用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(二)

对于有效的消除回声参数，R和T都必须接近于0。术语称之为反声衰减（ER）和传导损耗（TL）。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(八)

3.6.2硫化的研究使用孟山都(Alpha科技)MDR2000做一系列150℃~170℃等温条件下的研究。将室温环境下的样品,放入模腔,加热到特定温度。测出随时间变化的扭矩。图3.34为ln(1-Et/E∞)随时间变化的图形,给出了在150℃等温条件下,所有情况下直线的起点的交联反应进程。这些线段的斜率值为不同红丹含量下的速率常数k。这些速率常数描绘出包含不同红丹含量产生的影响。见图3.

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(三) 第二章 橡胶配合:理论研究

2．1介绍 本章节讨论了特殊用途橡胶配合遵循的基本原则，以及在研究中各种配合材料的使用带来的不同功能性质。本章也介绍了目前提出的在重要特性方面的理论研究。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(一)

橡胶由于其在常温下独一无二的特性,被广泛应用于现代工程领域。橡胶在水下声学系统中扮演重要的角色。例如透声窗,声学挡板封装材料,吸声减震。在大多数水下应用领域,橡胶件被广泛应用于密封材料,阻尼,环境保护材料,电绝缘等。易于加工的特性使得橡胶件更加广泛的应用成为可能。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(二十五)

进一步工作的范围本论文涵盖了基于单一橡胶聚合物的换能器封装材料。这些材料用作声窗材料,以最小的损失传递声能。一个局限性是它们仅对窄频带有效,这取决于它们的机械玻璃化转变。作为合乎逻辑的延伸,实现宽带声窗材料还有进一步工作的余地。我们发现,像二氧化硅这样的填料在选定的频率范围内适合充当声学调节剂。在类似的生产线上,填料的组合或聚合物的混合可以作为工作的起点。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(二十)

4.3.4.1短时间内的应力松弛和恢复表4.9显示了经过短时湿热老化的橡胶中,应力关系行为的变化。直到老化约3周后,松弛率均未观察到显着变化,但是在此之后,松弛率开始增加。到连续暴露第五周时,在30℃下测量时,应力相关率增加了约140%。图4.18表示松弛率随温度升高而下降。这可以根据橡胶在低应变下的温度关系的(1)负斜率以及随着温度升高而增加的(2)水解吸速率来解释。估算Arrhenius活化能(Ea)随着湿热老化时间的延长而产生的增长。未老化的材料的Ea为8KJ/mol。暴露1个月可使Ea增加8~9倍,表明随着老化时间的增长,对链段移动的抵抗能力增强。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(十九)

4.2.2压缩应力松弛压缩应力松弛技术是橡胶材料寿命预测方法中的一个新兴领域。除抗冲击和振动支架材料外,该技术还特别适用于密封件和垫圈。该技术非常重要,因为设备的工作条件与测量的性能之间存在直接的关联。约束条件下样品的机械应力的松弛是一项测试,可以为发生的物理和化学变化提供有价值的见解。氧化引起的交联导致橡胶的模量增加和硬化,降低其作为密封件的性能。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(五)

2.3.8.4撕裂和耐磨性能不一样,加入补强炭黑对提高撕裂性能并不明显。天然橡胶和聚异戊二烯还有少许的效果,但是SBR和氯丁橡胶反而显著下降。原始的粗糙的矿物填充物,特别是那些相对颗粒比较大的,通常会令撕裂性能下降。某些树脂助剂,像古马隆,松香,石油树脂,酚醛树脂等,能够提高抗撕裂性能。据信这些树脂可以浸润填充物表面,提高橡胶与橡胶颗粒之间的连接。在低硬度材料中,高橡胶强度的聚合物,

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(十七)

由图4.1可以看出,曲线的早期部分(10天)相对于时间的平方根是线性的。根据Shen和Springer关系式(公式1.20),通过曲线θ、试样厚度h和平衡吸水率m5的斜率估算扩散系数。计算得出的1n(D)与绝对温度的倒数关系如图4.2所示。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(十四)

