功能橡膠制品

稀土功能材料，從20世紀70年代開始進入了高速發(fā)展階段，其應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的速度愈來愈快，一般以5年左右的周期出現(xiàn)一個震動世界的新成果，已經(jīng)成為新興產(chǎn)業(yè)與社會進步不可缺少的新材料，并迅速形成新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。在橡膠工業(yè)中，稀土功能橡膠也成了新技術(shù)領(lǐng)域，隨著研究的不斷深入，其品種越來越多，應(yīng)用范圍也由特殊變?yōu)橐话恪?

橡膠材料的功能化就是通過物理或化學(xué)的手段與新型材料復(fù)合或混合，及采用新型加工方法等使橡膠材料獲得原來不具備的某些特殊性能。這些特殊性能包括：力學(xué)性能方面的超低硬度、超高強度；熱學(xué)性能方面的導(dǎo)熱、熱敏變色；電學(xué)性能方面的導(dǎo)電、電磁波屏蔽和吸收；光學(xué)性能方面的光刻、光蓄，可光降解；生物學(xué)性能方面的仿生，可生物降解；其他方面有磁性、親水性、形狀記憶和富氧等特性。不同類的稀土功能助劑加到橡膠中，可使橡膠分別具有磁性、熒光、電熱轉(zhuǎn)換、電磁波屏蔽和吸收、可光降解等特性，從而制得功能橡膠制品；若將多類的功能助劑并用，則可得到復(fù)合型功能產(chǎn)品。

第二次世界大戰(zhàn)期間，出現(xiàn)了水下探測定位器-聲吶。利用聲吶能發(fā)射和接受聲波的特性來發(fā)現(xiàn)水中軍事目標，確定距離和方位，從而使水下目標的隱蔽性相應(yīng)失去意義。隨著彈道導(dǎo)彈核潛艇的出現(xiàn)和水下武器的發(fā)展，大型軍艦、超級艦船和客貨輪的數(shù)量越來越多，因而對水下聲系統(tǒng)及水下噪聲控制的要求也越來越高，水下探測技術(shù)也起著越來越重要的作用。聲波是發(fā)聲體的振動狀態(tài)在介質(zhì)中傳播的一種物理現(xiàn)象。當振動經(jīng)空氣介質(zhì)傳入人耳，使人耳的鼓膜振動時，便有聲音的感覺。傳播振動的介質(zhì)可以是空氣，也可以是液體或固體。水是傳播振動狀態(tài)的良好介質(zhì)，它能有效地傳遞振動信息。在海水中，利用超聲頻聲波可以達到探測遠距離目標的目的。橡膠具有阻抗小、黏度大及吸收的能量能夠很好地轉(zhuǎn)變成熱能，尤其在沖擊頻率比較高的情況下，其吸聲性能要比金屬好。

各種橡膠的吸聲性能雖然有所不同，但無論哪種橡膠，由于吸聲作用小，一般單純采用實心橡膠作為吸聲材料并不理想。尤其是在要求比較嚴格的場合，為提高其吸聲性能，多數(shù)是做成夾海綿與玻璃或橡膠與金屬粘合起來組成的復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)，由于玻璃的傳聲速度快，而橡膠的傳聲速度慢，前者密度大，后者密度小，所以夾層結(jié)構(gòu)的吸聲效果要比實心橡膠理想。當聲波投射到海綿橡膠上時，聲波在其多孔表面上會產(chǎn)生一部分散射，而入射到海綿微孔中的聲波，由于橡膠的內(nèi)摩擦、黏滯作用及薄膜的振動等，聲波的能量將轉(zhuǎn)變成熱能而被吸收。

(1)透聲橡膠制品。理想的透聲材料是聲波入射到透聲層上時能夠無反射、無損耗地通過，所以要求材料的特性阻抗與水匹配，材料的衰減常數(shù)要盡可能小。透聲材料常用作水聽器的包覆層，例如氯丁橡膠、丁基橡膠和近年來采用的澆注型聚氨酯橡膠。在水聲工程中，聲吶、魚雷的導(dǎo)流罩或透聲窗都需要具有一定結(jié)構(gòu)強度的透聲材料。例如利用鋼絲增強透聲橡膠，用以制作大型球鼻艏導(dǎo)流罩，或用玻璃增強塑料及其復(fù)合材料結(jié)合，用以制作各種潛艇聲吶罩等等。

