炭黑在橡胶制品中的应用

　　三、橡胶臧震(阻尼)制品

橡胶具有优良的阻尼特性，广泛用于制造吸收冲击、减小或隔离震动的减震制品。因此被广泛地应用于各种机动车辆、飞机、 船舰等的动力机械及风机、水泵等辅助设备和仪器的震动隔离。近年来，一些大型建筑物和桥梁等也采用了隔离地震的层压橡胶垫支撑建筑物。对于结构震动和结构噪声的阻尼处理，称为黏弹性高阻尼材料。橡胶的滞后和内摩擦特性通常用损耗因子表示，损耗因子越大，橡胶的阻尼和生热越显著，减震效果越明显。橡胶材料损耗因子的大小不仅与橡胶本身的结构有关，而且与温度和频率有关。在常温下，天然橡胶(NR)和顺丁橡胶(BR) 的损耗因子较小，丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、 乙丙橡胶(EPR)、 聚氨酯橡胶(PU)和硅橡胶的损耗因子居中，丁基橡胶(IIR) 和丁腈橡胶(NBR)的损耗因子最大。用作减震目的的橡胶材料一般分5种，即NR、SBR、BR为普通橡胶材料; NBR用于耐油硫化胶; CR用于耐天候硫化胶，IIR用于高阻尼硫化胶，EPR用于耐热硫化胶。NR虽然损耗因子较小但其综合性能最好具有优异的弹性，所疲劳性好生热低，蠕变小与金属件黏合性能好，耐寒性、电绝缘性和加工性能也好，因此NR被广泛地用作减震目的，要求耐低温或耐天候性能时，可与BR或CR并用或共混改性。Nishiue等采用NR、BR及碳原子数大于4的含有一0H基团有机酸的金属盐制成的减震器具有较好的耐久性能，在70°C x22h和40℃ X148h条件下的压缩永久变形分别为17. 1%和11.7%。由于EPDM耐天候、耐臭氧老化、电绝缘性、耐热和耐寒等性能优异，近年来受到广泛关注。对橡胶的减震特性的影响是各种因素共同作用的结果。

炭黑对橡胶减震/阻尼性主要体现如下。

(1)用量影响

一般来说，橡胶的弹性模量会随着补强填充剂(如:炭黑、白炭黑)用量的增多而增大，同时受振幅的影响也随之增大，并引起损失系数的变化。原因是炭黑的二次结构在橡胶中由于范德华力的作用而形成了网状结构，既易于分解，也易于生成。当填充剂量大时，这种结构就能抵抗橡胶的流动变形，提高动态模量，而当振幅增加时，这种结构被破坏(即破坏分解多于生成)，于是模量下降而损失系数增加。但填充量小和模量低的胶料变化不大。

(2)炭黑粒径影响 炭黑粒径是炭黑补强作用的重要因素。在等量配合的条件下，炭黑的粒径越小(特别是小于硫化胶交联点间链段长度时) ,补强效果越好，弹性模量越高，且硬度越大(一定值后变化不大)，回弹率越小，硫化胶的生热越大;炭黑的粒径越大，回弹率越高，损耗系数越小，生热越低。说明炭黑的粒径对硫化胶的弹性模量及减震性能有较大的影响。

(3)炭黑分散度的影响 炭黑的分散度越高，橡胶材料的贮存模量(弹性模量)越高，而损耗模

量越低和滞后损失越小。因此,为了得到高阻尼橡胶材料，炭黑的分散度不能太高。但分散度过低，在受外力时，材料及结构会出现局部过热现象，从而导致材料及结构的过早破坏。 在相同分散度下，随着炭黑用量增大，橡胶材料的阻尼性能提高，而且炭黑种类对橡胶材料的阻尼性能影响也很大。

根据上述规律，对于减震橡胶配方来说，在NR中应多配人半补强炭黑(粒径60~ 100nm)或细粒子热裂法炭黑(粒径100~ 200nm) ;而合成橡胶本身的强度低，补强效果不佳，只能采用快压出炭黑(粒径40~ 48nm)和通用炭黑。从疲劳和屈挠性能来看，炭黑在减震橡胶中起着不良的影响。炭黑粒径越小，补强效果越大，则疲劳作用越显著，屈挠破坏也越严重，为了获得较好的耐疲劳和耐屈挠性能，也应选用粒径较大的炭黑。但为了克服目前选用单一品种炭黑导致胶料性能上的缺陷，可采用两种或两种以上炭黑并用，包括粒径较大的炭黑(如N990)代替部分其他发黑，以满足减震橡胶的性能要求。此外，采用乙烯(型)单体对炭黑的表面进行接枝改性，可提高胶料的物理性能，特别是老化后的物理性能，同时能显著降低胶料在动态下的疲劳生热。20 世纪90年代发现了碳纳米管以后，由于其惊人的强度、韧度及弹性复原度，可制成高弹性减震橡胶，诸如:汽车减震装置可能被制成像纸一样薄，在建筑和桥梁支座、大功率防震胶垫等都有它用武之地。近期试验表明，蒙脱土不仅可以显著提高胶料的定伸应力、拉伸强度和断裂强度，而且可减少高结构炭黑的用量，改进交联网络结构，从而使材料的疲劳生热显著降低，延缓疲劳破坏过程。此外，由于蒙脱士的屏蔽作用，还能提高胶料抵抗氧、臭氧和光老化能力，改善橡胶减震制品的性能。