气相二氧化硅用量与减振制品振动性能关系

郭瑞毅，涂春潮，任玉柱，陈子昂

(1.中国航发北京航空材料研究院股份有限公司，北京 100095；2.中国航发北京航空材料研究院，北京 100095)

硅橡胶由于其优秀的耐候性及高低温性能被广泛应用于减振降噪领域，然而无论是硅橡胶本身或者是硫化交联的硅橡胶其材料本身模量均极低，无法直接得到应用。通常的手段是添加各种填料，例如刘洋等[1]研究了石墨烯补强的硅橡胶材料，杨勃等研究了氧化石墨烯/白炭黑对硅橡胶的力学性能影响[2]，王天强等研究了纳米活性碳酸钙的补强效果[3]。在诸多填料种类中，二氧化硅填料对硅橡胶的补强效果最为明显，经过二氧化硅补强的硅橡胶断裂能可增加到3个数量级以上[4]，因此得以广泛的应用。二氧化硅在补强硅橡胶的同时，其他材料性能也有着多方面的影响，特别是对模量等力学性能影响明显，相关的研究已非常丰富，例如雷曼云等[5]研究了疏水二氧化硅使用分数对硅橡胶拉伸强度、撕裂强度、硬度、磨损率等方面的影响，李雪伟等[6]研究了气相法二氧化硅用量对硅橡胶拉伸、触变、表面粗糙度等性能的影响，鲁俊良等[7]研究了二氧化硅用量对硅橡胶高频动态性能的影响。这些力学性能对橡胶减振器的影响十分复杂，通常根据粘弹性理论减振器可以简化为弹簧及粘壶的串并联结构，例如采用并联弹簧刚度为k′、串联弹簧刚度为k″的Maxwell模型时，系统的绝对传递函数μF为：

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1 试验及方法

1.1 试验设备

DC-4000-40电动振动试验系统，苏州苏试实验仪器股份有限公司；T2000E电子拉力机，北京友深实验设备厂；LX-A型橡胶硬度计，上海市轻工业局标准计量管理所实验工厂；测厚仪，上海六菱仪器厂。

1.2 试验材料

苯基硅橡胶SE2045，北京航空材料研究院；T40气相二氧化硅，德国瓦克。

1.3 拉伸试验方法

拉伸试验按照GB/T 528进行，试样类型为2型。

1.4 撕裂试验方法

拉伸试验按照GB/T 529进行，试样类型为直角型。

1.5 厚度试验方法

拉伸试验按照GB/T 2941进行。

1.6 硬度试验方法

拉伸试验按照GB/T 531.1进行，测试类型为A型。

1.7 振动试验方法

将减振器安装在模拟配重上(见图1)，对整个系统在振动试验台上按照规定的方向进行1g扫频振动试验，扫频范围为10～2 000 Hz，扫频速率为1 OCT/min。

图1 减振系统轴向视图

2 结果与讨论

常用橡胶样条的测试性能见表1，由试验结果可知，随着气相二氧化硅的添加，100%定伸应力、硬度、试样厚度均出现了正相关，这主要是由于体积填充效应，即随着填料这种刚性颗粒的加入，橡胶体系的弹性模量将增大。伸长率则为负相关，撕裂强度、拉伸强度、拉断伸长率无明显关系，这主要是由于所用胶料为混炼胶，本身含有补强填料，再增加填料的补强效果不明显。

表1 不同含量气相二氧化硅时橡胶材料的力学性能

减振制品的性能见表2，随着填料使用量的增大，任意轴向的谐振频率和放大倍数出现了增大，这同样主要是由于随着填料的加入，橡胶体系的弹性模量增大造成的。同样也可知，减振器的谐振频率和放大倍数与100%定伸应力、硬度、试样厚度和伸长率的倒数正相关，然而其与哪个参量的变化趋势更加相似却难以直接判断。

表2 不同含量气相二氧化硅时减振器的动态性能

表3 橡胶材料力学性能与减振器动态性能归一化值相似程度比较

表4 硬度预测减振器动态性能的误差值

3 结语

通过上述研究可以得出如下结论。

1)随着气相二氧化硅的添加量的增加，硅橡胶的100%定伸应力、硬度、试样厚度均增大，伸长率则降低，撕裂强度、拉伸强度、扯断永久变形无明显变化。

2)随着橡胶填料使用量的增大，减振器任意轴向的谐振频率和放大倍数均增大。