1、丁苯橡胶吸声材料硫化体系的研究2005 年第 1 期舰船论证参考SHDj 蜃()lNS】I10lNN0.1丁苯橡胶吸声材料硫化体系的研究.田斌邱伯华(船舶系统工程部)摘要本文结合制品的特点,对丁苯橡胶吸声材料的硫化体系进行了研究.对促进剂,硫磺以及酚醛树脂进行了实验,筛选出了合适的促进剂与硫磺的配比,得到了并用酚醛树脂后橡胶的性质.通过对橡胶的机械物理性能和动态力学性能的测试,总结了配方中不同配合剂对橡胶性能的影响.关键词丁苯橡胶硫化体系硫磺促进剂酚醛树脂1 引言潜艇隐身包括声学隐身和非声学隐身两个方面,由于声波在水下传播的有效性,前者是潜艇隐身的决定性因素.潜艇的声隐身主要包括降低辐射噪声和
2、减小本艇目标强度两大措施.利用性能优良的吸声材料,一方面它可以吸收敌方主动声纳探测波降低本艇声反射强度;同时,它又可以抑制艇壳振动,降低除推进系统和水动力以外的机械声辐射,减小潜艇目标特征信号辐射强度,是同时提高潜艇主被动声隐身性能的有效手段之一.丁苯橡胶就是一种性能良好的吸声材料.丁苯橡胶(SBR) 是苯乙烯和丁二烯的共聚物 ,具有较好的加工性能和吸声性能,被作为吸声材料目前已得到广泛的应用,但目前还没有使丁苯橡胶的吸声性能完全发挥出来,需要对丁苯橡胶进行更加深入的研究和设计,而橡胶硫化是橡胶生产过程中的一个非常重要的阶段,这一过程赋予橡胶各种宝贵物理性能,因此橡胶硫化体系是橡胶材料研究的非
3、常重要的部分.一个完整的硫化体系主要有硫化剂,活化剂和促进剂组成.硫化反应是一个多元组分参与的复杂的化学反应过程,它包含橡胶分子与硫化剂及其它配合剂之间发生的一系列化学反应.目前普遍采用的硫化体系主要有:无促进剂的硫磺硫化体系 ;促进剂的硫磺硫化体系;非硫磺硫化体系.本文对丁苯橡胶硫磺硫化和硫磺与酚醛树脂并用硫化体系进行了研究.2 实验研究2.1 实验用原材料本研究所采用的主要实验用原料如下:SBR1502:工业品,齐鲁石化公司生产.硫磺(S):工业品,日本生产.对叔丁基酚醛树脂:工业品,牌号 24O2,浙江省松阳县有机化工厂生产.其它助剂均为橡胶工业常用配合剂.2.2 性能测试本实验所测的各
4、项性能及方法如下.拉伸性能测试:模压样品裁成哑铃型试样,按 GB104079 标准测试.邵氏硬度:按 GB1753192 标准进行测试.?收稿日期;20040107舰船论证参考 20O5 芷笛 1I/I蝴P,l一一混炼胶门尼粘度:采用门尼粘度仪,按(;BIT123292 进行测试,温度 IO0“C,时间 4分钟.焦烧特性:用(I)152.4mm 炼胶机制备混炼胶 ,混炼时间 30rain,用 EK 一 2000P 型硫化仪测 l50下混炼胶的硫化特性曲线.硫化胶性能试验:拉伸性能采用I90 电子拉力实验机,拉伸速度为 500ram/rain,按GB52882方法进行,其他性能按常规方法进行.动
5、态力学性能 DMA:测试频率为 10,升温速度为 3C/rain.3 实验结果与分析3.1 促进剂的选择促进剂的硫磺硫化体系是橡胶工业生产中应用最广泛的,历史最长的主要硫化体系.使用无机和有机促进剂来活化的硫化体系不仅大大缩短了硫化时间,减少硫磺用量,降低硫化速度,而且对橡胶工艺性能和机械物理性能也有较大的改善.促进剂的选择着眼于混炼胶的焦烧特性和产品性能.因本实验是为了制得丁苯胶厚制品,迟效性的次磺酰胺类促进剂适用,该促进剂有在通常的操作温度下门尼焦烧时间长,在硫化温度下硫化速度非常快的特点.本实验做了三种硫化体系对硫化特性的分析研究,硫化性能结果见表 l.表 l 不同硫化体系丁苯胶的硫化特
