影响丁腈橡胶老化的因素研究

随着橡胶行业迅猛提升, 橡胶产品越来越多的应用于汽车、阀门、传送带、胶鞋及密封制品等各个领域。然而橡胶制品也存在与其他高分子产品一样的通病, 都有在一般环境下逐渐发生老化这一缺点, 以致最后完全失去它本有的优良性能。
丁腈橡胶是一种以丙烯腈和丁二烯为单体的合成橡胶, 根据ACN的含量划分, 可分为普通品种;极高ACN含量43%以上、高ACN含量36%~42%、中高ACN含量31%~35%、中ACN含量25%~30%、低ACN含量24%以下。此外还有特殊品种;氢化丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、液体丁腈橡胶、粉末丁腈橡胶。丁腈橡胶耐油性好适合被当做耐油制品, 如耐油胶管、胶辊、各种密封件、大型油囊等。丁腈橡胶与PVC共混改性可以被用来作为阻燃制品, 或抗静电好的橡胶制品, 由于丁腈橡胶应用广泛, 因此对丁腈橡胶老化与防护的研究有着非常重要的意义。
丁腈橡胶的老化, 是指生胶或丁腈橡胶制品在工业化生产或使用过程中由于受到外界环境的影响其内部结构发生了变化, 从而使其性能逐渐下降的现象。老化是一种不可逆的化学现象, 是高分材料的通病。

丁腈橡胶及其制品的种类繁多, 丁腈橡胶随着时间的推移, 生胶表面会越来越粘, 有的也会出现变软, 而有的会硬化, 有时表面会析出一些物质。一些丁腈橡胶制品会产生裂口等现象。还有一些制品会发生变硬, 失光, 变色等现象。

• 外观变化

Carance Lopitaux等[1], 用电子激光仪器对丁腈材料进行了照射, 通过实验观察表明, 高能的激光仪器照射, 会对丁腈材料产生辐射, 辐射会导致丁腈材料内部发生交联反应, 使丁腈橡胶材料失去弹性而变硬, 。张新兰, 许文, 赵云峰, 梁晓凡, 丁孝均[2]等将丁腈橡胶贮存在液压油环境中, 在长期贮存过程中, 丁腈橡胶制品弹性逐步丧失、丁腈橡胶的形状和性能都发生了变化。

• 力学性能变化

R.P.Brown等[3]对许多种橡胶材料进行了研究, 包括丁基橡胶、硅橡胶.、天然橡胶、丁腈橡胶。将它们的橡胶样品存放在自然环境下长达40多年, 应用显微硬度测量仪对老化后的橡胶样品进行观察, 发现其硬度发生了明显的变化, 经过研究论证表明老化后的样品从表面到里面硬度呈梯形变化, 其中表面硬度。 通过研究表明丁腈橡胶在一般环境下老化时间越长, 它的分子内部交联程度就越复杂, 硬度和其定伸应力在一定时间段内也随之提高, 其拉断伸长率在一定时间段内呈下降趋势, 拉伸强度在一定时间段内先曾大后减小。

• 化学性能的变化

丁腈橡胶的化学性能变化一般都是热氧老化, 热氧老化是指与氧接触的情况下, 硫化胶由于与氧发生了化学反应从而使硫化胶的内部分子链发生了断裂和重组, 其内部结构发生了变化, 从而使其性能发生变化, 丁腈橡胶发生热氧老化, 其实是内部分子链结构发生变化导致, 其内部发生了交联, 从而使丁腈橡胶制品变硬, 局部产生裂口, 性能降低。

影响丁腈橡胶老化的因素

• 氧

丁腈橡胶在有氧的环境下, 会与氧分子接触发生基链反应, 分子链断裂、重组, 甚至产生严重的交联, 从而使橡胶的物理、化学等性能发生改变。对于丁腈橡胶的老化, 氧化反应是一个最普遍的因素。

• 臭氧

臭氧的自由基活性非常高是氧的几千倍, 对丁腈橡胶的作用程度更大, 它同样是使分子链断裂、重组, 丁腈橡胶受到臭氧的影响情况随着丁腈橡胶的变形情况而变化。当变形的丁腈橡胶与臭氧接触时, 丁腈橡胶会在与臭氧接触的地方产生很深的竖直的裂口, 这就是我们常说的“臭氧龟裂”;当不变形的橡胶或变形程度较小的丁腈橡胶与臭氧接触时表面会产生一层保护膜而不会产生裂口。

• 热

温度升高橡胶内部分子运动加剧, 分子链内部发生断裂、重组等一系列化学变化, 并且升高温度能加快氧分子在橡胶材料中的移动速度, 使氧更容易的与橡胶发生反应, 最终导致橡胶材料的老化。

• 光

光照会使丁腈橡胶材料温度升高, 温度升高橡胶材料内部分子运动加剧从而使橡胶加速材料老化, 其次光波中含有紫外线、红外线等一些放射性射线, 它们对橡胶的破会性极大, 橡胶材料吸收了它们后, 内部能量会增加从而导致分子链断裂或重组, 并且在氧存在的情况下会加速氧化反应, 最终导致橡胶材料的老化。

• 机械应力

机械应力作用在丁腈橡胶材料上, 橡胶材料内部分子链会发生断裂, 大分子链断裂成多个小分子链, 小分子链继续重组、交联发生反应, 最终导致橡胶材料的老化。

• 水分

水分对丁腈橡胶的作用有好的方面和坏的方面, 好的方面是:在有些情况下水分与橡胶接触会产生一层保护膜, 保护膜会将橡胶材料与氧隔离从而避免发生氧化反应。坏的方面:丁腈橡胶内部存在亲水基团, 当亲水基团与水分子接触的时候会发生溶解反应, 破坏橡胶内部的分子结构, 最终加速橡胶的老化。