SIDISTAR® R300在改善橡胶减震衬套动静刚度比中的应用
摘 要 AUTO--REVIEW
通过对在减震橡胶配方中添加纳米级无机材料SIDISTAR® R300配合实验，采用试验法考察胶料的焦烧性能、硫化仪性能以及胶料的物理机械性能的改变，并对该胶料的橡胶减震衬套与普通胶料进行性能对比，表明使用了纳米级SIDISTAR® R300的胶料所硫化的减震产品性能符合使用要求，动静比有明显的改善。
关键词： SIDISTAR® R300、减震、动静比、纳米
橡胶是一种伸缩弹性优异的高分子材料，广泛用于汽车轮胎、减震、胶带、胶管、密封件等的制造，已有近百年的历史。
橡胶减震衬套是橡胶和金属两种不同性质的材料很好地粘接制得具有不同构型和特性的复合件，随着我国汽车和机械等相关行业的发展，橡胶与金属复合材料制造的汽车用减震衬套已成为橡胶减震制品行业里的主导产品。
橡胶减震衬套动静刚度比是此类制品的一个特别重要的控制指标，动静刚度比越小，减震橡胶材料的回弹性能越好，工作时振动传递效果越好。由于橡胶材料本身的滞后效应和应力松弛的特性，动静刚度比一直是减震行业里内的一个“痛点”，很多橡胶减震制品的动静刚度比很难控制在一个相对稳定而且小于标准要求的使用范围。
在应用橡胶材料的过程中，通常在胶料中加各种填料，以提高橡胶材料的性能，满足现代工程所需要的强度、耐磨性、抗老化性等各种性能。当材料的结构单元小到纳米级时，材料的性质发生了重大变化，不仅明显改善了原有材料的性能，而且会有新的性能或效应产生。
SIDISTAR® R300是采用独特的工艺生产的纳米级二氧化硅无机材料。本工作研究SIDISTAR® R300粉对胶料加工流动性和耐老化、耐疲劳的影响，特别是在改善橡胶减震产品动静比方面的应用。
1 实验
1.1 原材料
天然胶 SVR10CV（越南产品）、防老剂（圣奥化工公司）、N774、N330（上海卡博特）、SIDISTAR® R300（上海怡创化工有限公司）、其它为常见市售原材料；
1.2 试验配方
A(生产配方)：SVR10CV 100；炭黑N660 23； 白炭黑 26；SI-69 4；
防老剂 4；促进剂 0.8；硫黄 2.5；氧化锌 5；石蜡 3；硬脂酸 1；氧化镁 3；
其它3.5。
B(试验配方)：SVR10CV 100；炭黑N660 23； 白炭黑10；
SIDISTAR® R300 20；防老剂4；促进剂0．8；硫黄 2.5；氧化锌5；石蜡3；
硬脂酸1；氧化镁 3；其它3.5。
1.3 试验仪器与设备
X（K）—160开炼机，上海橡胶机械厂；X（M）-35密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司；QLB平板硫化机，上海第一橡胶机械厂；AI—8000S电子拉力机，台湾高铁科技股份有限公司；MM4130C无转子硫化仪，北京瑞达宇辰仪器有限公司；邵氏硬度计、老化试验箱，上海实验仪器总厂；CMT7000系列微机控制电子万能试验机（MTS工业系统有限公司）
1.4 试样制备
1.4.1生胶塑炼条件
⑴ 用 X（K）—160开炼机进行塑炼，辊温40~50℃
⑵ 工艺条件
天然胶：烘胶（3天）→破胶（2mm,三次）→薄通（0.2mm,17次）→放厚（5mm,3次）→下片
1.4.2混炼工艺条件
⑴用X（M）-35密炼机进行混炼，在X（K）—160开炼机进行加硫磺作业。
⑵加料顺序：生胶及分散剂→小料及软化剂→一半炭黑→另一半炭黑和其它填料→促进剂→清扫→排胶
排料控制方法：采用时间－功率曲线联合控制法，即分段加料采用时间控制法，最后排料采用功率曲线控制法。
⑶功率曲线控制法。所谓功率曲线控制法，就是在加油后功率上升到最大值，然后下降并平稳一定时间后进行排料。
⑷加硫磺压片条件：压片降温（3mm,三次）→加硫磺→打三角包（1mm,5个）→下片（5mm）停放8小时后，按MM4130C无转子硫化仪所测的时间，采用QLB平板硫化机进行试样硫化，硫化时间为T90+6分钟。
1.5 性能测试
胶料的物理性能按相应ASTM标准测试。硫化胶的流变仪曲线按ASTM D5289测试；邵氏硬度按ASTD D2240测定；定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率按照ASTM D412测定，拉伸速率为500mm﹒min-1 ；撕裂强度按ASTM D624测定，拉伸速率为500mm﹒min-1； 老化性能按ASTD D573测试；压缩永久变形按ASTM D1229测定。
成品静刚度测试方法：应力±2000N，承载速度：10mm/min，3个循环，在±500处取值；动刚度测试方法：预载应力50N，振幅：±0.025mm，频率：100HZ
2 结果与讨论
2.1 SIDISTAR® R300化学分析
SIDISTAR® R300的各项性能指标如表1所示
表1 SIDISTAR® R300的各项性能指标
指标
单位
数值
片层平均直径R
nm
100~200
外观
/
浅灰色/纯白色
比表面积BET
m2/g
20-30
SI02含量
%
96~99
C含量
%
≤1.50
密度
g/cm3
2.2±0.1
游离水分
%
≤0.8
PH值
/
7.0-9.0
由表1可看出, SIDISTAR® R300外观呈浅灰色或纯白色，可用于黑色或浅色的橡胶制品中。
2.2 两种配方硫化胶性能对比
