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耐熱橡膠的配方設計

日期:2022-06-01 11:16
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摘要:

耐熱橡膠的配方設計

耐熱性是指橡膠及其制品在經受長時間熱老化后保持物理機械性能或使用性能的能力,耐溫性表示橡膠物理機械性能對溫度的敏感性,即在高溫條件下,橡膠的力學性能基本不下降的這種性質。高溫時物理機械性能與室溫時的差別小,即耐溫性好。表明橡膠物理機械性能隨 (測試)溫度的變化。高溫使用的 (耐熱)橡膠制品,既要耐熱性好,也要耐溫性好。

評價耐熱性的方法多種多樣,如用馬丁耐熱與維卡耐熱評定耐熱程度,也可通過熱失重儀找出分解溫度作為材料的使用溫度的上限,或者用真空加熱 40~45min 時,質量減少 50% 的溫度(Tn)———半壽命溫度來評估耐熱性

耐熱橡膠是指在高溫條件下長時間使用時仍能保持原有力學性能和使用價值的硫化橡膠,常用熱老化后性能變化量 (如硬度)、性能變化率 (如拉伸強度、伸長率)、性能保持率、老化系數表示其力學性能的變化情況。在橡膠密封制品中,硫化橡膠在壓縮狀態下的耐熱性能稱耐熱壓縮性能,它常由壓縮長久變形系數或壓縮應力松弛系數評價。
在80以上長期使用后仍能基本保持原有性能和使用價值的橡膠都歸于 耐熱橡膠的范疇,橡膠制品的耐熱和高溫性能是橡膠特殊性能中*常見的一種性能。橡膠在這種情況下性能穩定的本質原因是在高溫下能夠抵抗氧、臭氧、腐蝕性化學物質、高能輻射以及機械疲勞等因素的影響,橡膠分子結構不發生顯著變化和損壞,且能夠保持較好的使用性能。

使 用 溫 度 范 圍/                
<70各種橡膠
70~100   天然橡膠、丁苯橡膠
100~130   氯丁橡膠、丁腈橡膠、氯醚橡膠
130~150   丁基橡膠、乙丙橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠
150~180   丙烯酸酯橡膠、氫化丁腈橡膠
180~200   乙烯基硅橡膠、氟橡膠
200~250   二甲基硅橡膠、氟橡膠
>250   全氟醚橡膠、氟硅橡膠、硼硅橡膠
國標橡膠的耐溫性能可分為以下兩檔五類
普通橡膠A   -70~-30/90~120,例如NR、IR、BR、237   SBR、CR。
普通橡膠B   -40~-20/120~150,例如 NBR、IIR、EPDM、CSM。
普通橡膠C   -30~10/80~90,例如T、U。
耐熱橡膠A   -30~-10/150~200,例如ACM、ANM、EVA、CO、ECO。
耐熱橡膠B   -70~-20/250~300,如 MQ、MVQ、FPM、FKM。
但是在實際使用過程中,由于受到多種內在和外在因素的影響,為保證**使用壽命,一般二烯類橡膠控制在100左右,耐油的丁腈橡膠為130,丙烯酸酯橡膠為180。硅和氟類橡膠為200~250,短時使用可達300~350。
也有按4個種類劃分的

橡膠制品的耐熱性能,主要取決于所用橡膠的品種。所以在設計配方時,首先應考慮生膠的選擇。
橡膠的耐熱性表現在橡膠有較高的黏流溫度、較高的熱分解穩定性和良好的熱化學穩定性。橡膠的黏流溫度取決于橡膠分子結構的極性以及分子鏈的剛性,極性和剛性愈大,黏流溫度愈高。橡膠分子的極性是由其所含極性基團和分子結構來決定的,分子鏈的剛性也與極性取代基及空間結構排列的規整性有關。在橡膠分子中引238   入氰基、酯基、羥基或氯原子、氟原子等都會提高耐熱性。橡膠熱分解溫度取決于橡膠分子結構的化學鍵性質,化學鍵能愈高,耐熱性越好。硼硅橡膠、硅橡膠、聚苯硅氧烷等大分子鏈都有較高的鍵能,故具有優越的耐熱性。

