如何设计耐寒性橡胶的配方?

发布时间:2015-08-12 11:20:44   人浏览 来源: 橡胶技术网

橡胶技术网 - 配方设计

  橡胶的耐寒性是指在规定的低温下,能保持橡胶弹性和正常工作的能力。硫化橡胶在低温下,由于松弛过程急剧减慢,硬度、模量和分子内摩擦增大,弹性显著降低,致使橡胶制品的工作能力下降,特别是在动态条件下尤为突出,当温度降至弹性极限使用温度时,橡胶会硬化与收缩,导致密封件泄露失效。硫化胶的耐寒性能主要取决于高聚物的两个基本特性:玻璃化转变和结晶。两者都会使橡胶在低温下丧失弹性。

  选择耐寒性好生胶是耐寒性的关键,橡胶的耐寒性能主要取决于橡胶的品种。对于非结晶型橡胶,玻璃化温度较低,耐寒性较好。对于结晶性橡胶,耐寒性要考虑玻璃化温度的高低、结晶情况。增大橡胶分子链的柔顺性,减少分子间作用力及空间位阻,削弱大分子链规整性的橡胶成分与结构因素,都有利于提高橡胶耐寒性。橡胶并用是橡胶配方设计中调整耐寒性的常用方法,例如SBR 并用 BR, NBR 并用 NR、 CO、 ECO,可提高橡胶的耐寒性。

  交联键的类型影响橡胶的耐寒性。天然橡胶使用传统的硫化体系时,随硫磺用量的增加,直到30份,其剪切模量随之提高,玻璃化温度也随之上升(可上升至20~30℃)。选择适当和有效的的硫化体系,橡胶玻璃化温度比传统的硫化体系降低7℃。因此NR与SBR、DCP硫化有最佳的耐寒性,用秋兰姆硫化,耐寒性有所降低,而以硫/次磺酰胺类促进剂硫化的耐寒性最差。产生上述差异的原因是,用硫磺硫化时,在生成多硫键的同时,还生成分子内交联键,并且发生环化反应,因此使得链段的活动性降低,弹性模量提高,玻璃化温度上升。减少硫磺用量、使用半有效或有效硫化体系时,多硫键数量减少,主要生成单硫键和二硫键,分子内结合硫的可能性降低,因此玻璃化温度上升幅度较多硫键小。用过氧化物和辐射硫化时,其耐寒性优于有效硫化体系和传统硫化体系,这是因为过氧化物硫化胶的体积膨胀系数较大。体积膨胀系数较大,可使链段活动的自由空间增加,有利于玻璃化温度的降低。另外,过氧化物硫化时,形成牢固的、短小的C-C交联键,而使用硫磺硫化时,则会形成牢固度较小、长度较大的多硫键,因此在发生形变时,要克服的分子间作用力会更大一些,同时弱键发生畸变,这样就增加了滞后损失,增大了蠕变速率,硫化胶中的黏性阻力部分比过氧化物硫化胶更大一些。也就是说,用硫磺硫化的橡胶中,分子间的作用力要大得多,这正是[硫化胶耐寒性较差的原因。

  填充剂对橡胶的耐寒性的影响,取决于填充剂和橡胶相互作用后所形成的结构。提高含胶量,减少填料的用量,填充剂的加入会阻碍链段构型的改变,增大填料刚性,因此不能指望加入填充剂来改善橡胶的耐寒性。

  另外合理的选用软化增塑体系是提高橡胶制品的耐寒性的有效措施,加入增塑剂,可使橡胶玻璃化温度下降。耐寒性较差的丁腈橡胶、氯丁橡胶等极性橡胶,主要是通过加入适当的增塑剂来改善其耐寒性能。因为增塑剂能增加橡胶分子柔性,降低分子间作用力,使分子链段易于运动,所以极性橡胶要选用与其极性相近、溶解度参数接近的增塑剂。软化增塑剂类型与用量对橡胶耐寒性至关重要。

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