橡膠減震

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，震動和噪音已經(jīng)成為各個領域的嚴重問題：它會降低操作精度，影響產(chǎn)品質(zhì)量；縮短產(chǎn)品壽命，使得高精儀器不能正常工作；危及安全性，使設備或構(gòu)建物早期破壞；污染環(huán)境及影響人身健康，諸如地震之類的震動甚至還給人類的生命財產(chǎn)造成極大的損害。因此，研究和掌握震動控制與噪音控制技術(shù)已是各國工業(yè)發(fā)展面臨的重大課題。消除震動和噪音的最根本和最好方法是減少或者消除震動源的震動，但實際上要想完全消除震動源的震動是不可能的，因此必須采取其他

2、控制震動的方法。實際應用中最廣泛、最有效的方法是使用各種減震制品，尤其是橡膠減震制品。它能夠有效地隔離震動與激發(fā)源，還可以緩和震動體的震動，因此被廣泛地應用于各種機動車輛、飛機、船艦等的動力機械及風機、水泵等輔助設備和儀器的震動隔離。近年來，一些大型建筑物和橋梁等也采用了隔離地震的層壓橡膠墊支撐建筑物。對于結(jié)構(gòu)震動和結(jié)構(gòu)噪音的阻尼處理，也廣泛地使用特殊的橡膠材料，稱為黏彈性高阻尼材料。1橡膠的減震作用及減震橡膠材料橡膠的特點是既有高彈態(tài)

3、又有高黏態(tài)，橡膠的彈性是由其卷曲分子構(gòu)象的變化產(chǎn)生的，橡膠分子間相互作用會妨礙分子鏈的運動，又表現(xiàn)出黏性特點，以致應力與應變往往處于不平衡狀態(tài)。橡膠的這種卷曲的長鏈分子結(jié)構(gòu)及分子間存在的較弱的次級力；使得橡膠材料呈現(xiàn)出獨特的黏彈性能，因而具有良好的減震、隔音和緩沖性能。橡膠部件廣泛用于隔離震動和吸收沖擊，就是因為其具有滯后、阻尼及能進行可逆大變形的特點。橡膠的滯后和內(nèi)摩擦特性通常用損耗因子表示，損耗因子越大，橡膠的阻尼和生熱越顯著，減震

4、效果越明顯。橡膠材料損耗因子的大小不僅與橡膠本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與溫度和頻率有關(guān)。在常溫下，天然橡膠(NR)和順丁橡膠(BR)的損耗因子較小，丁苯橡膠(SBR)、氯丁橡膠(CR)、乙丙橡膠(EPR)、聚氨酯橡膠(PU)和硅橡膠的損耗因子居中，丁基橡膠(HR)和丁腈橡膠(NBR)的損耗因子最大。用作減震目的的橡膠材料一般分5種，即NR，SBR，BR為普通橡膠材料；NBR用于耐油硫化膠；CR用于耐天候硫化膠；IIR用于高阻尼硫化膠；EPR用

5、于耐熱硫化膠。NR雖然損耗因子較小，但其綜合性能最好，具有優(yōu)異的彈性，耐疲勞性好，生熱低，蠕變小，與金屬件黏合性能好，耐寒性、電絕緣性和加工性能也好，因此NR被廣泛地用作減震目的，要求耐低溫或耐天候性能時，可與BR或CR并用或共混改性。Nishiue等采用NR、BR及碳原子數(shù)大于4的含有OH基團有機酸的金屬鹽制成的減震器具有較好的耐久性能，在70℃22h和40℃148h條件下的壓縮永久變形分別為17.0%和11.7%。由于EPDM耐天候

6、、耐臭氧老化、電絕緣性、耐熱和耐寒等性能優(yōu)異，近年來受到廣泛關(guān)注。最近，日本三井化學公司與鬼怒川橡膠公司通過采用高相對分子質(zhì)量的EPDM與低相對分子質(zhì)量的EPDM并用，合作開發(fā)出一種新型耐熱減震橡膠材料，并獲得了日本專利。該減震橡膠的各項測試表明，其減震性能與NR相同，但其耐熱性、低溫柔軟性要比NR等其他橡膠好。Iizumi采用EPDM制成用于汽車部件上的減震器用橡膠材料，具有很好的耐熱性，在190℃5h熱老化后，材料仍具有很好的層間黏

7、合性能。對低溫動態(tài)性能要求苛刻的減震橡膠，往往采用硅橡膠；當要求高阻尼時可采用IIR或鹵化IIR；PU具有優(yōu)良的耐磨性、耐屈撓性和對烴類燃料及大部分有機溶劑的抵抗能力，同時具有很高的物理性能、良好的電絕緣性、黏合性和耐老化性能。PU在減震隔音方面也得到了廣泛應用，如Adachi等采用PU制得減震和隔音良好的橡膠片層，應用到地板、天花板及彎曲板后，效果良好。軌枕墊、層壓木軌和塑料軌枕墊等)，橡膠軌枕墊以其獨特的彈性和良好的絕緣性能而被廣泛

