CN110396246A - 用于动态减震器的橡胶组合物和包括其的动态减震器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于动态减震器的橡胶组合物和包括其的动态减震器。该橡胶组合物可以包括树脂、填料、增塑剂、交联剂和固化促进剂，该树脂包括乙烯‑丙烯类橡胶和卤代异丁烯‑异戊二烯橡胶。例如，橡胶组合物可以通过以最佳混合比混合包括乙烯‑丙烯类橡胶和卤代异丁烯‑异戊二烯橡胶的树脂、填料、增塑剂、交联剂和固化促进剂来制备，因此增加其损耗因子，同时降低其在宽温度范围内的温度依赖性，从而改进抗振动特性，而不管季节或温度的变化如何。

Description

用于动态减震器的橡胶组合物和包括其的动态减震器

技术领域

本发明涉及一种用于动态减震器(动态减振器，动力减震器，动态阻尼器，dynamicdamper)的橡胶组合物，该橡胶组合物展现出对宽温度范围较低的温度依赖性(temperature dependency)。该橡胶组合物还可以提供损耗因子的改进，因此显示出优异的抗振动特性，并且为包括该橡胶组合物的动态减震器提供改进。

背景技术

动态减震器是能够以低成本有效地吸收振动的车辆部件。例如，当发动机频率和半轴频率在传递驱动力时共振时，提供给半轴的动态减震器吸收振动，从而改进了降低噪声、振动和声振粗糙度(粗糙度，harshness)(NVH)的性能。例如，将动态减震器提供在振动生成的部分处并且设计成具有与振动相同的固有频率(自然频率)以便吸收生成的振动。这里，材料的损耗因子越高，振动吸收效率越大。

用于动态减震器的材料通常包括具有优异的隔振性能的橡胶材料。然而，橡胶材料在低温下变硬，因而其固有频率增加，而在高温下变软，从而降低了固有频率。

在相关技术中为了增加动态减震器的损耗因子，传统上已经使用了诸如丁基橡胶的材料。虽然丁基橡胶在损耗因子方面增加了，但是在低温范围(-20℃)内固有频率增加的程度过高使得作为减震器的隔振性能不期望地劣化。

因此，车辆的振动和噪声问题可能是由相当大的温度依赖性和较差的损耗因子引起的，这可能会负面地影响车辆的乘坐舒适性(ride comfort)。因此，在应用动态减震器时，有必要开发可以提供低的温依赖性并将损耗因子保持在预定水平或更高而不管诸如温度的环境因素的橡胶。

发明内容

在优选的方面，本发明可以提供用于动态减震器的橡胶组合物。该橡胶组合物可以包括乙烯-丙烯类橡胶(乙烯-丙烯基橡胶，ethylene-propylene-based rubber)和卤代异丁烯-异戊二烯橡胶作为生橡胶组分以便降低温度依赖性并改进其损耗因子。

还提供了动态减震器，由于其降低的劣化敏感性，无论季节或温度的变化如何，该动态减震器在抗振动特性方面可以是优异的。

本发明的方面不限于前述内容，并且通过下面的描述能够被清楚地理解并且能够通过权利要求及其组合中描述的方式来实现。

在一个方面，本发明可以提供用于动态减震器的橡胶组合物。橡胶组合物可以包括：树脂，该树脂包括基于树脂的总重量的约70至90wt％的量的乙烯-丙烯类橡胶和约10至30wt％的量的卤代异丁烯-异戊二烯橡胶；填料；增塑剂；交联剂；以及固化促进剂(硫化促进剂，硬化促进剂，vulcanizing accelerator)。

如本文中使用的术语“树脂”是指合成的或天然的聚合物物质，例如，来自植物分泌物的物质(例如，生橡胶)，或者使用有机溶剂(诸如，醚)和构成树脂聚合物的重复结构的单体单元(例如，乙烯或丙烯单元、和卤代异丁烯-异戊二烯单元)由有机合成制成的物质。在一些实施方式中，树脂可以包括可以天然获得的生橡胶，或者通过化学反应处理的改性橡胶。

