Hz～40 Hz的范围内，使用CIIR阻尼脚垫的振幅远低于EPDM脚垫原型机。在整个运行频率范围内，EPDM脚垫最大振幅频率在22 Hz，振幅为264 μm，使用CIIR脚垫后最大振幅频率出现在46 Hz，其中15/15的阻尼脚垫振幅峰值为109 μm，最大振幅较EPDM脚垫降低达58.7%。

（b）回气管振动，在10 Hz～42 Hz范围内，EPDM脚垫在22 Hz频率上出现振幅峰值，为167 μm，使用CIIR脚垫后振幅最大峰值出现在18 Hz，振幅为75 μm（25/5体系），较EPDM脚垫降低了55.1%。

（c）排气下U的振动，各脚垫的振幅峰值频率均在18 Hz，EPDM脚垫机器最大振幅达到473 μm，而使用油/树脂为20/10的阻尼脚垫最大振幅降至175 μm，较EPDM脚垫降幅达63.0%。

5 结论

在与EPDM橡胶材料基本相同的硬度和力学性能的前提下，改性CIIR橡胶材料在空调外机使用的环境温度（-40℃～60℃）范围内，阻尼系数Tanδ均大于0.3，远高于EPDM橡胶材料，表现出优异的阻尼特性，即可以消耗更多的能量。使用阻尼橡胶脚垫对比现有EPDM脚垫，可明显降低空调室外机压缩机及配管低频运行时的振幅，最大降幅可达63%，这大大提高了配管的振动可靠性，并预期对外机低频噪音的改善有较大的帮助。