6、征(150E)编号 MLT 蚰焦烧时间备注15.8620.128:116:86S,Tr,M25.9418.4926:5915:0oS,Tr,DM33.4323.7528:264:02s/Tr,(Z从表 l 可看出,在相同硫化温度和压力下,第 1 组焦烧时间较长 ,但从焦烧时间到190 的时间较短,不利于厚制品的加工,第 2 组起始粘度较大,不利于胶料的流动,第 3 组的硫化时间,焦烧时间以及起始粘度等较好,最后选择的 T17CZ 为基本硫化体系.3.2 硫化剂用量的影响橡胶与硫磺的反应机理非常复杂,除了形成交联键外,还有许多副反应,例如环化和主链接枝反应等,因此加入不同用量的硫磺不仅影响交联网
7、的密度还对链的结构产生影响,试验结果表明硫磺用量对橡胶的硫化特性,力学性能及动态力学性能均有显着的影响,而且在不同的基础配方中的影响规律均有差别.硫磺用量对加工性能,硫化性能和机械物理性能的影响见表 2和表 3,实验结果表明:随着硫磺用量增加,最低粘度及最高粘度增加 ,硫化时间与焦烧时间均缩短,邵氏硬度略有增大,断裂伸长率和扯断强度下降,100%定伸强度和 300%定伸强度增大,实际配合时,结合力学性能综合考虑,保证材料的机械物理性能,一般用以 23 份适宜.表 2 不同用量硫磺丁苯胶的硫化特征(150)硫磺用量最低扭矩(ML) 最高扭矩() 硫化时间(T 蚰)焦烧时间(TS1)210.452
8、8.7926:163:35310.6633.8518:493:17412.6435.3313:163:31512.4134.9313:283:51田斌邱伯华:丁苯橡胶吸声材料硫化体系的研究 53表 3 不同硫磺用量丁苯硫化胶力学性能硫磺用量断裂伸长率扯断强度 100%定伸强度 300%定伸强度phr%P8 加 Pa 加 Pa邵氏硬度262020.0l1.866.17703449l7.52.369.3171444116.452.429.1571535414.942.6ll1.4971表 4 不同硫磺用量丁苯硫化胶动态力学性能硫磺用量 pllrtan8ma【Tg,2o时“tan82o时 tall8
9、20.7731.80.350.4530.8728.1O.3o0.5840.8o 一 29.80.310.535O.8630.10.480.6图 2 不同用量硫磺丁苯硫化胶动态力学性能随着硫磺用量的增加,断裂伸长率下降,材料的弹性下降,拉伸强度减小,定伸强度增大,硬度略有增大;硫磺用量对动态力学性能的影响见表 4 和图 2,硫磺用量增加,tanSmax变化不大,玻璃化转变温度及吸收面积均受到明显影响,原因分析为交联网络密集,可以有效的增加分子链间的联系,分子链上的交联点增加,交联点功能度增加,使分子链不易发生相对的滑移,交联网中网链受到更大的束缚,束缚了高分子线性主链的运动程度.同时,交联点在交
10、联网中埋藏的牢固程度增加,往往不易发生较大的形变,并且增加分子链间的联系,致使其机械物理性能和动态力学性能均发生变化.3.3s/酚醛树脂并用硫化体系对性能的影响酚醛树脂虽然硫化很慢,要求高的硫化温度,但它与 s 配合可增加交联网络结构层次,从而加宽材料的吸收范围.本实验中加入适量的酚醛树脂与 s 共同硫化,对提高 SBR 在高温区的吸收效率有一定的作用.我们选取了使用 s 与酚醛树脂并用硫化的硫化橡胶与用 s 硫化的硫化橡胶做对比实验,加工性能和硫化性能的实验结果见表 5.舰船论证参考 2O05 年第 1 期表 5 酚醛树脂辅助硫化对胶料加工硫化性能的影响最低扭矩(t,tL)最高扭矩(姗)焦烧