如本文中使用的术语“乙烯-丙烯类橡胶”是指包括乙烯和丙烯作为主骨架结构的树脂组合物的单体单元。此外，如本文中使用的术语“卤代异丁烯-异戊二烯橡胶”是指包括卤代异戊二烯，例如被一个或多个卤素诸如F、Cl、Br或I取代的异戊二烯，以及异丁烯作为主骨架结构的树脂组合物的单体单元。

如本文中使用的术语“填料”是指通常加入到树脂(例如，生橡胶)中以便改进树脂的性能的材料。在优选的方面，填料可以不与树脂中的其它组分进行反应或化学反应。

如本文中使用的术语“增塑剂”是指可以增加树脂的塑性或降低树脂的粘度的材料或添加剂。

如本文中使用的术语“交联剂”是指在树脂组分的单体或重复单元之间引发、延伸和/或形成聚合交联的材料或添加剂。

如本文中使用的术语“固化促进剂”是指引发和促进化学过程用于通过在聚合物链之间引入交联将形成的树脂或这些聚合物链，例如可以通过交联聚合物单元形成的每个聚合物链，转化为更耐久或刚性形式的树脂的材料或添加剂。优选的固化(硫化)可以适当地包括诸如氧化锌的金属氧化物、和/或诸如硬脂酸的饱和或不饱和脂肪酸。

乙烯-丙烯类橡胶可以适当地包括乙烯丙烯二烯单体橡胶(三元乙丙橡胶，ethylene propylene diene monomer rubber)。

卤代异丁烯-异戊二烯橡胶可以适当地包括氯-异丁烯-异戊二烯橡胶(氯化丁基橡胶，chloro-isobutylene-isoprene rubber)、溴-异丁烯-异戊二烯橡胶(溴化丁基橡胶，bromo-isobutylene-isoprene rubber)、或它们的混合物。

填料可以适当地包括选自由炭黑、碳酸钙、滑石、粘土、硅石(二氧化硅)、云母、二氧化钛、石墨、硅灰石和纳米银(nanosilver)组成的组中的至少一种。

增塑剂可以适当地包括石蜡油。

交联剂可以适当地包括过氧化物、硫、或它们的混合物。

固化促进剂可以适当地包括氧化锌、硬脂酸、或它们的混合物。

橡胶组合物可以适当地包括基于100重量份的树脂的约30至40重量份的量的填料、约15至25重量份的量的增塑剂、约1至5重量份的量的交联剂、以及约1至5重量份的量的固化促进剂。

橡胶组合物可以在从约-20至约0℃的温度范围内具有约70％或更小的固有频率变化(自然频率变化，natural frequency change)。

橡胶组合物可以在约50至200Hz的振动频率和约-20至100℃的温度下具有约0.192至0.662的损耗因子(loss factor)(tanδ)。

在另一个方面，进一步提供了包括如本文中所描述的上述橡胶组合物的动态减震器。

还提供了包括如本文中所描述的动态减震器的车辆(交通工具，vehicle)。

优选地，根据本发明的用于动态减震器的橡胶组合物可以通过将包括乙烯-丙烯类橡胶和卤代异丁烯-异戊二烯橡胶的树脂或生橡胶与填料、增塑剂、交联剂和固化促进剂以预定的混合比混合来制备，使得可以在宽的温度范围内降低其温度依赖性并且还可以增加其损耗因子，从而展现出优异的抗振动特性。

