氯化丁基橡膠腳墊對空調(diào)室外機振動的影響

林勇強

廣東美的制冷設(shè)備有限公司 廣東佛山 528311

1 引言

空調(diào)室外機噪音是影響空調(diào)品質(zhì)的重要因素，壓縮機的振動通過隔振腳墊傳遞到室外機底盤上，從而引起底盤以及其他與底盤連接的鈑金件振動輻射噪音。目前市場上的空調(diào)器壓縮機普遍采用三元乙丙橡膠（EPDM）腳墊作為減振制件，安裝于壓縮機與底盤之間以實現(xiàn)隔振的作用。

2 技術(shù)分析

空調(diào)企業(yè)采用EPDM橡膠制作壓縮機腳墊的最主要原因是其分子鏈中雙鍵較少，具有較優(yōu)越的耐老化性能，從而確保壓縮機腳墊的性能可以持久保持[1]。通常認(rèn)為一種材料的阻尼系數(shù)Tanδ大于0.3時是一種阻尼材料[2]，EPDM橡膠材料在空調(diào)運行的溫度范圍內(nèi)（-40℃～60℃）的Tanδ均小于0.3，并不屬于阻尼材料，因此EPDM腳墊在空調(diào)使用溫度范圍內(nèi)的減振效果并不是特別理想。

丁基橡膠（IIR）由于分子鏈上帶有許多側(cè)甲基，彈性滯后較大，是一種傳統(tǒng)的阻尼橡膠材料[1][3]。丁基橡膠經(jīng)氯化后，得到氯化丁基橡膠（CIIR），由于其主鏈結(jié)構(gòu)與IIR基本相同，使得CIIR保持了IIR的固有特性。此外，還由于CIIR分子結(jié)構(gòu)中烯丙基氯的存在活化了附近雙鍵，使得CIIR的硫化活性更高，這對縮短膠料的硫化時間，提高生產(chǎn)效率具有重要意義[4][5]。

本文研究以CIIR為主要原料，制備一種在室溫范圍內(nèi)具有良好阻尼效果的寬溫域?qū)掝l率高阻尼性能材料，用于制備空調(diào)壓縮機腳墊，降低空調(diào)的振動。

3 試驗驗證

當(dāng)前空調(diào)壓縮機使用的EPDM腳墊材料硬度為35 A，為了便于比較分析，本文研究的CIIR橡膠材料配方也以此硬度為基準(zhǔn)，并在保持相近的力學(xué)性能的前提下進行調(diào)配。

3.1 試驗配方

EPDM橡膠材料及腳墊由供應(yīng)商提供，CIIR阻尼材料按表1配方進行制備，通過調(diào)節(jié)石蠟油和增稠樹脂的配比，調(diào)節(jié)阻尼材料的硬度及力學(xué)性能。

表1 CIIR阻尼材料配方

表2 各橡膠材料力學(xué)性能結(jié)果

3.2 測試與表征

3.2.1 力學(xué)性能測試

拉伸強度按GB/T 528-2009標(biāo)準(zhǔn)在臺灣高鐵檢測儀器公司的AI-7000 M型拉力試驗機上采用拉伸模式測試，啞鈴型標(biāo)準(zhǔn)試樣，拉伸速度為500 mm/min，記錄試樣的拉伸強度和斷裂伸長率。邵氏硬度按GB/T 531-2009標(biāo)準(zhǔn)采用上海精密儀器儀表有限公司生產(chǎn)的LX-A型橡膠硬度儀進行測試。

3.2.2 動態(tài)熱機械性能（DMA）分析

采用德國NETZSCH公司的242C型動態(tài)力學(xué)分析儀對試樣進行測試，樣品尺寸為10 mm×6 mm×2 mm，測試模式為拉伸模式，測試條件為：頻率為10 Hz、20 Hz、30 Hz，溫度范圍為-50℃～60℃，升溫速率為3℃/min。