(2)反聲橡膠制品。為了避免水下各種噪聲(包括一切不需要的信號)的干擾，在水聲設(shè)備上應(yīng)采用反聲橡膠材料。理想的反聲材料應(yīng)當使入射聲波100%地被反射回去。首先，應(yīng)當使材料的特性阻抗與水的特性阻抗嚴重失配；其次，要求材料的衰減常數(shù)小，使入射聲波絕大部分被反射。這種材料在水聲工程中多用作聲吶反射罩，以及換能器基陣的反聲后擋等。

在水聲技術(shù)中，人們對吸聲體很重視，對反聲體則較少注意。在淺水中(即常壓或低壓下)這些問題很容易解決，海綿橡膠、泡沫塑料便能滿足要求。在高壓下，空氣很容易滿足這個要求，空氣與水的阻抗比為143，在深水中可用含空氣的海綿橡膠作反聲材料，但必須避免使反聲材料中的空氣溢出和水對反聲材料的滲透，所以大多數(shù)場合下利用閉孔海綿橡膠，它具有最好的反聲特性，反射系數(shù)一般可達80%以上 。

采用橡膠減振已有70年的歷史，最早應(yīng)用于飛機儀表、航空發(fā)動機和艦船的柴油機架減振，其后迅速擴展到汽車、火車、土木建筑以及各種重型機械上。隨著尖端工業(yè)向高速度、大功率方向的發(fā)展，振動和噪聲日趨嚴重。寬頻帶的隨機振動會引發(fā)結(jié)構(gòu)多級共振可使電子器件失效、儀器儀表失靈、機械零部件壽命縮短，從而降低裝備的精度與可靠性。振動和噪聲還會損壞人的神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致疲勞、工作效率降低甚至人體器官發(fā)生病變。火箭、衛(wèi)星事故中約有60%的故障與振動和噪聲有關(guān)，而阻尼減振橡膠的研究和應(yīng)用是這門技術(shù)中一個重要組成部分。阻尼減振橡膠就是利用橡膠的阻尼特性提高防振和減振效果的一類材料。在使用條件下阻尼減振橡膠的力學(xué)損耗系數(shù)為0.1～0.3，特殊使用部位要求損耗系數(shù)可高于0.70。近年來隨著合成橡膠及配合技術(shù)的進步已從普通減振橡膠而發(fā)展到阻尼橡膠，而對阻尼減振橡膠又提出了低動靜比高阻尼、高阻尼低蠕變等更高的要求，同時還開展了新型減振橡膠制品的設(shè)計工作，從材料和結(jié)構(gòu)等方面提高阻尼減振橡膠制品的使用性能。

感光性橡膠作為成像材料，可用于印刷領(lǐng)域、集成電路(IC)、印制電路板等電子產(chǎn)品的制造。感光性橡膠而言，具有靈敏性、解像清晰、耐久性、耐腐蝕性等特點。感光性橡膠可以分為兩類：一種是在橡膠中添加感光劑，另一種在橡膠結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入感光性基團。感光劑可用芳香族重氮化合物、芳香族迭氮化合物、有機鹵化物等。感光性橡膠的兩大用途是制造感光苯胺印制板和集成電路用的光致抗蝕膜。

(1)感光性苯胺印制板。感光性橡膠從底片直接曝光而制得橡膠凸板，因為其解像力強、印刷精度高、具有彈性，適用于高級印刷，在粗糙表面也能獲得清晰的印刷效果。

(2)光致抗蝕膜。橡膠類光致抗蝕膜的缺點是顯像時產(chǎn)生膨脹而使解像度降低。但是因為涂膜強韌適于密著曝光，所以被廣泛地應(yīng)用。陰性型光致抗蝕膜可用在NR、IR、BR的環(huán)化物中添加感光劑的材料，但因NR存在凝膠、灰塵等問題而幾乎不能使用。IR的環(huán)化可用氯化錫等路易斯酸進行；BR的環(huán)化可用有機鹵化鋁進行。當環(huán)化率較高時T_g值也增高，而靈敏度將會下降，故應(yīng)有一個最佳環(huán)化率。BR最佳環(huán)化率在60%左右，在IR的場合，環(huán)化率在80%以下為佳。BR為典型的商品橡膠類光致抗蝕膜，感光劑可用的雙疊氮型感光劑，橡膠類陽性型光致抗蝕膜很少見。一般使用在甲階酚醛樹脂中添加疊氮化合物的材料，并利用UV輻射可形成堿可溶性的方法制造。這種材料的解像度高，但缺點是皮膜較脆。為獲得皮膜強韌的陽性光致抗蝕膜，賦予橡膠彈性將是手段之一，例如：光分解性的聚異丁烯類橡膠對UV的敏感度較低。