湿热环境苯基阻尼硅橡胶加速老化与寿命预测研究

研究了苯基阻尼硅橡胶的湿热老化过程,重点考察了其拉伸性能、阻尼性能和压缩回弹性能。对于拉伸性能,实验研究表明材料拉伸模量和100%定伸应力均随着温度或者湿度的上升而逐渐提高。对于阻尼性能,损耗系数随着温度或者湿度的上升而逐渐下降。对于压缩回弹性能,压缩永久变形随着温度或者湿度的上升而逐渐上升。另外,温度对苯基硅橡胶性能的影响大于湿度。这主要归因于老化过程中同时发生了侧基氧化和水解,进而导致分子链交联和断裂同时发生。相比于分子链断裂,分子链交联占据了主导作用。最后,采用Peck模型预测了不同温湿度环境下苯基硅橡胶的贮存寿命。由于阻尼性能决定了苯基硅橡胶的减振性能,因此将损耗系数作为评价特征参数。结果表明,在25℃下,当相对湿度在80%~40%间变动时,苯基硅橡胶的寿命在18~39 a间变化。此研究有助于进一步理解苯基硅橡胶的老化过程,并且提供了不同湿热环境下苯基阻尼硅橡胶寿命预测的方法。

高阻尼硅橡胶的制备

以低苯基硅橡胶、气相法白炭黑、自制阻尼剂为原料,制备了高阻尼硅橡胶,并测试了高阻尼硅橡胶的阻尼系数、损耗模量和储能模量.结果表明,将阻尼剂DA-1和DA-2并用制备的高阻尼硅橡胶与日本生产的阻尼硅橡胶相比,阻尼峰向高温方向移动了约34 ℃,峰值更高,阻尼峰加宽,在20～150 ℃的范围内阻尼性能优异,适合大应力、大应变而生热高的苛刻环境中使用.添加阻尼剂DA-3制备的阻尼硅橡胶在0～70 ℃范围内阻尼性能优异.

影响阻尼硅橡胶性能的因素

以阻尼剂制备了阻尼硅橡胶,研究了阻尼剂的量、水解条件和生胶的苯基含量对阻尼硅橡胶性能的影响,结果表明:阻尼剂的量在一定范围内(不超过20份),随着量的增加,阻尼硅橡胶的性能不断提高;混炼胶以210℃×4 h水解处理得到的阻尼硅橡胶综合性能为好;低苯基生胶(LPVMQ)比甲基乙烯基生胶(VMQ)制备的阻尼硅橡胶阻尼系数显著提高,但中苯基生胶(MPVMQ)比LPVMQ制备的阻尼硅橡胶阻尼系数提高较小。

高阻尼硅橡胶的研制

以不同阻尼剂分别对硅橡胶主链和填料表面进行改性的途径制备了阻尼硅橡胶,分别通过DMTA和应力应变法对制备的阻尼硅橡胶进行了研究,结果表明:采用阻尼剂DA-1/DA-3=15/5并用的配方,硅橡胶的阻尼性能最优,综合性能最好。硅橡胶的蠕变性能随着阻尼剂DA-1比例的增加而改善。

热空气老化下黏弹性阻尼硅橡胶寿命预测模型

以压缩永久变形为寿命分析研究对象,研究了常用工况下老化时间对黏弹性阻尼硅橡胶的储能模量、损耗模量及损耗因子的影响,同时采用热空气加速老化试验方法探究了黏弹性阻尼硅橡胶在不同温度(348,363,378,393 K)下压缩永久变形性能保持系数随老化时间的变化规律,并通过对两种老化动力学模型进行研究分析和修正获得了黏弹性阻尼硅橡胶的老化反应速率,此外,还对不同老化动力学模型下老化反应速率对Arrhenius模型的非线性行为进行了分段研究,推测了黏弹性阻尼硅橡胶的储存寿命。结果表明,在室温(298 K)下两种老化动力学模型在储存寿命为10.0 a时的压缩永久变形性能保持系数均为0.60;当选择压缩永久变形性能保持系数为0.50作为失效判据时,黏弹性阻尼硅橡胶的储存寿命分别为20.0 a和19.2 a,使用两种模型所得黏弹性阻尼硅橡胶的储存寿命误差仅为4%。

