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    耐熱橡膠的配方設(shè)計

    發(fā)布時間:2015-07-22 08:41:53   人瀏覽 來源: 橡膠技術(shù)網(wǎng)

    橡膠技術(shù)網(wǎng) - 配方設(shè)計

     耐熱橡膠的配方設(shè)計


    耐熱性是指橡膠及其制品在經(jīng)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(xué)性能基本不下降的這種性質(zhì)。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(zhì)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(xué)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(shù)表示其力學(xué)性能的變化情況。在橡膠密封制品中,硫化橡膠在壓縮狀態(tài)下的耐熱性能稱耐熱壓縮性能,它常由壓縮永久變形系數(shù)或壓縮應(yīng)力松弛系數(shù)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最常見的一種性能。橡膠在這種情況下性能穩(wěn)定的本質(zhì)原因是在高溫下能夠抵抗氧、臭氧、腐蝕性化學(xué)物質(zhì)、高能輻射以及機械疲勞等因素的影響,橡膠分子結(jié)構(gòu)不發(fā)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(nèi)在和外在因素的影響,為保證安全使用壽命,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(shè)計配方時,首先應(yīng)考慮生膠的選擇。
    橡膠的耐熱性表現(xiàn)在橡膠有較高的黏流溫度、較高的熱分解穩(wěn)定性和良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性。橡膠的黏流溫度取決于橡膠分子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)來決定的,分子鏈的剛性也與極性取代基及空間結(jié)構(gòu)排列的規(guī)整性有關(guān)。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(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵性質(zhì),化學(xué)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(yōu)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(xué)穩(wěn)定性是耐熱的一個重要因素,因為在高溫條件下,一些化學(xué)物質(zhì)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。化學(xué)穩(wěn)定性與橡膠分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān),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(xiàn)出優(yōu)良的耐熱性能。此外,主鏈上若有單鍵連接的芳香族結(jié)構(gòu),分子鏈借助于共軛效應(yīng),也會促使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定
    耐熱橡膠的配方設(shè)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(xué)鍵性質(zhì)有關(guān)。具有如下分子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu);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(jié)構(gòu)   大部分膠種的主鏈都為碳鏈結(jié)構(gòu),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(huán)節(jié)。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(shù)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。總主鏈的飽和度越高 (或不飽和度越低)則耐熱性239   越好。
    (3)側(cè)基   在橡膠分子主鏈上連接的側(cè)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,尤以氟橡膠最好。這是因為氟是鹵族元素中電負性最強的;氟橡膠的側(cè)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(shè)計有時也需要兩種膠的耐熱優(yōu)勢互補。這種例子很多,例如EPDM/CIIR并用能充分發(fā)揮耐熱協(xié)同效應(yīng)
    耐熱橡膠配方設(shè)計時,首先要根據(jù)使用溫度和相關(guān)性能的要求(耐介質(zhì)、力學(xué)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(nèi)長時間使用,經(jīng)特殊配合,可使硫化膠在短時間 (100h)內(nèi)耐更高些的溫度,但超過允許的最高使用溫度則性能將迅速降低。實際應(yīng)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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