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        如何設計耐寒性橡膠的配方?

        發布時間:2015-08-12 11:20:44   人瀏覽 來源: 橡膠技術網

        橡膠技術網 - 配方設計

          橡膠的耐寒性是指在規定的低溫下,能保持橡膠彈性和正常工作的能力。硫化橡膠在低溫下,由于松弛過程急劇減慢,硬度、模量和分子內摩擦增大,彈性顯著降低,致使橡膠制品的工作能力下降,特別是在動態條件下尤為突出,當溫度降至彈性極限使用溫度時,橡膠會硬化與收縮,導致密封件泄露失效。硫化膠的耐寒性能主要取決于高聚物的兩個基本特性:玻璃化轉變和結晶。兩者都會使橡膠在低溫下喪失彈性。

          選擇耐寒性好生膠是耐寒性的關鍵,橡膠的耐寒性能主要取決于橡膠的品種。對于非結晶型橡膠,玻璃化溫度較低,耐寒性較好。對于結晶性橡膠,耐寒性要考慮玻璃化溫度的高低、結晶情況。增大橡膠分子鏈的柔順性,減少分子間作用力及空間位阻,削弱大分子鏈規整性的橡膠成分與結構因素,都有利于提高橡膠耐寒性。橡膠并用是橡膠配方設計中調整耐寒性的常用方法,例如SBR 并用 BR, NBR 并用 NR、 CO、 ECO,可提高橡膠的耐寒性。

          交聯鍵的類型影響橡膠的耐寒性。天然橡膠使用傳統的硫化體系時,隨硫磺用量的增加,直到30份,其剪切模量隨之提高,玻璃化溫度也隨之上升(可上升至20~30℃)。選擇適當和有效的的硫化體系,橡膠玻璃化溫度比傳統的硫化體系降低7℃。因此NR與SBR、DCP硫化有最佳的耐寒性,用秋蘭姆硫化,耐寒性有所降低,而以硫/次磺酰胺類促進劑硫化的耐寒性最差。產生上述差異的原因是,用硫磺硫化時,在生成多硫鍵的同時,還生成分子內交聯鍵,并且發生環化反應,因此使得鏈段的活動性降低,彈性模量提高,玻璃化溫度上升。減少硫磺用量、使用半有效或有效硫化體系時,多硫鍵數量減少,主要生成單硫鍵和二硫鍵,分子內結合硫的可能性降低,因此玻璃化溫度上升幅度較多硫鍵小。用過氧化物和輻射硫化時,其耐寒性優于有效硫化體系和傳統硫化體系,這是因為過氧化物硫化膠的體積膨脹系數較大。體積膨脹系數較大,可使鏈段活動的自由空間增加,有利于玻璃化溫度的降低。另外,過氧化物硫化時,形成牢固的、短小的C-C交聯鍵,而使用硫磺硫化時,則會形成牢固度較小、長度較大的多硫鍵,因此在發生形變時,要克服的分子間作用力會更大一些,同時弱鍵發生畸變,這樣就增加了滯后損失,增大了蠕變速率,硫化膠中的黏性阻力部分比過氧化物硫化膠更大一些。也就是說,用硫磺硫化的橡膠中,分子間的作用力要大得多,這正是[硫化膠耐寒性較差的原因。

          填充劑對橡膠的耐寒性的影響,取決于填充劑和橡膠相互作用后所形成的結構。提高含膠量,減少填料的用量,填充劑的加入會阻礙鏈段構型的改變,增大填料剛性,因此不能指望加入填充劑來改善橡膠的耐寒性。

          另外合理的選用軟化增塑體系是提高橡膠制品的耐寒性的有效措施,加入增塑劑,可使橡膠玻璃化溫度下降。耐寒性較差的丁腈橡膠、氯丁橡膠等極性橡膠,主要是通過加入適當的增塑劑來改善其耐寒性能。因為增塑劑能增加橡膠分子柔性,降低分子間作用力,使分子鏈段易于運動,所以極性橡膠要選用與其極性相近、溶解度參數接近的增塑劑。軟化增塑劑類型與用量對橡膠耐寒性至關重要。



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