[科普中国]-功能橡胶制品

功能橡胶制品是在橡胶中加入某些填料使材料具有特殊性能的材料。例如，以橡胶为基胶加入阻尼填料提高材料力学损耗系数，可起到减振降噪作用；加入导电填料和金属颗粒可制成导电、防静电材料；加入阻燃防火配合剂可使橡胶制品不燃、可隔离热源保护基体。

阻尼减振橡胶采用橡胶减振已有70年的历史，最早应用于飞机仪表、航空发动机和舰船的柴油机架减振，其后迅速扩展到汽车、火车、土木建筑以及各种重型机械上。随着尖端工业向高速度、大功率方向的发展，振动和噪声日趋严重。宽频带的随机振动会引发结构多级共振可使电子器件失效、仪器仪表失灵、机械零部件寿命缩短，从而降低装备的精度与可靠性。振动和噪声还会损坏人的神经系统，导致疲劳、工作效率降低甚至人体器官发生病变。火箭、卫星事故中约有60%的故障与振动和噪声有关，而阻尼减振橡胶的研究和应用是这门技术中一个重要组成部分。阻尼减振橡胶就是利用橡胶的阻尼特性提高防振和减振效果的一类材料。在使用条件下阻尼减振橡胶的力学损耗系数为0.1～0.3，特殊使用部位要求损耗系数可高于0.70。近年来随着合成橡胶及配合技术的进步已从普通减振橡胶而发展到阻尼橡胶，而对阻尼减振橡胶又提出了低动静比高阻尼、高阻尼低蠕变等更高的要求，同时还开展了新型减振橡胶制品的设计工作，从材料和结构等方面提高阻尼减振橡胶制品的使用性能。1

稀土功能橡胶材料稀土功能材料，从20世纪70年代开始进入了高速发展阶段，其应用和产业化开发的速度愈来愈快，一般以5年左右的周期出现一个震动世界的新成果，已经成为新兴产业与社会进步不可缺少的新材料，并迅速形成新技术产业。在橡胶工业中，稀土功能橡胶也成了新技术领域，随着研究的不断深入，其品种越来越多，应用范围也由特殊变为一般。

橡胶材料的功能化就是通过物理或化学的手段与新型材料复合或混合，及采用新型加工方法等使橡胶材料获得原来不具备的某些特殊性能。这些特殊性能包括：力学性能方面的超低硬度、超高强度；热学性能方面的导热、热敏变色；电学性能方面的导电、电磁波屏蔽和吸收；光学性能方面的光刻、光蓄，可光降解；生物学性能方面的仿生，可生物降解；其他方面有磁性、亲水性、形状记忆和富氧等特性。不同类的稀土功能助剂加到橡胶中，可使橡胶分别具有磁性、荧光、电热转换、电磁波屏蔽和吸收、可光降解等特性，从而制得功能橡胶制品；若将多类的功能助剂并用，则可得到复合型功能产品。1

感光性橡胶感光性橡胶作为成像材料，可用于印刷领域、集成电路(IC)、印制电路板等电子产品的制造。感光性橡胶而言，具有灵敏性、解像清晰、耐久性、耐腐蚀性等特点。感光性橡胶可以分为两类：一种是在橡胶中添加感光剂，另一种在橡胶结构中导入感光性基团。感光剂可用芳香族重氮化合物、芳香族迭氮化合物、有机卤化物等。感光性橡胶的两大用途是制造感光苯胺印制板和集成电路用的光致抗蚀膜。