8、地應用于鐵路線上。根據(jù)用途不同，混凝土軌枕橡膠墊板一般分為枕上(鋼軌下)墊板和枕下墊2種類型。橡膠軌枕墊由于長期裸露在大氣中和置于枕底下使用，不斷經(jīng)受機車經(jīng)過時的震動和沖擊，因此要求具有良好的耐自然老化、耐熱、耐寒以及良好的彈性和緩沖、吸震性能，此外還要具有較好的耐磨、電絕緣、抗壓及抗剪切等性能。在配方設計時最重要的是要考慮材料的耐久性和成本的低廉。常用的主體材料有NR，SBR，BR，CR，EPDM等。2.3橋梁用橡膠減震器在橋梁工程中

9、，梁式橋橋跨的兩端需設置支座。支座的主要作用是把橋跨結(jié)構(gòu)上的全部載荷(包括恒載和活載)可靠地傳遞到橋墩上，并承受橋跨結(jié)構(gòu)因載荷作用所發(fā)生的端部水平變位、轉(zhuǎn)角等變形；其次是適應因溫度和濕度的變化而引起的脹縮。橋梁支座有固定與活動支座2種，前者是為固定橋跨結(jié)構(gòu)在橋墩上的位置，可使橋跨結(jié)構(gòu)的端點自由轉(zhuǎn)動而不能移動；后者不僅使端部支點能自由轉(zhuǎn)動而且要求能自由移動，承受橋跨結(jié)構(gòu)因溫度變化、混凝土收縮及載荷等因素引起的伸縮變位。國外20世紀50年代

10、末開始使用橡膠支座，至60年代世界上已有許多國家應用。橋梁橡膠支座與其他剛性支座相比，不僅工作性能可靠，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、材料來源充足、加工制造容易等優(yōu)點。由于橡膠支座能適應寬橋、曲線橋和斜交橋的上部結(jié)構(gòu)在各個方向的變形，故目前不僅在中小跨徑公路橋梁、城市橋梁及鐵路橋梁上得到廣泛應用，而且在大跨徑的橋梁上也大量使用。目前在橋梁工程上廣泛使用的是普通板式、聚四氟乙烯板式和盒式橡膠支座3種類型。橋梁橡膠支座對橡膠主體材料的選擇原則，是在滿足

11、工程性能要求的前提下，結(jié)合使用環(huán)境條件的要求，基本上選用NR、CR、EPDM、IIR和氯化IIR等。橋梁橡膠支座制造工藝多用模壓。生產(chǎn)過程是橡膠經(jīng)塑煉后與配合劑按配方制成混煉膠，經(jīng)停放、回煉和壓延出片，剪成一定規(guī)格的半成品膠片。半成品裝模后在平板硫化機上加壓硫化。硫化過程要注意避免成品厚薄不均及鋼板的移動。在橋梁橡膠支座中，鉛芯橡膠支座是在普通減震阻尼橡膠支座中部豎直地灌鉛制成。灌鉛的目的一是提高支座的吸能效果，確保支座有適度的阻尼；二

12、是增加支座的早期剛度，對控制風反應和抵抗地基的微震動有利。由這種橡膠支座組成的隔震系統(tǒng)作為主導產(chǎn)品，已廣泛應用于國外的大中型橋梁，并取得了良好的效果。高阻尼橡膠支座是采用高阻尼橡膠材料制造的。高阻尼橡膠可以通過在NR或合成橡膠中摻入石墨得到，根據(jù)石墨的摻入量可調(diào)節(jié)材料的阻尼特性。和鉛芯減震阻尼橡膠支座一樣，高阻尼減震橡膠支座同時具備隔震器和阻尼器兩方面的功能，可在隔震系統(tǒng)中獨立使用。2.4建筑工程用橡膠減震器由于地震等無法避免的自然災害

13、，建造抗強烈地震的建筑物和構(gòu)筑物是建筑工程領域的重要課題。同時，日益增長的交通密度導致更大的震動傳遞和噪音污染，土木建筑的震動和噪音的隔離也成為亟待解決的問題。自1966年美國率先在阿巴尼大廈中使用隔震橡膠支座后，日本、法國、新西蘭和我國也相繼在一些重要建筑物中使用隔震橡膠支座。在目前建成的基礎隔震建筑物中，80%以上的建筑物采用疊層橡膠隔震支座系統(tǒng)抗震。疊層橡膠支座不僅在橋梁建設工程中廣泛應用，而且已用于建筑物的底座，用來隔絕震源、地