当根据本发明各种示例性实施方式的橡胶组合物应用于车辆的动态减震器时，由于其低的劣化敏感性，无论季节或温度的变化如何，都可以改进乘坐舒适性。

本发明的效果不限于前述内容，并且应该被理解为包括基于以下描述可以合理地预期的所有效果。

附图说明

图1是示出根据本发明示例性实施方式的依赖于频率的加速度峰值以便测量固有频率的曲线图；以及

图2是示出根据本发明示例性实施方式的依赖于频率的分贝峰值(dB peak)以便测量损耗因子的曲线图。

具体实施方式

结合附图根据下面的优选实施方式将更清楚地理解本发明的上述和其它方面、特征和优点。然而，本发明不限于本文中公开的实施方式，并且可以被修改成不同的形式。提供这些实施方式以彻底解释本发明并且向本领域技术人员充分传达本发明的精神。

在整个附图中，相同的参考数字表示相同或相似的要素(元素，元件)。为了本发明的清楚起见，结构的尺寸被描述为大于其实际大小。应当理解，尽管在本文中可以使用诸如“第一”、“第二”等的术语来描述各种要素，但是这些要素不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个要素与另一个要素进行区分。例如，在不脱离本发明范围的情况下，以下讨论的“第一”要素可以被称为“第二”要素。类似地，“第二”要素也可以被称为“第一”要素。如本文中使用的，单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确地指明。

还应当理解的是，术语“包括”、“包含”、“具有”等当在本说明书中使用时指定所述特征、整数(整体)、步骤、操作、要素(元素，元件)、组分(组件)或它们的组合的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数(整体)、步骤、操作、要素(元素，元件)、组分(组件)或它们的组合的存在或添加。而且，应当理解的是，当诸如层、膜、区域或片的要素被称为在另一个要素“之上”时，它可以直接在另一个要素上，或者可以在它们之间存在中间要素。相反，当诸如层、膜、区域或片的要素被称为在另一个要素“之下”时，它可以直接在另一个要素下，或者可以在它们之间存在中间要素。

除非另外说明，代表本文中使用的组分、反应条件、聚合物组合物和混合物的量的所有数字、值和/或表示应被视为包括影响测量的各种不确定性的近似值，这些不确定性主要发生在获得这些值及其他值时，因此在所有情况下都被术语“约”修饰是应该被理解的。另外，当在本说明书中公开数值范围时，这种范围是连续的，并且包括从所述范围的最小值到其最大值的所有值，除非另外说明。此外，当这样的范围涉及整数值时，包括最小值到最大值的所有整数都被包括，除非另外说明。

例如，除非特别说明或从上下文中显而易见，如本文中使用的，将术语“约”理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。可以将“约”理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文中另外清楚，本文中提供的所有数值都由术语“约”修饰。

应理解的是，如在本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆(passenger automobile)；包括各种艇和船的水运工具；航空器等，并且包括混合动力车辆(hybrid vehicle)、电动车辆、插入式混合动力电动车辆(plug-in hybrid electricvehicle)、氢动力车辆和其他可替代燃料车辆(例如，源自除了石油之外的资源的燃料)。如在本文中提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。

在本说明书中，当描述变量的范围时，应当理解变量包括含有在所述范围内描述的端点的所有值。例如，“5至10”的范围将被理解为包括诸如6至10、7至10、6至9、7至9等的任何子范围，以及5、6、7、8、9和10的单个值，并且还将被理解为包括所述范围内的有效整数之间的任何值，诸如5.5、6.5、7.5、5.5至8.5、6.5至9等。并且，例如，“10％至30％”的范围将被理解为包括诸如10％至15％、12％至18％、20％至30％等的任何子范围，以及包括10％、11％、12％、13％等直到30％的值的所有整数，并且还将被理解为包括所述范围内的有效整数之间的任何值，诸如10.5％、15.5％、25.5％等。

如本文中使用的，术语“频率变化”可以是指固有频率变化。而且，术语“温度依赖性”是指在测试温度范围，例如产品所经受的约-20至约0℃的低温范围和约23至100℃的高温范围内测量的固有频率值。简而言之，它意味着固有频率值相对于产品初始固有频率的变化。

