声学设备用橡胶透声壳体的研制

2023-11-29赵晓钢

橡胶科技 2023年11期

赵晓钢

（洛阳双瑞橡塑科技有限公司，河南洛阳 471003）

橡胶透声壳体（结构见图1）作为某型声学设备的包覆层使用时，其内部充有硅油（牌号为G07），外部完全浸入海水中，使用温度为－20～70℃，水压为1～3 MPa，在频率为0.5～5.0 kHz时，要求橡胶透声壳体的平均声压透射系数不小于0.90。

图1 橡胶透声壳体结构

声波入射到理想透声材料的透声层上时能够无反射、无损耗地通过，这要求透声材料的特性阻抗与水匹配，衰减常数尽可能小[1]。氯丁橡胶（CR）具有水密性和透声性能好的特点，是一种常见且重要的透声橡胶[2-3]，但加工性能差。丁腈橡胶（NBR）具有良好的耐低温、耐极性油和加工性能。

CR与NBR具有良好的相容性，可以任意比例混合。本工作通过配方设计研制满足性能要求的CR/NBR并用胶，依据产品结构及硫化设备设计合理的硫化模具和成型工艺，生产满足技术要求的橡胶透声壳体。

1 实验

1.1 原材料

CR，牌号为2322，山西霍家长化合成橡胶有限公司产品；NBR，牌号为3345，中国石油兰州石化公司产品；天然气槽法炭黑、气相法白炭黑、氧化锌、氧化镁、硬脂酸、防老剂RD、硫黄和促进剂CBS，国产市售品。

1.2 主要设备和仪器

XK-250型开炼机，广东利拿实业有限公司产品；UR-2010型硫化仪，优肯科技股份有限公司产品；XLB-D（Q）500型平板硫化机，湖州东方机械有限公司产品；CMT4304型电子万能拉力机，深圳新三思科技股份有限公司产品；MFT-120型水声中频管，中国船舶重工集团公司第702研究所产品。

1.3 试样制备

将CR和NBR在开炼机上薄通塑炼后，依次加入小料、炭黑和白炭黑、硫黄和促进剂，混炼均匀后下片。

混炼胶停放24 h后在开炼机上返炼，下片，使用试片模具制备物理性能测试试样，使用特制模具制备声压透射系数测试试样。

1.4 性能测试

硫化特性按GB/T 16584—1996测试；硬度按GB/T 531.1—2008测试；拉伸强度和拉断伸长率按GB/T 528—2009测试；撕裂强度按GB/T 529—2008测试；耐低温性能按GB 1146.2—1996测试；耐海水、耐硅油性能按GB/T 1690—2010测试；脆性温度按GB/T 1682—2014测试；耐热空气老化性能按GB/T 3512—2014测试；声压透射系数按GB/T 14369—2011测试。

2 结果与讨论

2.1 配方设计

根据声学设备的实际使用工况，要求与其装配的橡胶透声壳体的材料具有优良的耐海水、耐硅油性能，还要有良好的抗压、抗撕裂性能及较大的拉断伸长率。同时由于橡胶透声壳体对厚度均匀性要求较高，要求胶料在硫化成型过程中具有良好的流动性，即具有良好的可塑性。

设计胶料配方时，以CR和NBR为主体，加入天然气槽法炭黑以提高胶料的拉伸性能，加入气相法白炭黑以提高胶料的撕裂强度。经过大量试验，最终确定CR/NBR并用胶的配方为：CR 70，NBR 30，天然气槽法炭黑 20，气相法白炭黑20，氧化锌 3，氧化镁 2，硬脂酸 1，防老剂RD5，硫黄和促进剂CBS 12.5。

2.2 胶料性能

2.2.1 硫化特性

CR/NBR并用胶的硫化特性见表1。

表1 CR/NBR并用胶的硫化特性

为保证橡胶透声壳体与声学设备的装配性，对橡胶透声壳体筒壁厚度的精度要求较高，这需要胶料硫化时在模腔内充分流动，硫化前期不发生焦烧，确保胶料的加工安全性。从表1可以看出，与在150 ℃下硫化相比，CR/NBR并用胶在120℃下硫化焦烧时间长，据此设计并用胶在120 ℃下装模，进行产品定型，然后升温到150 ℃硫化。

2.2.2 物理性能

CR/NBR并用胶的物理性能见表2。

表2 CR/NBR并用胶的物理性能

从表2可以看出，CR/NBR并用胶的各项物理性能均符合技术指标要求。

2.2.3 声学性能

将CR/NBR并用胶裁剪成Φ118 mm×10 mm的圆饼状试样，在Φ120 mm脉冲管中测试胶料的声压透射系数，测试结果见表3。

表3 CR/NBR并用胶的声压透射系数

从表3可以看出，CR/NBR并用胶在压力为1～3 MPa、频率为0.5～5.0 kHz条件下的平均声压透射系数均大于0.90，满足橡胶透声壳体材料的声学性能要求。

2.3 模具设计

本工作设计的橡胶透声壳体硫化模具结构见图2，为保证壳体厚度的均匀性，在模具上设计3个均匀排布的定位销，以防止偏心，在上模设计气嘴，采用充气方式进行脱模。

图2 橡胶透声壳体硫化模具结构示意

2.4 成型工艺

橡胶透声壳体采用模压方式硫化，成品高度较高，胶料流动距离大，若装模温度高，胶料易在未完全充满模腔时硫化，导致成品报废。因此胶料在120 ℃下装模，将胶片均匀铺在下模底部，为保证成品尺寸需严控装胶量，避免装胶量过大造成成品厚度偏大、筒沿偏厚现象，然后合模逐步加压放气，使胶料充满模腔的同时顺利排气，随后升温至150 ℃硫化45 min，脱模时通入压缩空气，成品自动脱落。橡胶透声壳体成品（见图3）表面光滑平整，无气泡，厚度均匀，满足使用要求。