周期载荷下的阻尼硅橡胶动态粘弹性研究

研究了阻尼硅橡胶的非线性粘弹行为及在周期载荷下的动态粘弹性能变化。结果表明,在周期性载荷作用下,阻尼硅橡胶表现出非线性粘弹行为,且在疲劳后此种非线性特征更为明显;阻尼硅橡胶的疲劳过程分为3个阶段,分别为模量稳定阶段、微观损伤阶段及宏观损伤阶段;达到第3阶段时,基本可以判定硅橡胶材料达到了疲劳损伤寿命。

阻尼硅橡胶的研究现状

总结了阻尼硅橡胶的特点及制备阻尼硅橡胶的方法。

阻尼硅橡胶的高温动态性能研究

将阻尼硅橡胶在20～150℃下进行动静态性能试验,研究了阻尼硅橡胶的高温动态性能。结果表明,阻尼硅橡胶的损耗角、动刚度均随着试验的进行逐渐减小,最后趋于稳定。阻尼硅橡胶稳定后的损耗角、动刚度均随着温度的升高而下降,其中,150℃下的损耗角、动刚度是20℃的0.43倍和0.67倍。在周期性外力下,再施加缓慢的静态力后,阻尼硅橡胶的静刚度随着温度的升高而降低,动静比随着温度的升高逐渐降低。

石墨填充阻尼硅橡胶材料的动态力学性能研究

通过开炼方式在SE2155阻尼硅橡胶材料中加入石墨,研究石墨/SE2155阻尼硅橡胶复合材料的物理性能和动态力学性能。结果表明:随着石墨用量的增大,石墨/SE2155阻尼硅橡胶混炼胶的加工性能变差,硫化胶的拉伸强度先增大后减小,在石墨用量为10份时,硫化胶的拉伸强度达到9.2 MPa;石墨用量为5份时,石墨/SE2155阻尼硅橡胶硫化胶的综合性能较好;石墨用量不超过20份,石墨的加入不改变SE2155阻尼硅橡胶材料的模量及阻尼特性随温度、频率及应变变化的趋势。

DOPO超分子作用硅橡胶阻尼材料多参数动态力学性能研究

将9,10-二氢--9氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)接入多乙烯基硅油制得含DOPO的多乙烯基硅油,并用于白炭黑的改性。以苯基硅橡胶为基料,添加改性白炭黑制得具有超分子作用的硅橡胶阻尼材料。研究了阻尼材料在温度、频率、振幅多参数环境下的动态力学性能。结果表明:在实验范围内,材料的储能模量随着频率的增加而提高,随着温度、振幅的增加而减小,储能模量变化范围为0. 214~1. 57MPa;损耗模量随着温度的增加而减小、随着频率的增加而提高、随着振幅的增加而先增后减,变化范围为0. 0194~0. 303 MPa,损耗模量最大值在233 K、100 Hz、30μm处;损耗因子随着温度的升高而减小,随着频率、振幅的增加而增大,变化范围为0. 0855~0. 416。材料的储能模量及损耗模量在低温(280 K)、低振幅(50μm)、低频率(20 Hz)环境下变化幅度较大,且均在温度、频率、振幅增长后逐渐趋于稳定。

阻尼剂提高硅橡胶阻尼性能的研究

采用阻尼剂提高硅橡胶阻尼性能,研究了不同阻尼剂对硅橡胶性能的影响。结果表明,阻尼剂DA—1和DA—3均可有效提高硅橡胶阻尼系数。采用阻尼剂DA—1/DA—3配比为15/5时,硅橡胶阻尼性能最优,综合性能最好。

