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耐熱橡膠的配方設計

發布時間:2016-05-26 15:31:43   来源:未知   作者:衡水玺皓化工
耐熱性知识講解:耐熱性是指橡膠及其制品在经受長時間熱老化後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,橡膠的力学性能基本不下降的这種性質。高溫時物理機械性能與室溫時的差别小,即耐溫性好。表明橡膠物理機械性能随 (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。
評价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为材料的使用溫度的上限,或者用真空加熱 40-45分鐘 時,質量減少50%的溫度(Tn)———半壽命溫度来評估耐熱性。
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学性能和使用价值的硫化橡膠,常用熱老化後性能變化量 (如硬度)、性能變化率 (如拉伸強度、伸長率)、性能保持率、老化系數表示其力学性能的變化情況。在橡膠密封制品中,硫化橡膠在壓縮狀态下的耐熱性能稱耐熱壓縮性能,它常由壓縮永久變形系數或壓縮應力松弛系數評价。
在80℃以上長期使用後仍能基本保持原有性能和使用价值的橡膠都歸于 “耐熱橡膠”的範疇,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。橡膠在这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、腐蝕性化学物質、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 範 圍/℃ 适 用 的 橡 膠
<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乙烯基矽橡膠、氟橡膠
200~250 二甲基矽橡膠、氟橡膠
>250 全氟醚橡膠、氟矽橡膠、硼矽橡膠
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國标橡膠的耐溫性能可分为以下兩檔五類
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、三元乙丙橡膠、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、AN、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,由于受到多種内在和外在因素的影響,为保證安全使用壽命,一般二烯類橡膠控制在100℃左右,耐油的丁腈橡膠为130℃,丙烯酸酯橡膠为180℃。矽和氟類橡膠为200~250℃,短時使用可达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学穩定性。橡膠的黏流溫度取決于橡膠分子結構的極性以及分子鍊的剛性,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来決定的,分子鍊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、羟基或氯原子、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学鍵性質,化学鍵能愈高,耐熱性越好。硼矽橡膠、矽橡膠、聚苯矽氧烷等大分子鍊都有較高的鍵能,故具有優越的耐熱性。
一般而言,碳鍊橡膠除含氟的FPM外,耐熱性皆不高,能在150~200℃溫度下長期使用;主鍊完全不含碳原子的元素有機高聚物,如Q類,其耐熱性很好,矽膠可在250℃甚至300℃下長期使用。
橡膠的化学穩定性是耐熱的一個重要因素,因为在高溫條件下,一些化学物質如果與氧、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。化学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,主鍊上若有單鍵連接的芳香族結構,分子鍊借助于共轭效應,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鍊的飽和度、分子鍊剛性以及分子的極性、化学鍵性質有關。具有如下分子結構的橡膠,耐熱性較好。分子鍊飽和度高,如丁基橡膠、乙丙橡膠等;橡膠主鍊鍊段上,有較多的無機鍊,如矽橡膠的主鍊为矽氧結構;橡膠分子鍊上帶有鹵素元素、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)主鍊結構 大部分膠種的主鍊都为碳鍊結構,其鍵能为263 ±34kj/mol;而雜鍊橡膠中有的主鍊鍵能高于此,如矽橡膠的矽氧鍵高达428±4kj/mol,因此其耐熱等級就大大超越碳鍊橡膠。
(2)不飽和度 二烯類單體聚合後,每個單元仍保留1個雙鍵。由于雙鍵易受破壞而成为分子鍊中的薄弱環節。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。有些膠種因为不存在二烯烴單體,它們的耐熱性也就更好,如氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯和矽橡膠等。總主鍊的飽和度越高 (或不飽和度越低)則耐熱性239越好。
(3)側基 在橡膠分子主鍊上連接的側向基團,對橡膠的耐熱性也起到一定作用。它們對主鍊都起屏蔽作用,特别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。这是因为氟是鹵族元素中電負性最強的;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。这種例子很多,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、力学性能指标要求)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範圍内長時間使用,经特殊配合,可使硫化膠在短時間 (100h)内耐更高些的溫度,但超過允許的最高使用溫度則性能将迅速降低。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℃選矽橡膠、氟橡膠;耐300℃以上選用甲基乙烯基矽橡膠、氟醚橡膠等。

本文關鍵词:耐熱橡膠的配方設計
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