而且，如本文中使用的，术语“损耗因子”是指基于3dB计算方法确定的无量纲值(dimensionless value)。具体地，它是在该处测量单独产品的共振点并且保持带宽恒定的点值与通过计算测量频率的变化获得的值的比率，并且表示为tanδ。损耗因子是当本发明的模制产品变形时可以吸收多少振动能量的指示符(indicator)。tanδ的值越大，吸收振动能量的区域越宽，使得最终展现出优异的抗振动特性。

本发明提出了用于动态减震器的橡胶组合物，该橡胶组合物包括树脂，该树脂包括乙烯-丙烯类橡胶和卤代异丁烯-异戊二烯橡胶。这样可以在宽的温度范围内降低橡胶组合物的温度依赖性并且可以增加损耗因子。

此外，当根据本发明各种示例性实施方式的橡胶组合物应用于车辆的动态减震器时，由于其低的劣化敏感性，无论季节或温度的变化如何，都可以改进乘坐舒适性。

在一个方面，用于动态减震器的橡胶组合物可以包括树脂、填料、增塑剂、交联剂和固化促进剂，该树脂包括基于树脂的总重量的约70至90wt％的量的乙烯-丙烯类橡胶和约10至30wt％的量的卤代异丁烯-异戊二烯橡胶。

优选地，用于动态减震器的橡胶组合物可以适当地包括基于100重量份的树脂为约30至40重量份的量的填料、约15至25重量份的量的增塑剂、约1至5重量份的量的交联剂、以及约1至5重量份的量的固化促进剂。

在可以包括生橡胶的树脂中，乙烯-丙烯类橡胶可以是乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶。乙烯-丙烯类橡胶的作用是改进低温柔韧性(low-temperature flexibility)并降低结晶度，从而有效地提高加工性能和低温性能。优选地，乙烯-丙烯类橡胶可以包括EPDM橡胶。EPDM橡胶可以适当地包括基于EPDM橡胶的总重量为约45至80wt％的量的乙烯、约20至55wt％的量的丙烯、以及约1至13wt％的量的二烯。

乙烯-丙烯类橡胶可以适当地基于树脂的量以70至90wt％的量使用。当其量小于约70wt％时，作为动态减震器性能的主要方面的依赖于温度的频率变化可能会有很大变化。这里，频率变化可以指示固有频率变化。在另一个方面，当其量大于约90wt％时，损耗因子可能显著地降低，使得难以实现作为减震器的功能。

在树脂中，卤代异丁烯-异戊二烯橡胶可以适当地包括氯-异丁烯-异戊二烯橡胶、溴-异丁烯-异戊二烯橡胶或它们的混合物。如本文中使用的卤代异丁烯-异戊二烯橡胶可以保持高的损耗因子，因此展现出优异的抗振动特性。

卤代异丁烯-异戊二烯橡胶可以基于树脂的量以约10至30wt％的量使用。当其量小于约10wt％时，损耗因子可能劣化。在另一个方面，当其量大于约30wt％时，依赖于温度的频率变化可能增加。

如本文中使用的填料可以改进橡胶组合物的机械性能。填料可以适当地包括选自由炭黑、碳酸钙、滑石、粘土、硅石、云母、二氧化钛、石墨、硅灰石和纳米银组成的组中的至少一种，但不限于此。

填料可以基于100重量份的树脂以约30到40重量份的量使用。当其量小于约30重量份时，其机械性能可能劣化，可能不会获得所需的性能。在另一个方面，当其量大于约40重量份时，其机械性能可能由于分散问题而劣化。

增塑剂可以适当地包括石蜡油，并且可以基于100重量份的树脂以15至25重量份的量使用。当其量小于约15重量份时，加工性能可能降低，导致低的生产率。在另一个方面，当其量大于约25重量份时，机械性能可能劣化。