水在材料中的扩散系数在8~16cm^2/h。从扩散系数的阿累尼乌斯图中得到活化能为21.87kJ/mol。3.9.2对比不同橡胶的吸水率橡胶在制造过程中的固有电阻系数差异是很大的,这源于原本的基本的化学性质和聚合物分子的极性。现在比较研究不同橡胶聚合物在水中吸收特性。基本配方在表3.20中给出。水电吸收特性绘制在图3.70中。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性（十三）

溴化丁基橡胶的松弛过程表面活化能可以通过位移函数估算,其结果列于表3.15。可以看出随着填充量增加,活化能同步增加。这意味着随着填充含量的增加松弛速率下降。这一数据来自于垂直方向的位移。可以预见的是,随着橡胶态温度区域的变化,模量大小的影响将强于松弛速率的影响。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(十五)

样品为并用胶料,丁苯橡胶和天然橡胶比例为70:30。配方中和样品C一样添加70份GPF。并用胶料的动态力学性能与样品C相比,衰减更低。材料的弹性模量要比配方D更低。表3.29给出了配方E^H的音速和衰减。如同预期,硬度更高的F的音速也更高。两个样品添加了同等份数的不同类型的炭黑GPF和FEF,更低的炭黑颗粒尺寸带来了更高的音速和衰减。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性（十一）

MDR硫化分析表明,聚乙烯亚胺体系橡胶具有较低的起始温度(-80℃)和硫化活化能。聚乙烯亚胺和DPTU可以在氯丁橡胶中并用。氯丁配方的物理机械性能并不会受到这些新型的硫化体系的活化作用。MDSC结果表明聚乙烯亚胺体系的混炼胶硫化放热很低。硫化放热很低可以解释为混炼胶预硫化影响程度更高。聚乙烯亚胺体系更低的活化能和更低的起始温度可以得出结论,橡胶配方中的聚乙烯亚胺加速作用使得活化阈值温度变低。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(十二)

图3.57和3.58分别给出了不同的填充含量对补强性能的影响。反应走势与理论非常吻合。氯丁橡胶的随温度变化反应并不显著,而溴化丁基橡胶在高填充含量下,表现出巨大的离散。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(九)

3．6．3不同类型炭黑在硫化反应中的影响对不同类型炭黑FEF、SRF和GPF在硫化反应中的影响进行研究。详细结果在表3．7中列出。结果显示，从最大扭矩值和焦烧时间可以看出，加入FEF炭黑交联度最高。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(十)

3.7.3使用MDR2000对硫化过程进行研究流变仪设定以±0.5角度震荡。橡胶配方使用不同的交联体系S1、S2、S3分别使用MDR2000在80℃、100℃、120℃、140℃、150℃、160℃、和170℃下进行分析。同时分别记录下胶料在硫化过程中的弹性响应S’(同相)和黏性响应S”(异相)扭矩。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(四)

2.3.3填充和补强在许多的应用中,都需要在橡胶材料中加入大量补强材料,以增加硬度,刚度,拉伸强度和抗压性,提高产品的磨耗和抗撕裂。这些填充材料包括各种炭黑,细粒子的碳酸钙,黏土和硅。在配方中使用这些填充材料需要通过使用,了解这些材料的性能。炭黑是最常用的填充材料。2.3.3.1炭黑炭黑的基本成分是碳,由液体或者气体的碳氢化合物制备而得。通过不充分燃烧或者热分解。根据制备时准备方式不同,炭黑可以分为炉法,

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性(十八)

在图4.4中,我们测量了渗水时对应的重量损失,并绘制成不同温度下的时间函数。使用公式1.21从曲线的斜率(图4.4)计算渗透率。本案例中橡胶的Ep值为43.56kJ/mol。通过对样品厚度和覆盖面积的已知关系,可以估算出透过薄片的水。