張權(quán) 黃麗蓉 周建鋒

（第七一五研究所，杭州，310023）

氯丁橡膠，又名氯丁二烯橡膠，是由氯丁二烯（即2-氯-1，3丁二烯）為主要原料進行α-聚合而生產(chǎn)的合成橡膠，有良好的物理機械性能，耐油、耐熱、耐燃、耐日光、耐臭氧、耐酸堿、耐化學試劑，具有較高的拉伸強度、伸長率和可逆的結(jié)晶性，粘結(jié)性好，缺點是耐寒性和貯存穩(wěn)定性較差。不同型號的氯丁橡膠可分別應用在傳動帶、電線電纜、電纜護套、耐油膠管、粘接劑、橡膠密封件等產(chǎn)品上，在水聲行業(yè)中主要用作換能器及其它水下產(chǎn)品的包覆耐水材料或聲窗材料。作為水聽器和換能器的包覆層，氯丁橡膠能夠滿足透聲、水密、粘接好等條件[1]。

氯丁橡膠采用乳液聚合法生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝流程多為單釜間歇聚合，轉(zhuǎn)化率在 90%左右。國際上的生產(chǎn)企業(yè)主要有日本電化、拜耳、美國杜邦等公司，國內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)有重慶長壽化工有限公司、山西合成橡膠集團有限公司（山西山納）等兩家公司。兩家公司開發(fā)生產(chǎn)了CR232-1、SN231等多型產(chǎn)品，性能與國外產(chǎn)品接近，成熟度較高。

目前國內(nèi)在水聲行業(yè)應用的氯丁橡膠基本為重慶長壽和山西山納兩家公司的Ⅰ、Ⅱ型膠種，但實際應用情況一直沒有綜合的性能特性分析和應用介紹。本文對CR232-1、SN231、M40幾種國內(nèi)外常見的水聲用氯丁橡膠進行了性能對比分析，分別從物理特性、聲學特性、耐水特性等方面開展了試驗，最后對某型水下產(chǎn)品應用情況進行了介紹。

1 試驗制備

1.1 原膠及基礎配方

四川長壽CR232-1、山西山納SN231、日本電化M40氯丁橡膠；N330炭黑；滑石粉；增塑劑；硫脲類高效促進劑；氧化鋅；防老劑等。各以上述三種原膠混煉同一配方的膠料進行試樣和產(chǎn)品的應用。

1.2 混煉工藝及硫化方式

根據(jù)配方將原料混煉完成后，在開煉機以三角包方式打包4遍并下片。當模具溫度到達設定溫度時將剪切好的膠料放入模倉，通過硫化機壓力將膠料注滿模腔。膠料注滿后，合模保溫，到達設定時間后，取模修邊。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

1.3 硫化特性和工藝特性

采用溫度150℃、120 min的測試條件進行硫化曲線測試，測試結(jié)果見圖2。從圖中可以看出，山西山納SN231和日本電化M-40的混煉膠具有更為平坦的正硫化區(qū)域，硫化工藝特性更為優(yōu)良。但三者的T10（焦燒時間）和T90（正硫化時間）存在一定的區(qū)別，因此若采用三種氯丁原膠使用在不同制品上，需要根據(jù)不同制品的情況再次確認硫化時間，部分制品通過調(diào)整工藝可帶來更高的硫化效率。

圖2 三種混煉膠的硫化曲線測試結(jié)果

2 物理性能及聲學性能比較

2.1 常規(guī)性能測試

水聲行業(yè)用橡膠常規(guī)特性包括以下幾種：硬度、密度、拉伸、扯斷、定伸等，采用三種混煉膠分別按照參數(shù)對應國標測試試樣制作標準進行制作，并進行了性能測試，測試結(jié)果見表1。

表1 三種橡膠常規(guī)性能測試

從表1可以看出，三種橡膠在密度、硬度兩方面比較一致，在拉伸強度、扯斷強度等方面有一定的差別，但均處于同一量級。

2.2 聲學特性及耐水特性

作為水聲用包覆材料或聲學材料，主要包含透聲系數(shù)、聲速、透水率、損耗因子等幾個特性參數(shù)，采用三種混煉膠分別按照參數(shù)對應國標測試試樣制作標準進行制作，并進行了性能測試，測試結(jié)果見表2[2]、圖3。

表2 三種橡膠（6 mm厚圓片）的聲學特性

從表2可以看出，三種橡膠在2～12 kHz范圍內(nèi)透聲系數(shù)均不小于 99%，該頻段涵蓋了后續(xù)試驗換能器的工作頻段；在水中的聲速也基本一致；玻璃化溫度和損耗因子在動態(tài)熱機械分析儀DMA設備上進行測試，測試依據(jù)為ISO 6721-1，測試條件為：-50℃～40℃（變溫方式）、頻率10 Hz。從表3可得知，三者的水蒸氣透過系數(shù)接近，都處于較高的數(shù)量級。

表3 三種橡膠的水蒸氣透過系數(shù)測試

從圖3中數(shù)據(jù)得知，三種橡膠的玻璃化溫度Tg和損耗因子tanδ基本接近。圖中綠色為溫度曲線，紅色為楊氏模量曲線，藍色為損耗因子曲線。

圖3 三種橡膠的動態(tài)力學測試結(jié)果

3 應用情況

以某型發(fā)射換能器為例，采用上述三種混煉膠進行了包覆密封，硫化條件為150℃×30 min。按照該型換能器的設計要求和一般常用指標進行相應條件下的測試，結(jié)果見表4。測試結(jié)果數(shù)據(jù)均達到了換能器使用指標要求。

表4 三種橡膠在換能器上應用情況

4 結(jié)論

通過對四川長壽CR232-1、山西山納SN231、日本電化M40三種橡膠在同樣配方體系中的物理特性、聲學特性、耐水特性等方面的試驗對比，以及在換能器上的應用情況，得出如下結(jié)論：三種橡膠的物理特性、聲學特性、耐水特性都較為一致，作為水聲包覆材料和聲學材料的用途，均可達到要求；通過工藝性能對比，三種橡膠在硫化特性上具有一定的差別，在使用時需根據(jù)實際產(chǎn)品的情況，進行針對性選擇。