11、时间(IS1)硫化时间(“trgo)S3.7322.564:5811:11s,酚醛树脂 3.32233:2113:09从表 5 可见,s/酚醛树脂并用硫化体系与 s 硫化体系相比,胶料的粘度差别不大,但硫化时间延长,焦烧时间缩短加工安全性下降.对使用 S 与酚醛树脂并用硫化的硫化橡胶与用 S 硫化的硫化橡胶制作试样 ,对两种配方的机械物理性能和动态力学性能进行实验,机械物理性能和动态力学性能的实验结果见表 6.表 6 酚醛树脂辅助硫化对胶料机械物理性能和动态性能的影响ta 扯断强度扯断伸长率硬度 TgklI 正=0.5 峰宽峰面积,MPla,%,sb 叽以,诅瑚 xD1,2,S12.85617
12、60221.513543.79s,酚醛树脂 11.8757161191.294449.02从表 6 可见,S/酚醛树脂并用硫化体系与 S 硫化体系相比,硫化胶的扯断强度下降,扯断伸长率下降,硬度相近,玻璃化温度提高,主峰高下降,但吸收峰的峰宽与吸收面积增大,见图 3.因为它与 S 配合可增加交联网络结构层次,在高分子主链上增加了侧链,因为它们运动所需的活化能较分子链和链段所需的低,自然,随着温度的升降,这些小尺寸的运动单元同样也要发生从冻结到运动或从运动到冻结的变化过程,从而加宽材料的吸收范围,但吸收峰的主峰下降.由于增加的侧链随着温度的升降会发生对应的次级松弛,高聚物的某些物理性质也将发生相
13、应的变化,其动态力学性质也会有变化.分子链的支化程度增加,使分子之间的距离增加,分子间的作用力减小,所以,材料的硫化胶的强度与伸长率下降,吸收范围会加宽,吸收峰的主峰下降.4 结论T,-c:图 3 酚醛树脂辅助硫化对胶料动态力学性能的影响通过以上的实验结果和分析,得出以下结论.(1)选择 TITCZ 为基本硫化体系,硫化时间,焦烧时间以及起始粘度等较好,有利于厚制品加田斌邱伯华:丁苯橡胶吸声材料硫化傣系的研究 55工.(2)硫磺用量增加,最低粘度及最高粘度增加,硫化时间与焦烧时间均缩短,断裂伸长率下降,材料的弹性下降,拉伸强度减小,定伸强度增大,硬度略有增大;tan8nm 变化不大,玻璃化转变
14、温度及吸收面积均受到明显影响.(3)硫磺并用酚醛树脂后,硫化胶的强度与伸长率下降,硬度相近,玻璃化温度提高,主峰高下降,吸收面积增大.参考文献I 杨清芝.现代橡胶工艺学.北京:中国石化出版社,19972 朱敏.橡胶化学与物理.北京:化学工业出版社,19843 邓本诚.纪奎江.橡胶工艺原理.北京:化学工业出版社 ,19844BrydsonJ.A.RubberChemistry.London:AppaSciencePublishersLtd,19785MortonM.RubberTechnology.NewYork:VanNostrandReinhold,1987.作者简介:田斌,男,1978 年
15、 8 月生.2000 年毕业于青岛化工学院橡胶工程专业 .现任助理工程师,现已发表论文 3 篇.(上接第 50 页) 关注,声纳技术已从单一的被动式或主动式发展到主/ 被动复合模式,其中低频,大功率,高效率水声换能器,双拖曳线列阵,信号处理技术(强干扰源自适应对消,自适应波束形成等)波形设计与优化等,是新型声纳发展的关键技术所在.多传感器和多基地声纳的研究更具有前景.猎雷迫切需要高分辨率声纳.人类已进入 2l 世纪,海洋开发和探测已被许多国家列为高技术项目之列,声纳技术将在海洋工程中发挥更大的作用.参考文献1 刘孟庵主编.水声工程.浙江科学技术出版社,2OO22 李启虎.进入 21 世纪的声纳技术.应用声学,20013 王炳和,李宏昌.声纳技术的应用及其最新进展,应用声学.作者简介:穆志海,男,1977 年 l0 月生.2000 年毕业于哈尔滨工程大学水声电子工程专业,大学本科.现任助理工程师,工作后一直从事水面舰反潜方面的工作.
