減震橡膠是各種橡膠減震器之泛稱。即利用橡膠消除機械振動的特性達到減震、消音和減少衝擊所造成的危害。
基本介紹
- 中文名：減震橡膠
- 外文名：shock absorbing rubber
- 實質：橡膠減震器的泛稱
- 目的：消除機械振動
- 減震途徑：降低震源的激發力等
- 性能：阻尼性能與動態模量
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減震途徑
減震橡膠用於防止振動和衝擊傳遞或緩衝振動和衝擊的強度。減震橡膠廣泛用於各種機動車輛、設備儀器、自動化辦公設施和家用電器中。近年來，一些大型建築物和橋樑、計算機房等，也採用了隔離地震的層壓橡膠墊支撐建築物，以降低建築物的地震回響。通常控制振動是通過如下三個途徑：①降低震源的激發力；②將震動與激發源離開(隔震)；③緩和震動體的振動。減震橡膠主要用於後二者。
減震指標
從減震橡膠的減震原理和減震器的設計計算可知：當橡膠減震器的結構形狀確定之後，減震橡膠的主要性能指標如下：
①硫化膠的靜態剛度(K)，也即硫化膠彈性模量的大小。因為減震橡膠的固有頻率(w0)是隨剛度K而變化的，當機器的質量M已知時，減震橡膠的總剛度K=Mw0
②硫化膠的阻尼性能。作為減震器的減震橡膠，其主要功能是吸收震源發出的振動能量，特別是阻止由於振動波產生的共振效應所導致的同步振動，其減震效果與橡膠的阻尼性能密切相關。橡膠的阻尼來源於大分子運動的內摩擦，是高分子力學鬆弛現象的表現，是橡膠材料動態力學性能的主要參數之一。
橡膠阻尼性能通常用阻尼係數tanδ表征。為了獲得較好的減震效果，希望tanδ能滿足以下兩點要求：第一，在制品使用的頻率範圍和溫度區間，tanδ值較大；第二，tanδ峰較寬，以保證在較大的範圍內，減震效果較好，降低其對溫度和頻率的敏感性。隨著頻率的增加，動態模量增大，損耗角達到峰值。這個峰值的出現是因為材料變為玻璃態，提高頻率可以等效於降低溫度。橡膠的阻尼係數是減震橡膠重要指標之一，一般阻尼大一些對減震是有益的。但阻尼大會導致橡膠在動態下生熱多，影響製品的老化性能。因此，為了兼顧橡膠的減震性和生熱性，必須適當的調節和控制橡膠的阻尼係數tanδ。
動態模量
按主載荷的方向分類，減震橡膠的形狀有壓縮型、剪下型、複合型。產品之所以具有這些形狀，是為了使減震橡膠的三方向(橫向、縱向、鉛垂)的彈簧常數能適應廣泛的要求。不同的減震製品對動態模量也有不同的要求。根據高聚物分子結構與動態力學性能的關係可知，用作減震橡膠的分子結構特點是分子鏈剛柔適當，因為柔性過大的分子，鬆弛時間太快，不能充分體現它的黏性行為。減震橡膠的配方設計，除考慮上述關鍵性能指標之外，還應根據減震器的類型和使用條件，考慮疲勞、蠕變、耐熱以及與金屬黏合強度等性能。
橡膠的選擇
減震橡膠的剛度(彈性模量)主要是通過調節填充劑和增塑劑來達到，而受膠種的影響較小。其阻尼性能則主要取決於橡膠的分子結構，例如分子鏈上引入側基或加大側基的體積，可阻礙橡膠大分子的運動，增加分子之間的內摩擦。使阻尼係數tanδ增大。結晶的存在也會降低體系的阻尼特性，例如在減震效果較好的氯化丁基橡膠中混入結晶的異戊二烯橡膠，並用體系的阻尼係數將隨異戊膠含量增加而降低。
在通用橡膠中，丁基橡膠和丁腈橡膠的阻尼係數較大；丁苯橡膠、氯丁橡膠、矽橡膠、聚氨酯橡膠、乙丙橡膠的阻尼係數中等；天然橡膠和順丁橡膠的阻尼係數最小。天然橡膠雖然阻尼係數較小，但其綜合性能最好，耐疲勞性好，生熱低、蠕變小，與金屬件黏合性能好。因此，天然橡膠廣泛地套用於減震橡膠。如要求耐低溫，可與順丁橡膠並用；要求耐天候老化時，可選用氯丁橡膠；要求耐油時，可選用低丙烯腈含量的丁腈橡膠；對低溫動態性能要求苛刻的減震橡膠，往往採用矽橡膠。一般要求低阻尼時，用天然橡膠；當要求高阻尼時，可採用丁基橡膠。 選擇具有一定相容性和共硫化性的橡膠共混，是加寬阻尼峰寬度的有效方法，這對提高阻尼特性和改善其他性能都是有利的。
硫化體系對減震橡膠的剛度、阻尼係數、耐熱性、耐疲勞性均有較大的影響。 一般在硫化膠的網路結構中，交聯鍵中的硫原子及游離硫越少，交聯越牢固，硫化膠的彈性模量越大，阻尼係數越小。使用傳統硫化體系，並適當提高交聯程度，對減震和耐動態疲勞性有利，但耐熱性不夠。例如天然橡膠採用有效硫化體系和半有效硫化體系時，雖然耐熱性得到改善，但抗疲勞性能以及金屬件的黏著性則有下降的趨勢。因此，必須要使這些性能得到恰當的平衡。