交联剂可以适当地包括过氧化物、硫或它们的混合物。交联剂可以基于100重量份的生橡胶以约1至5重量份的量使用。当其量小于约1重量份时，橡胶耐久性可能降低。在另一个方面，当其量大于约5重量份时，可能导致不令人满意的耐热性。

固化促进剂可以适当地包括氧化锌(ZnO)、硬脂酸或它们的混合物。

用于动态减震器的橡胶组合物可以在从约-20至0℃的低温范围下具有约70％或更小的固有频率变化。当橡胶组合物应用于动态减震器时，即使在从约-20至约0℃的低温范围下，橡胶也可以不足够坚硬，并且因此固有频率不可能增加至大于约70％，从而降低温度依赖性。优选地，在从约-20至约-10℃的低温范围下的固有频率变化可以是约49％到66％。

而且，用于动态减震器的橡胶组合物可以在50至200Hz的振动频率和约-20至约100℃的温度范围下具有约0.192至0.662的损耗因子(tanδ)。同样地，当橡胶组合物应用于动态减震器时，减震器所需的损耗因子(tanδ)可以为至少约0.13。根据本发明示例性实施方式的橡胶组合物可以具有满足上面提到的所需性能的损耗因子，从而改进抗振动特性。

此外，本发明提出了包括上述橡胶组合物的动态减震器。

在本发明的各种示例性实施方式中，橡胶组合物可以通过将包括乙烯-丙烯类橡胶和卤代异丁烯-异戊二烯橡胶的树脂与填料、增塑剂、交联剂和固化促进剂以预定的混合比混合来制备，从而增加其损耗因子，同时降低其在低温和高温下的温度依赖性，最终改进抗振动特性而不管温度变化如何。

并且，根据本发明优选示例性实施方式的橡胶组合物因为其优异的减震性能(减振性能)和低的温依赖性而可以应用于任何类型的减震器，诸如用于需要减震性能的车辆的横向构件减震器(横梁减震器，cross-member damper)。

实施例

通过以下实施例将给出对本发明的更好理解，这些实施例仅仅是为了说明而提出，但不被解释为限制本发明。

实施例1至3和比较例1至4

用于动态减震器的橡胶组合物使用以下表1中所示的量的组分制备。

测试实施例1：取决于树脂的组分含量测量温度依赖性和损耗因子

使用实施例1至3和比较例1至4中的每一个的橡胶组合物，通过以下典型方法制造动态减震器。

制造减震器的方法

(1)模具制备(mold preparation)

制备适合于插入块(插入件，insert mass)的模具，并且芯部(core part)、下模部(lower mold part)和中间分离板彼此耦接(连接，结合，couple)。此后，将插入块放入模具中，并且然后用上模部封闭模具以便执行注射过程。

(2)注射成型

为了注射实施例1至3和比较例1至4中的每一个的橡胶组合物，向注射部施加向下的液压，从而注射橡胶组合物，并且然后在高温下保持预定时间段。

(3)完成

升起上模部和注射部，然后从芯部和下模部移除中间分离板，从而使减震器脱模。接着，使用切割工具从减震器去除毛刺(毛边，burr)，从而完成减震器。

测试方法

(1)固有频率变化的测量

将减震器安装至振动测试仪，并且然后以1G(9.81m/s²)的加速度进行加速持续1分钟的扫描时间。此后，如图1中所示，基于通过跟踪取决于频率在产品上出现最大加速度时的峰值来找到产品上的共振点的原理，测量产品的固有频率。图1是示出根据本发明示例性实施方式的依赖于用于固有频率测量的频率的加速度峰值的曲线图。使用可以与振动测试仪耦接的腔室来维持温度依赖性的测试温度范围，并且在每个测试温度范围内测量固有频率变化。

(2)损耗因子的测量

以与测量固有频率变化相同的方式测量依赖于频率的相对水平。图2是示出根据本发明示例性实施方式的依赖于测量损耗因子的频率的分贝峰值的曲线图。基于图2的曲线图和下面的损耗因子计算方法，测量损耗因子值。

