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耐低溫橡膠材料的研究進展

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耐低溫橡膠材料的研究進展

發布日期:2020-11-10 作者: 點擊:

    橡膠材料通常具有低密度、優良的機械性能和耐高低溫特性、高的憎水性能[1],橡膠製品越來越廣泛地應用於汽車、航空航天、石油開采等領域。隨著這些領域的深入發展,對橡膠的需求量不斷增加。同時對橡膠的性能要求也越來越苛刻,在高寒地區及航空航天領域的應用對橡膠材料低溫性能提出更高要求。為保證橡膠製品長期穩定使用,橡膠材料必須具有優異的力學性能,熱老化性能及在低溫下的柔韌性。

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當前對於耐低溫橡膠的機理研究及解決方法:

    在極端低溫環境中,橡膠分子熱運動減弱,分子鏈及分子鏈段因凍結而失去彈性,橡膠製品用作密封元器件時,低溫會導致橡膠硬度增加,失去應有的彈性,密封性能減弱,進而影響機械的整體性能。研究表明,橡膠製品的耐寒性主要取決於高聚物的兩個基本因素:玻璃化轉變溫度和結晶性。玻璃化溫度(Tg)是指橡膠的分子鏈段由運動到凍結的轉變溫度。分子鏈段運動是通過主鏈單鍵內旋轉實現的,所以橡膠分子鏈的柔順性決定橡膠的耐寒性。增加橡膠分子的柔順性是解決橡膠耐低溫性能的關鍵。減弱分子鏈柔性或增加分子間作用力的因素,例如引入極性側基、龐大側基、交聯、結晶都會使Tg升高;反之,增加分子鏈柔性的因素,如加入軟化劑或引入柔性基團都會使Tg下降。橡膠的耐低溫性能通常在一定程度上由生膠的耐寒性能決定,在超低溫環境下使用時,分子鏈段必須能夠保持運動,通常其運動是由其分子內單鍵振動引起的,所以分子的剛性不利於其耐低溫性能的改善,采用柔性鏈段或者減弱分子間的相互作用力,避免極性、體積大的側基引入引起聚合物材料低溫性能的降低。



幾種耐低溫橡膠材料的研究狀況


矽橡膠

    矽橡膠是指分子主鏈以Si-O鍵為主,而側基為甲基類有機基團的一類線形聚合物,是一種同時兼具無機和有機性質的高分子彈性體。矽橡膠主鏈中的Si-O鍵鍵能比一般橡膠分子主鏈的C-C鍵鍵能高得多,使得矽橡膠具有優異的耐熱性、彈性、耐寒性。

    改善矽橡膠低溫性能的主要手段是通過共聚改性,在聚二甲基矽氧烷分子鏈上引入其它大體積基團。適合的改性鏈節既可調節矽橡膠的玻璃化溫度,也可有效抑製結晶過程,提高矽橡膠的低溫彈性。


氟橡膠

    氟橡膠(FPM)是指主鏈或側鏈的碳原子上連接有氟原子的一種合成高分子彈性體。與其它橡膠相比,氟橡膠具有優良的耐高溫、耐油及耐多種化學藥品腐蝕的特性,但其彈性較差,耐低溫性能一般。

    降低耐低溫氟彈性體的玻璃化溫度的方法主要有三種:一是改變耐低溫氟彈性體的共聚組成,提高氟彈性體中VDF含量;二是引入低溫改性共聚單體,在氟彈性體的側鏈中引入較多的柔順性較好的醚鍵,以降低氟彈性體的玻璃化溫度;三是在混煉膠中加入玻璃化溫度較低的低溫改性助劑。

    氟醚橡膠就是在氟橡膠分子中引入側基,改變分子的規整性,通過乳液共聚手段在其氟碳大分子上引入了含醚結構單體。一方麵由於C-O單鍵內旋轉位壘比C-C鍵低,使分子鏈柔順性提高;另一方麵由於含醚基團取代了原有的-CF2基團,O原子的存在有效地降低了分子間的吸引力。


丁腈橡膠

    丁腈橡膠(NBR)是丙烯腈和丁二烯的無規共聚物,是耐油性優異的彈性體,廣泛應用於汽車、航天、石油開采等工業。


    試驗證明,當丙烯腈含量的質量分數為18%~20%時,能夠在滿足材料耐油性的前提下,使其具有優良的耐寒性。通過對配方中生膠、補強劑、增塑劑、硫化劑、防老劑等優化,製備出具有優良耐低溫、耐油性能的丁腈橡膠材料。該膠料生膠采用丁腈橡膠1704,增塑劑采用DOA專用增塑劑並用體係,填充補強體係為快壓出炭黑,硫化體係采用複合硫化體係。


聚氨酯橡膠

     聚氨基甲酸酯橡膠簡稱聚氨酯橡膠(PU),是一種介於一般橡膠與塑料之間的材料。其最大的特點是高硬度和高彈性,及較好的耐磨性。此外,還具有良好的機械強度、耐油性和耐臭氧性,低溫性能也很出色[12]。聚酯型聚氨酯可在-40℃低溫下使用,聚醚型聚氨酯可在-70℃下使用;其耐油性也較好,氣密性與丁基橡膠相當,所以其應用範圍正迅速擴大。


乙丙橡膠

    乙丙橡膠係分為二元乙丙橡膠、三元乙丙橡膠。二元乙丙橡膠是以單烯烴乙烯、丙烯共聚成;三元乙丙橡膠是以乙烯、丙烯及少量非共軛雙烯為單體共聚而製得。三元乙丙橡膠作為一種通用橡膠,具有優異的密封性能、耐熱、耐氧、耐臭氧以及耐老化性能,而且具有良好的耐化學性、電絕緣性及低溫性能[13],其能夠使用的溫度範圍為-50℃~150℃。


總結

    解決橡膠耐低溫性能的關鍵是提高橡膠分子的柔順性,橡膠的物理性能則與橡膠分子的結構、補強體係和硫化體係等配合因素有關。提高橡膠的耐低溫性能可以采用以下幾個途徑:

(1)改變橡膠分子的結構,引入柔性基團來改變橡膠分子的柔順性,使其在較低溫度下仍然能保持良好的彈性;

(2)在橡膠加工過程中,優選硫化體係和補強體係,改善橡膠的耐低溫性能和力學性能;

(3)采用橡膠共混技術,對橡膠的各項性能指標進行取長補短,以得到綜合性能更好的膠料。


本文網址:http://www.medikalnotes.com/news/505.html

關鍵詞:橡膠,橡膠應用,橡膠種類

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