金属橡胶-硅橡胶复合阻尼结构的减振性能

基于正弦扫频试验对金属橡胶-硅橡胶(metal rubber/silicone rubber,MR-SR)复合阻尼结构的减振性能深入探究,适用于狭小空间环境下的减振器结构。通过对比不同阻尼结构的材料性能,发现纯金属橡胶阻尼结构具备良好的耗能特性,而MS-SR复合阻尼结构由于金属橡胶层与硅橡胶层之间的摩擦阻尼,具有较低的共振频率;此外,分别对MR-SR复合阻尼结构展开了芯层密度、激振力、以及预紧量的单因素对照试验,发现增加芯层金属橡胶制品的密度或预紧量都会使MR-SR复合阻尼结构抵御变形能力增加,导致共振频率和共振放大因子上升,损耗因子下降,并从微观层面对该现象进行解释。由试验中的刚度软化阻尼增强现象和正反向扫频的弯曲跳跃现象可得,MR-SR复合阻尼结构含有变刚度变阻尼特性和高次非线性刚度特性,为设计具有优异阻尼性能的材料及结构提供了有效的指导。

金属橡胶-硅橡胶叠层复合阻尼材料性能试验研究

对金属橡胶-硅橡胶叠层复合阻尼材料性能进行试验研究。首先，设计金属橡胶-硅橡胶叠层复合材料阻尼器及试验装置；其次，对阻尼器进行性能试验并获取试验数据。试验研究表明，金属橡胶-硅橡胶叠层复合阻尼材料的性能不仅与振幅有关，还与振动频率有关，具有非线性滞后特性。试验研究为金属-橡胶硅橡胶叠层复合阻尼材料数学建模、参数辨识和动力学设计及优化准备了试验数据，提供了重要依据和奠定了良好基础。

短纤维增强苯基硅橡胶隔振器振动特性研究

以芳纶短纤维和苯基硅橡胶为原料制得硅橡胶阻尼材料,进一步制得隔振器,研究了芳纶短纤维含量对隔振器阻尼性能和隔振性能的影响.结果表明,在实验范围内,随着短纤维用量的增加,隔振器的阻尼性能先增后减,隔振器的阻尼因子在短纤维体积分数为6.1%时达到最大值.在低频阶段,隔振器的振动响应量值均大于振动控制量值.随着短纤维的加入,阻尼材料的弹性模量持续增加引起隔振器刚度增加,从而导致隔振器共振频率增大.当短纤维体积分数为6.1%时,隔振器在共振区的功率谱密度值最小,最大值仅为0.104 g^2/Hz,同时隔振效率不仅没有降低,反而增加至68.9%.

DOPO超分子作用阻尼硅材料的动态力学性能

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)接入多乙烯基硅油中制得具有超分子作用的硅橡胶阻尼材料(DOPO-PMVSPVMQ)。研究了材料基团之间的超分子作用及其对材料阻尼性能的影响,建立具有超分子修正项的分数阶导数Kelvin-SI模型。采用模型对材料的动态力学性能进行了表征,研究其在不同环境条件下的性能变化情况。模型可以准确有效地对材料在不同温度(240~420 K)、不同频率(1~100 Hz)下的存储模量及损失模量进行描述。材料的存储模量及损耗因子都随着温度的升高逐渐减小,随频率的增加逐渐增大。在研究的温度及频率范围内材料的模量在0.4~0.8 MPa之间,损耗因子在0.15~0.3之间。在宽温宽频范围内,模型修正项贡献率在30%~60%之间。随着温度的升高、频率的增加贡献率逐渐下降,但仍然在20%以上。

某型惯性平台隔振系统的优化设计

本文对硅橡胶材料损耗因子进行控制，并对惯性平台隔振系统的结构进行分析并重新设计。使其隔振系统的三向刚度差异由52．8％降至10．7％，传递率由4．5降至3．5倍。同时隔振系统抗冲击性能得到极大的提升，极限载荷提高了120％，而三向冲击响应均控制在100g以下，满足了WXIP使用环境要求，取得了较好的隔振与抗冲击效果。