(1)感光性苯胺印制板。感光性橡胶从底片直接曝光而制得橡胶凸板，因为其解像力强、印刷精度高、具有弹性，适用于高级印刷，在粗糙表面也能获得清晰的印刷效果。

(2)光致抗蚀膜。橡胶类光致抗蚀膜的缺点是显像时产生膨胀而使解像度降低。但是因为涂膜强韧适于密着曝光，所以被广泛地应用。阴性型光致抗蚀膜可用在NR、IR、BR的环化物中添加感光剂的材料，但因NR存在凝胶、灰尘等问题而几乎不能使用。IR的环化可用氯化锡等路易斯酸进行；BR的环化可用有机卤化铝进行。当环化率较高时Tg值也增高，而灵敏度将会下降，故应有一个最佳环化率。BR最佳环化率在60%左右，在IR的场合，环化率在80%以下为佳。BR为典型的商品橡胶类光致抗蚀膜，感光剂可用的双叠氮型感光剂，橡胶类阳性型光致抗蚀膜很少见。一般使用在甲阶酚醛树脂中添加叠氮化合物的材料，并利用UV辐射可形成碱可溶性的方法制造。这种材料的解像度高，但缺点是皮膜较脆。为获得皮膜强韧的阳性光致抗蚀膜，赋予橡胶弹性将是手段之一，例如：光分解性的聚异丁烯类橡胶对UV的敏感度较低。2

声学功能橡胶第二次世界大战期间，出现了水下探测定位器-声呐。利用声呐能发射和接受声波的特性来发现水中军事目标，确定距离和方位，从而使水下目标的隐蔽性相应失去意义。随着弹道导弹核潜艇的出现和水下武器的发展，大型军舰、超级舰船和客货轮的数量越来越多，因而对水下声系统及水下噪声控制的要求也越来越高，水下探测技术也起着越来越重要的作用。声波是发声体的振动状态在介质中传播的一种物理现象。当振动经空气介质传入人耳，使人耳的鼓膜振动时，便有声音的感觉。传播振动的介质可以是空气，也可以是液体或固体。水是传播振动状态的良好介质，它能有效地传递振动信息。在海水中，利用超声频声波可以达到探测远距离目标的目的。橡胶具有阻抗小、黏度大及吸收的能量能够很好地转变成热能，尤其在冲击频率比较高的情况下，其吸声性能要比金属好。

各种橡胶的吸声性能虽然有所不同，但无论哪种橡胶，由于吸声作用小，一般单纯采用实心橡胶作为吸声材料并不理想。尤其是在要求比较严格的场合，为提高其吸声性能，多数是做成夹海绵与玻璃或橡胶与金属粘合起来组成的复合吸声结构，由于玻璃的传声速度快，而橡胶的传声速度慢，前者密度大，后者密度小，所以夹层结构的吸声效果要比实心橡胶理想。当声波投射到海绵橡胶上时，声波在其多孔表面上会产生一部分散射，而入射到海绵微孔中的声波，由于橡胶的内摩擦、黏滞作用及薄膜的振动等，声波的能量将转变成热能而被吸收。

(1)透声橡胶制品。理想的透声材料是声波入射到透声层上时能够无反射、无损耗地通过，所以要求材料的特性阻抗与水匹配，材料的衰减常数要尽可能小。透声材料常用作水听器的包覆层，例如氯丁橡胶、丁基橡胶和近年来采用的浇注型聚氨酯橡胶。在水声工程中，声呐、鱼雷的导流罩或透声窗都需要具有一定结构强度的透声材料。例如利用钢丝增强透声橡胶，用以制作大型球鼻艏导流罩，或用玻璃增强塑料及其复合材料结合，用以制作各种潜艇声呐罩等等。

(2)反声橡胶制品。为了避免水下各种噪声(包括一切不需要的信号)的干扰，在水声设备上应采用反声橡胶材料。理想的反声材料应当使入射声波100%地被反射回去。首先，应当使材料的特性阻抗与水的特性阻抗严重失配；其次，要求材料的衰减常数小，使入射声波绝大部分被反射。这种材料在水声工程中多用作声呐反射罩，以及换能器基阵的反声后挡等。

在水声技术中，人们对吸声体很重视，对反声体则较少注意。在浅水中(即常压或低压下)这些问题很容易解决，海绵橡胶、泡沫塑料便能满足要求。在高压下，空气很容易满足这个要求，空气与水的阻抗比为143，在深水中可用含空气的海绵橡胶作反声材料，但必须避免使反声材料中的空气溢出和水对反声材料的渗透，所以大多数场合下利用闭孔海绵橡胶，它具有最好的反声特性，反射系数一般可达80%以上2。

本词条内容贡献者为:

刘玉峰 - 副教授 - 辽宁大学