3.2.3 空調(diào)外機振動測試

整機測試在美的KFR-35GW/BP3DN8Y-PH200(B1)套機上聯(lián)機進行，室外機型號為KFR-35W/BP3N1-B22，在同一臺室外機上更換不同壓縮機腳墊進行對比測試。測試在制熱模式下進行，工況室條件為：室內(nèi)側(cè)干球溫度20℃、濕球溫度15℃，室外側(cè)干球溫度7℃、濕球溫度6℃，運行頻率范圍10 Hz～70 Hz。振幅測試采用丹麥BK公司的Pulse多通道聲學(xué)測量系統(tǒng)，分別在壓縮機儲液缸、回氣管和排氣管下U部位粘貼應(yīng)變片。

4 結(jié)果與分析

4.1 材料力學(xué)性能對比分析

各方案橡膠材料的拉伸曲線見圖1，力學(xué)性能結(jié)果匯總見表2，隨著石蠟油的比例增加，CIIR橡膠材料的硬度有所降低，相應(yīng)地拉伸強度也有所降低。各配方CIIR橡膠材料的硬度和強度均與現(xiàn)有EPDM材料接近。

圖1各橡膠材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖2 不同測試頻率下，各橡膠材料損耗因子-溫度圖

圖3儲液缸振幅與運行頻率曲線

圖4 回氣管振幅與運行頻率曲線

圖5 排氣管下U振幅與運行頻率曲線

4.2 材料阻尼性能分析

各橡膠材料的損耗因子和溫度曲線見圖2。

從圖2可看出，在10 Hz～30 Hz的測試范圍，在-40℃～60℃的溫度變化范圍內(nèi)，CIIR阻尼橡膠的阻尼系數(shù)Tanδ均大于EPDM材料的Tanδ，且均在0.3以上，具有良好的阻尼特性，可以消耗更多的能量，因此預(yù)期CIIR腳墊會有更好的減振效果。

4.3 整機運行振動結(jié)果分析

整機制熱運行時壓縮機儲液缸、回氣管和排氣管的振幅-頻率測試結(jié)果見圖3～圖5，可以看到，使用EPDM腳墊時，各個位置最大振幅均出現(xiàn)在10 Hz～40 Hz的低頻范圍內(nèi)，各配比的CIIR阻尼橡膠腳墊均表現(xiàn)出明顯的減振作用。當(dāng)頻率大于40 Hz時，使用EPDM橡膠和CIIR阻尼橡膠腳墊的振幅均較小，且差異不太明顯。

（a）儲液缸的振動，在10 Hz～40 Hz的范圍內(nèi)，使用CIIR阻尼腳墊的振幅遠(yuǎn)低于EPDM腳墊原型機。在整個運行頻率范圍內(nèi)，EPDM腳墊最大振幅頻率在22 Hz，振幅為264 μm，使用CIIR腳墊后最大振幅頻率出現(xiàn)在46 Hz，其中15/15的阻尼腳墊振幅峰值為109 μm，最大振幅較EPDM腳墊降低達(dá)58.7%。

（b）回氣管振動，在10 Hz～42 Hz范圍內(nèi)，EPDM腳墊在22 Hz頻率上出現(xiàn)振幅峰值，為167 μm，使用CIIR腳墊后振幅最大峰值出現(xiàn)在18 Hz，振幅為75 μm（25/5體系），較EPDM腳墊降低了55.1%。

（c）排氣下U的振動，各腳墊的振幅峰值頻率均在18 Hz，EPDM腳墊機器最大振幅達(dá)到473 μm，而使用油/樹脂為20/10的阻尼腳墊最大振幅降至175 μm，較EPDM腳墊降幅達(dá)63.0%。

5 結(jié)論

在與EPDM橡膠材料基本相同的硬度和力學(xué)性能的前提下，改性CIIR橡膠材料在空調(diào)外機使用的環(huán)境溫度（-40℃～60℃）范圍內(nèi)，阻尼系數(shù)Tanδ均大于0.3，遠(yuǎn)高于EPDM橡膠材料，表現(xiàn)出優(yōu)異的阻尼特性，即可以消耗更多的能量。使用阻尼橡膠腳墊對比現(xiàn)有EPDM腳墊，可明顯降低空調(diào)室外機壓縮機及配管低頻運行時的振幅，最大降幅可達(dá)63%，這大大提高了配管的振動可靠性，并預(yù)期對外機低頻噪音的改善有較大的幫助。