 

 

 

一般而言,碳鏈橡膠除含氟的FPM外,耐熱性皆不高,能在150~200溫度下長期使用;主鏈完全不含碳原子的元素有機高聚物,如Q類,其耐熱性很好,硅膠可在250甚至300下長期使用。
橡膠的化學穩定性是耐熱的一個重要因素,因為在高溫條件下,一些化學物質如果與氧、臭氧、酸、堿以及有機溶劑等接觸,都會促進橡膠的腐蝕,降低耐熱性?;瘜W穩定性與橡膠分子結構密切相關,具有低不飽和度的丁基橡膠、乙丙橡膠和氯磺化聚乙烯等就表現出優良的耐熱性能。此外,主鏈上若有單鍵連接的芳香族結構,分子鏈借助于共軛效應,也會促使結構穩定
耐熱橡膠的配方設計橡膠的耐熱性與橡膠分子鏈的飽和度、分子鏈剛性以及分子的極性、化學鍵性質有關。具有如下分子結構的橡膠,耐熱性較好。分子鏈飽和度高,如丁基橡膠、乙丙橡膠等;橡膠主鏈鏈段上,有較多的無機鏈,如硅橡膠的主鏈為硅氧結構;橡膠分子鏈上帶有鹵素元素、氰基、酯基等,如氟橡膠、丙烯酸酯橡膠、氯磺化聚乙烯、氯化丁基橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠。
(1)主鏈結構   大部分膠種的主鏈都為碳鏈結構,其鍵能為2633kJ/mol;而雜鏈橡膠中有的主鏈鍵能高于此,如硅橡膠的硅氧鍵高達4284kJ/mol,因此其耐熱等級就大大超越碳鏈橡膠。
(2)不飽和度   二烯類單體聚合后,每個單元仍保留1個雙鍵。由于雙鍵易受破壞而成為分子鏈中的薄弱環節。二烯類共聚橡膠 (如丁苯膠)與均聚橡膠 (如天然膠、順丁膠)相比,雙鍵的數目有所下降,因而具有相對較好的耐熱性。有些膠種因為不存在二烯烴單體,它們的耐熱性也就更好,如氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯和硅橡膠等??傊麈湹娘柡投仍礁?nbsp;(或不飽和度越低)則耐熱性239   越好。
(3)側基   在橡膠分子主鏈上連接的側向基團,對橡膠的耐熱性也起到一定作用。它們對主鏈都起屏蔽作用,特別是強極性原子和基團 (如氟、氯、溴和亞硝基、羧基、氰基)。所以含鹵橡膠都在一定程度上耐熱,尤以氟橡膠*好。這是因為氟是鹵族元素中電負性*強的;氟橡膠的側基全被氟、氯等鹵族原子所占,形成了強大的耐熱屏障。
耐熱橡膠的配方設計有時也需要兩種膠的耐熱優勢互補。這種例子很多,例如EPDM/CIIR并用能充分發揮耐熱協同效應
耐熱橡膠配方設計時,首先要根據使用溫度和相關性能的要求(耐介質、力學性能指標要求)選擇橡膠品種,盡可能提高橡膠本身的耐熱性和耐溫性,而不會使其他性能下降。其次是選擇合理的硫化體系和防護體系,以提高硫化膠的耐熱性。每種橡膠都能在一定的溫度范圍內長時間使用,經特殊配合,可使硫化膠在短時間 (100h)內耐更高些的溫度,但超過允許的*高使用溫度則性能將迅速降低。實際應用中,一般耐熱選丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠;特殊耐熱選丁基橡膠、三元乙丙橡膠,丙烯酸酯橡膠、氯醇橡膠;耐200~300選硅橡膠、氟橡膠;耐300以上選用甲基乙烯基硅橡膠、氟醚橡膠等。

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