碳化硼改性氟橡胶材料制作及性能概述

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1、碳化硼改性氟橡胶材料制作及性能概述第1章绪论1.1研究背景及意义随着船舶行业的不断发展，高转速、大功率机械设备的日渐普及，振动和噪声污染已经引起人们的广泛关注。当船舶辅机等动力机械在振动过程中，由于气压及机器零件的惯性作用，会使相对零部件之间发生碰撞而产生机械噪声[1]。这不仅影响船员的工作效率、降低睡眠质量，而且降低精密仪器的使用寿命，造成机械设备的疲劳损伤[2]。因此，减少机械振动和控制结构噪声成为改善船舶环境质量，提供船舶技术性能的关键因素。控制噪声的方法和技术主要分为两种[3]，一是通过改进机械设计或提高加工精度来降低声源噪声；二是通过铺设阻尼材料或吸声材料以减弱振

2、动能量的传递，限制空气及结构噪声的传播。其中，采用阻尼材料减振降噪是工程应用中发展最快、效率最高的治理方式。由于作用机理的不同，阻尼材料可分为高分子阻尼材料[4]、阻尼复合材料[5]、金属阻尼材料[6]，其应用价值已经体现在机械制造、电子工业以及建筑工程等多个领域当中。例如：PVC阻尼涂料和聚氨酯弹性体可用作汽车焊缝密封胶和车底涂料[7]；沥青与橡胶基复合材料可用于建筑物室内墙壁及通风管道[8]；阻尼合金可用于消音罩及导弹发射平台外壳[9]等。其中，采用高分子阻尼材料是众多减振降噪方法中最为行之有效的技术措施。高分子阻尼材料是利用分子链段的粘弹性原理，在玻璃化转变区产生滞后

3、效应和力学损耗，将机械能转化为热能而耗损出去[10]。在船舶辅机减振降噪工程中，以橡胶和聚氨酯等弹性体的应用最为广泛。尤其在大型军用舰船内部已经大量使用了橡胶、聚氨酯等弹性体作为阻尼材料，以期达到降低结构噪声和减少声纳平台自噪声，从而提高船舶的综合作战能力。1.2氟橡胶简介1.2.1氟橡胶结构及性能特点氟橡胶是指分子链中碳原子结合氟原子而合成的一种高分子弹性体。由于其分子结构中含有氟原子这一特点，使得氟橡胶具有普通橡胶难以比拟的耐老化、耐高温及耐化学腐蚀性能。从而广泛应用在航空航天、船舶、汽车及核工业等高端科学技术领域中[13]。氟元素的电负性极强，能够与碳原子相互吸引而形

4、成键能很高的碳氟(C-F)键，而且氟原子结合电子的能力越强，碳原子的氟化程度越高，则碳氟键的键能就越强。这种氟原子接枝碳原子的结构特点赋予了氟橡胶优良的耐高温及耐老化性能[14]。氟原子具有合适的半径和较大的键长，使其能够紧密排列在碳原子的周围，既增加了碳碳键(C-C)的键能，又对碳碳键(C-C)产生了良好的屏蔽效果，从而显著提高了氟橡胶的热稳定性和耐腐蚀性能[15]。人们利用氟橡胶特殊的结构特点，开发出了品种繁多，功能各异的氟橡胶产品。从材料组成成分的角度来看，目前氟橡胶可分为含氟聚酯类、含氟烯烃类、亚硝基类、含氟二烯类、以及氟硅橡胶等含氟弹性体。其中，23型和26型氟橡

5、胶的产业化规模最大，其产量占据了整个氟橡胶消耗总量的90%以上。人们在上述两种型号的基础上，通过调节化学成分，改善生产工艺等技术手段相继开发出了品级多样、性能优异的改性氟橡胶产品。第2章试验材料与试验方法2.1实验设计弹性体阻尼材料由于具有振动衰减和降低辐射噪声的能力，已被广泛应用于船舶海洋环境当中。尤其是船用主辅机电设备所在的舱室中大量铺设了弹性体阻尼材料及器件。其中，以力学强度适中，阻尼性能优良的橡胶和聚氨酯两种弹性体材料的应用最为普遍。表2.1对比了部分橡胶及聚氨酯的综合性能。由表可见，聚氨酯的弹性虽佳，但其耐老化及耐化学腐蚀性能稍差；而丁腈橡胶、丁基橡胶的有效使用温

6、度区间较窄，且耐老化性同样不佳；硅橡胶虽然耐热性较好，使用温度范围较宽，但其不耐强酸和强碱，只有氟橡胶既有优异的耐老化和耐化学腐蚀性，同时具备良好的弹性和耐热性，其优良的综合性能满足船舶海洋环境中复杂多变的工况条件。故本实验选用氟橡胶作为复合体系的基体材料。碳化硼(B4C)是一种具有高熔点、高硬度、抗化学腐蚀性良好且价格相对低廉的功能性填料，目前常用于研磨材料、轻质高强的陶瓷涂层以及枪炮的喷嘴等方面。例如，将碳化硼高温熔融成粉末，加工成特定形状的研磨材料用于硬质合金的研磨和抛光；在军舰的外表面涂覆碳化硼陶瓷涂层，可以有效抵制穿甲弹的攻击，提高防护能力；由于碳化硼的耐磨损、熔

7、点高及硬度高的优点，将其加工制造成枪械的喷砂嘴，避免了喷嘴因长期使用而造成的磨损和破坏[70,71]。2.2实验原料及仪器设备本实验以氟橡胶为基体、B4C粉体为填料，同时加入硫化剂、吸酸剂和补强剂等多种配合试剂制备B4C/FKM复合材料，具体原料及试剂见表2.3所示。采用低温薄通法进行塑炼，同时采用分段塑炼法加强塑炼效果，塑炼温度为30～40℃。在不同厚度辊距条件下通过若干次，使胶料充分受热压软。期间相继加入各种配合剂共混均匀，并反复辊压混炼。严格控制成分百分比误差，提高实验配比精度。最后以适当辊距下片，制得共混胶