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橡胶老化的影响因素分析!

发布时间:2017-11-14 12:51:17   人浏览 来源:

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 橡胶工业的发展,使橡胶材料广泛应用于建筑、汽车、电子电气、航空航天等各个领域。而由于材料本身的易老化性,制约了其使用寿命,对实际应用带来不便。所谓橡胶老化,是生胶和硫化橡胶(包括橡胶制品)在储存、运输,或加工、使用过程中,由于受到内外因素的综合作用和影响,引起橡胶的组成、结构的破坏,使其逐步失去原有的优良性能,甚至丧失使用价值。“老化”是一种不可逆的化学反应,是所有高分子材料的本身属性,其表象表现在性能的变坏、变劣。

 
引起橡胶老化的因素是相当复杂的。在不同的因素作用下,老化机理也不尽相同。其中热(光)氧老化是橡胶老化最普遍,最基本的形式。
 
1、橡胶热氧老化
 
用于电容器密封的天然橡胶(NR),乙丙橡胶(EPM、EPDM)、丁苯橡胶(SBR)、丁基橡胶(IIR)、硅橡胶(NVQ)等等,使用过程中的热氧老化都属于此种形式。NR因含有大量不饱和双键,在热和氧的共同作用下,硫化胶会产生降解反应,分子链、交联键的裂解和断裂,造成老化。
 
热氧老化是自由基反应,又是氧化反应;在无氧的热老化条件下,会发生自由基分解,键裂解能愈低其分解愈快;聚合物因辐射线而在离子化的同时又会产生激发,这时分子裂解并生成自由基,进而主链断裂及形成交联,最后产生出各种各样的气体;紫外线老化中分子吸收紫外线后激发特定官能基,并分解或经过在其它官能基中的能量转移等进行分解,通过生成活性基而进行反应。
 
硅橡胶在有氧的高温开放环境下主要发生侧链有机基团的氧化分解反应,导致硅橡胶硬化;而在无氧的高温密闭环境下,主要发生主链断裂反应,生成挥发性环状聚硅氧烷,导致硅橡胶软化。硅橡胶在高温的条件下主要发生侧链甲基的氧化反应和主链降解断裂反应。
 
2、臭氧老化
 
臭氧在大气中含量极低,橡胶在老化过程中,臭氧攻击橡胶分子,使橡胶膨胀,致使其表面产生裂纹。臭氧与橡胶分子中的双键进行反应,生成摩尔臭氧化物和过氧化物,进而再生成臭氧化物。该臭氧化物在光和热等的作用下分解成自由基,导致链增长反应。另外,橡胶会在应力作用下产生分子断裂,而不生成臭氧化物,出现龟裂老化现象。
 
通过研究臭氧作用下,不同种类的胎面胶,包括天然橡胶、充油甲基丁苯橡胶及聚异戊二烯橡胶与顺丁橡胶的并用胶等表明,随着臭氧作用时间的延长,橡胶的使用寿命下降,且在臭氧作用短时间内下降迅速,证明橡胶在臭氧作用初期即有明显降解。随臭氧作用时间的延长,寿命下降较缓。这可能是由于在聚合物分解深化阶段降解过程减慢所致。
 
3、疲劳老化
 
橡胶的疲劳老化是指橡胶制品在受到某种频率和周期应力的作用下,橡胶材料的分子结构发生改变而出现的老化现象,是由两个主要因素活化作用的结果,即力和热(由于橡胶在多次变形时,产生滞后现象,使橡胶内部生热)作用的结果。
 
天然橡胶的抗疲劳性能对于反复受到应力作用的减振弹性元件来说是一项极为重要的性能,它直接关系到减振功能失效与否和机车、车辆安全运行状况,目前正逐步引起研究者的重视。
 
4、接触介质老化
 
暴露于自然环境中使用的橡胶材料,会受到空气中水分的影响,或其他条件,如电力系统的外绝缘材料,在盐污地区,极易受到盐雾的影响,因而进行老化研究分析此种条件下的老化性能成为必须。另外,一些与油类接触的橡胶制品,对其耐油性进行测试,提高其耐油的性能也是实际应用的研究重点。
 
橡胶在不同种类的油中的老化行为,磨损的发生一方面是由于老化的机械破损,同时也是由于材料交联体系发生降解,产生低分子量的物质所造成的。流体的存在可以降低摩擦系数,但也会加速橡胶的化学降解,从而加速磨损。
 

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