损耗因子计算方法(3dB测量方法)：(f3-f1)/f2

f2(A)：在最高分贝时的赫兹

f1(B)：从最高分贝减去3分贝产生的赫兹

f3(C)：从最高分贝减去3分贝产生的赫兹

表1

如根据表1的结果显而易见的是，实施例1至3在-20℃的温度下展现出67％或更低的温度依赖性并且在23℃的温度下展现出0.241或更大的高损耗因子。

然而，比较例1和4显示出良好的损耗因子，但是高温依赖性大于100％。而且，在比较例2和3中，在23℃的温度下的损耗因子为0.177或更低，这大大降低。

特别地，在使用该树脂的比较例3和4中，温度依赖性和损耗因子两者一起劣化或增加，由此基于两组条件，这被认为难以满足所需的性能。

因此，当使用以最佳混合比包括乙烯-丙烯类橡胶和卤代异丁烯-异戊二烯橡胶的树脂时，使在-20℃的温度下的固有频率变化最小化并且在23℃的温度下的损耗因子保持在预定水平或更高，从而改进了作为减震器主要性能要求的抗振动特性。

测试实施例2：取决于温度变化测量温度依赖性和损耗因子

以与测试实施例1相同的方式测量实施例2和比较例3和4的减震器在-20至100℃的温度范围内的温度依赖性和损耗因子。结果示于下表2中。

表2

如表2中所示，在实施例2中，在-20℃至0℃的温度范围内固有频率变化保持为低至49％或更低。而且，在上述温度范围内，损耗因子保持为高达0.450至0.652。另外，与比较例3和4相比，即使在23℃至100℃的高温范围内也能保持或改善固有频率变化和损耗因子。

在另一个方面，在比较例3中，在-20至100℃的温度范围内固有频率变化良好，但是分别在23℃和70℃的温度下，损耗因子值降低到0.177和0.181，这被评估为不满足所需的性能。

在比较例4中，在-20℃和-10℃的温度下固有频率变化急剧增加到113％或更大，并且分别在70℃和100℃的温度下，损耗因子值低至0.127和0.119。

尽管为了说明的目的已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可能的。

Claims (12)

1.一种用于动态减震器的橡胶组合物，包括：

树脂，所述树脂包括基于树脂的总重量的70至90wt％的量的乙烯-丙烯类橡胶和10至30wt％的量的卤代异丁烯-异戊二烯橡胶；

填料；

增塑剂；

交联剂；以及

固化促进剂。

2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中所述乙烯-丙烯类橡胶包括乙烯丙烯二烯单体橡胶。

3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中所述卤代异丁烯-异戊二烯橡胶包括氯-异丁烯-异戊二烯橡胶、溴-异丁烯-异戊二烯橡胶、或它们的混合物。

4.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中所述填料包括选自由炭黑、碳酸钙、滑石、粘土、硅石、云母、二氧化钛、石墨、硅灰石、以及纳米银组成的组中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中所述增塑剂包括石蜡油。

6.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中所述交联剂包括过氧化物、硫、或它们的混合物。

7.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中所述固化促进剂包括氧化锌、硬脂酸、或它们的混合物。

8.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中所述橡胶组合物包括：基于100重量份的树脂的30至40重量份的量的所述填料、15至25重量份的量的所述增塑剂、1至5重量份的量的所述交联剂、以及1至5重量份的量的所述固化促进剂。

9.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中所述橡胶组合物在-20至0℃的温度下具有70％或更小的固有频率变化。

10.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中所述橡胶组合物在50至200Hz的振动频率和-20至100℃的温度下具有0.192至0.662的损耗因子。

11.一种动态减震器，包括根据权利要求1所述的橡胶组合物。

12.一种包括根据权利要求11所述的动态减震器的车辆。