两种配方的硫化胶各种性能对比如表2所示。
表2 胶料试物理机械性能对比
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从表2可以看出，对于来硫化胶而言，使用SIDISTAR® R300的胶料的门尼粘度有很好的改善，加工流动性有很大的提高。焦烧时间较正常生产配方接近，硫化速度近乎相同，这主要是由于SIDISTAR® R300同普通补强材料炭黑一样，粒径小，比表面积大，无定形球状结构，平均粒径纳米级。其特殊的结构，使SIDISTAR® R300展现了与普通白炭黑截然不同的用途，在体系中通过其特有的滚珠效应从而减少内摩擦，改善胶料的流动性和填料的分散性能，同时可以同步改善胶料的耐老化性能和耐疲劳性能。
同时，因SIDISTAR® R300使用独特的生产工艺，表面硅醇烷基密度非常低，因而不需要额外加入SI-69或PEG等进行表面处理。
对于胶料的加工性能而言，使用SIDISTAR® R300的胶料的门尼粘度和ML明显降低，这是由于SIDISTAR® R300是亚微米级光滑的圆球颗粒，在体系中通过其特有的滚珠效应有效的减少橡胶中大分子链内摩擦，改善了胶料的流动性和填料的分散性。说明SIDISTAR® R300可以有效的提高胶料的流动性，从而提高胶料的加工性能。
与生产配方相比，硫化胶的耐老化性能也有比较明显的提高，这主要是由SIDISTAR® R300具有纳米材料所特有的小尺寸效应以及其特有的光滑球状结构产生的“滚珠效应”，减少了胶料的内摩擦，从而减少了橡胶动态情况下的生热。同时与大颗粒材料相比，SIDISTAR® R300由于尺寸小，可以深入到橡胶不饱和键附近，并与橡胶分子的不饱和键的电子云发生淤渗作用，从而提高了橡胶的稳定性。
2.3 成品试验
通过胶料的性能对比可以看出，使用了SIDISTAR® R300可以有效提高胶料的综合性能，为此在生产中使用，进行了减震衬套的成品试制，并与正常生产的同规格产品进行对比试验。
2.3.1生产工艺流程
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2.3.2金属骨架表面处理
⑴金属表面脱脂抛丸后，进行磷化处理，磷化采用锌钙系磷化工艺。磷化层要求无白灰、无黑斑、无露金属面。
⑵磷化后表面喷涂胶粘剂，为增加橡胶和金属粘接效果，采用双涂工艺，胶浆Chemlok205/6253配制成丁酮或二甲苯稀释的65%～75%的胶粘剂，用自动喷胶浆机喷涂，底涂厚度要求在5～10μm，面涂厚度要求10～20μm，达到表面无错喷、漏喷，均匀无杂质。
2.3.3硫化
产品采用注射硫化成型，注射硫化的优点：⑴胶料在注入模具前已在料筒内得到充分预热和预塑化，提高了胶料的流动性，有利于产品的质量提高和稳定；⑵注射法更适合硫化压力大、硫化温度高，硫化时间明显缩短的硫化工艺条件；⑶进胶量更准确，产品不会缺胶，成品的致密性高；⑷产品内在质量好，外观合格率高，产品尺寸精密度更理想。
采用立式真空注射平板硫化机（台湾磐石油压工业有限公司），硫化的工艺参数为：硫化温度165±5℃，硫化时间1200～1500sec，注射压力140～160Kgf，硫化压力≥190Kgf，硫化产品表面无气泡，无杂质，硫化模具应该定期喷脱模剂，以保证模具的使用寿命和产品的脱模效果和外观要求，本次试验使用Mc Lube® MA 6125E脱模剂。
2.3.4产品结构与测试性能方向如图1所示
图1减震衬套及性能测试方向示意图
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正常生产配方生产的产品与使用SIDISTAR® R300配方生产的产品的性能对比，其中每个配方各测5个产品，其性能结果对比如表3和表4所示。
表3 正常生产配方减震衬套性能
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表4 使用SIDISTAR® R300生产的减震衬套性能
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对于橡胶减震衬套而言，动刚度/静刚度值（简称动静比）越小，车辆在行驶颠簸过程中会变形越小，乘坐舒适性越好，驾驶操纵性越高，所以，很多减震衬套对动静比都有很严格的要求，一般都要求在1.3～1.5之间。但是，由于橡胶材料本身的具有滞后效应和阻尼损失，所以，减小减震橡胶产品的动静比是非常难的工作。从表3和表4可以看出，使用SIDISTAR® R300的产品，产品的性能符合使用标准，而且，动静比有了很显著的改善。
3 结论
1、 添加SIDISTAR® R300的胶料与普通生产配方相比，可以有效的提高胶料的流动性，从而提高胶料的加工性能。
2、由于SIDISTAR® R300特有的滚珠效应，减少了橡胶中高分子链的内摩擦力，从而减少了胶料动态下的生热，因此可以有效的提高胶料耐老化性能和疲劳性能。
3、使用了SIDISTAR® R300的胶料的橡胶减震产品，动静比有明显的改善。
END
陈国栋1，于国利2，邓波3，赵菲 4，
（1. 洛德机械（上海）有限公司，上海 200131；2.上海怡创化工有限公司，上海，200235； 3.哈金森工业橡胶制品(苏州)有限公司，江苏，苏州 2151224.青岛科技大学，山东，青岛 266042；）