非金属弹簧材料
另一类弹簧或弹性材料广泛应用的为橡胶、塑料类非金属材料产品,近年来聚胺酯类材料具有更高强度而得到了更广的应用。橡胶利聚胺酯类材料由于其本身很高的弹性、良好的耐磨性、隔音性和阻尼特性等特点,而用于汽车、兵器、宇航、化工等减振、消音机构上,与一般弹簧钢相比具有更大的吸收能能量、耐腐蚀、非磁性和绝缘性能。
橡胶类、聚胺酯类和增强性塑料等材料,包括高强度纤维材料,品种繁多,并且公司和行业产品标准更新很快。多数情况都是供货厂根据用户或弹簧厂要求进行开发和调整配方。
13.1聚胺酯类
聚胺酯足山多元醇和二异氰酸盐二种主要的原料制作而成,在制作过程中,如果添加具有多功能基的第三种成分分,则可产生另一种分子结构形式的聚胺酯,交联聚胺酯。由于聚胺酯组成的多样性,以及成分间比例的可调性,使其兼有橡胶、塑料与纤维的特性,因而在加工有非常高的选择性。
聚胺酯大致可以分为:硬质(或软质)发泡体、涂料、按著剂、弹性体及热塑性聚胺酯。一般我们弹簧行业采用弹性休及热塑性聚胺脂。
常刚的硫化聚胺酯橡胶:
兼有橡胶和塑料的性能,其特点是在高硬度和高模量下,仍具有较高的弹性和扯断伸长率,这是一般橡胶和塑料难以兼备的。此外,聚胺脂橡胶具有很好的耐磨性、屈挠性和烃类燃料及大部分有机溶剂的抗耐能力,同时具有很高的物理力学性能、缓冲性、生物相溶性、耐辐射性和耐臭氧性,以及良好的电绝缘性和耐老化性能。广泛应用汽车工业上的各类部件,机械加工设备的各类缓冲、弹性件及摩擦件,或附于弹簧上以降低噪音和震动等,同时在制鞋业、纺织业和冶金业也有广泛的应用。
一般弹簧产品、护套、缓冲块、组合弹簧等聚胺脂材质部分性能要求有:硬度(邵氏硬度一般大于80),测试标准ASTM D2240 ; 抗拉强度和延伸率,测试标准 ASTM D412;时效要求(老化实验) ASTM D573 ,通常有油类实验 ASTM D471 和温度类试验 ASTM D412;压缩要求 ASTM D395 ;还有密度要求等等。
13.2橡胶类
橡胶具有很高的弹性、良好的耐磨性、隔声性和阻尼特性等优点。橡胶与其他材料比较,最大的区别是弹性模量低(E≈IOMPa)和伸长率很高(δ=100%~1000%)。这种优良的拉伸和压缩能力具有高的储能能力。在各类产品中得到广泛的应用。橡胶弹簧和空气弹簧都是用橡胶制造的,这两种弹簧广泛用于各种车辆悬架系统、飞机的起落机构、抗冲击和振动的隔振器、气动仪表和床垫弹簧等。
橡胶分天然橡胶和人工合成橡胶,或是这两种的混合橡胶。
橡胶按其使用性能分为通用橡胶和特种橡胶。通用橡胶有:天然橡胶(NR);丁苯橡胶(SBR);丁二烯橡胶(BR);异戊二烯橡胶(1R)。特种橡胶有:丁腈橡胶,耐油性强;异丁橡胶,减震性好;氯丁橡胶,耐气候性强;乙烯丙烯共聚橡胶,耐热性好。表2-90是常用橡胶的主要性能。
2-90 常用橡胶的主要性能
橡胶品种
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杭拉强度
|
伸长率
|
最高使用
温度/℃
|
耐有机酸
能力
|
耐高浓度
无机酸能力
|
耐高度
碱能力
|
耐汽油能力
|
天然
丁苯
异戊
顺丁
丁基
氦丁
聚氨脂
丁腈
三元乙丙
丙烯酸脂
硅
氟
|
23~35
15~35
20~30
18~25
17~21
25~27
20~35
15~30
15~25
7~12
4~10
20~22
|
650~900
500~800
600~900
450~800
650~800
800~1000
300~800
300~800
400~800
400~600
50~500
100~500
|
120
120
120
120
170
150
80
170
150
175
315
315
|
劣
劣
劣
劣
劣~良
劣~可
劣
劣~可
劣
劣
良
劣
|
劣
劣
劣
劣
优
良
劣
可
良
可
可
优
|
良
良
良
良
优
优
劣
良
忧
可
优
可
|
显著溶胀
显著溶胀
显著溶胀
不适用
显著溶胀
轻微~中等溶胀
适用
适用
不适用
不适用
显著溶胀
适用
|
用来制造橡胶弹簧的最合适的橡胶是天然橡胶和丁基橡胶两种,但是有时要求耐油性能时,应选用丁腈橡胶,而要求耐大气老化性能的,应选用氯丁橡胶等。
橡胶的刚度除了和弹簧的几何形状有关外,从材料的角度看主要取决于其弹性模量(E≈3G)的大小,而且减振系统的自然频串也随刚度而变化,因此关键在于调整和控制橡胶的弹性模量正。橡胶的弹性模量和硬度存在着一定关系,见图2-5
橡胶的阻尼特性是它的另一特点.橡胶弹簧不但能减振,而且还可以避免共振。但是阻尼也有导制橡胶生热不利的一面,因为阻尼作用主要是橡胶在变形时内部摩擦而产生的,它能使机械能转化为热能,同时也使弹簧变形产生滞后现象。通常把这种滞后特性用橡胶阻尼系数±来表示。阻尼和生热都随橡胶的φ值增大而增加,因此为了降低生热,就希望φ值小一些好。但是在受冲击的情况下,为了获得高的阻尼效果,则应增大φ值,而φ值主要取决于橡胶的种类,因此应根据具体使用情况选取橡胶的种类以便调节和控制它的沪值.表2-91是各种橡胶的阻尼系数φ
2-91 橡胶的阻尼系数φ
橡胶种类
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天然橡胶
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丁苯橡胶
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氯丁橡胶
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丁腈橡胶
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丁基橡胶
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阻尼系敷φ
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0.05~0.15
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0.15~0.30
|
0.15~0.30
|
0.25~0.40
|
0.25~0.40
|