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耐热橡胶制品设计要点

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耐热橡胶制品设计要点


橡胶作为高分子材料,其主链的化学成分是烃类,易燃而不耐热,所以橡胶的耐热仅仅是相对而言的,不能和真正的耐热材料(如石棉)相提并论。但出于实际应用的需要,对耐热性提出了越来越多的要求。而经过材料选择、配方设计,橡胶的耐热等级的上限也在逐步提升。耐热橡胶制品的品种和应用则与日俱增。

关于耐热橡胶的温度范围,迄今缺乏统一的认识。比较为业界认同的是“在80°C以上能长期使用后仍能保持原有性能和使用价值的橡胶”。

过去几十年来,耐热橡胶制品的范围在不断扩大,原因在于:第一,若干传统制品过去并不要求耐热,而随着使用条件的变化,也相继提出耐热要求。典型例子是轮胎。由于车速的加快,滚动生热大幅上升,提高耐热性是必须跨越的门槛。其他橡胶制品也有类似情况。第二,橡胶制品与各种热介质(如各种润滑油、制动油、工作介质及液压油)等的接触机会增加,温度也大大超过常温。第三,为了顺应橡胶工业自身在加工中的耐热需要,例如轮胎硫化所用的水胎、胶囊都需在170°C~180°C的温度下长期使用,挤出制品的连续硫化更得在 200°C以上的高温下进行,它们都必须具备耐热和抗返原的特性。

耐热性是指在一定的高温使用条件下,在较长的时间内保持原有基本物理机械性能的能力。耐热性决定制品的最高使用温度和寿命,一般物理机械性能在高温下保持稳定,即具有在高温下能够抵抗氧、臭氧、高能辐射、机械疲劳等因素的作用。

硫化橡胶的耐热性表现在橡胶分子、交联键及其配合剂(主要是填充剂和增塑剂)有较高的粘流温度、热分解温度和化学稳定性。橡胶的粘流温度取决于橡胶分子结构的极性和刚性、橡胶分子之间的作用力、填料与橡胶之间的相互作用和交联键的键能。橡胶的热分解温度取决橡胶分子结构的化学键性质,化学键能越高,耐热性越好。橡胶的化学稳定性也是影响耐热性能的一个重要因素。因为在高温条件下,橡胶与氧、臭氧、其它介质的接触,都会促进橡胶的老化与被腐蚀。

橡胶在高温即热氧作用下,橡胶大分子会发生降解、交联、环化、异构化,活性填料会与橡胶分子发生进一步的作用,交联键产生断裂、环化或重新交联,橡胶内低分子物质产生挥发、分解。橡胶的耐热性与橡胶分子结构和组分、温度、机械作用和介质有密切关系。

从配方设计的角度考虑,要提高橡胶制品的耐热性,主要通过如下三种途径:第一是选择对热和氧稳定性好,其化学结构具有高耐热性的橡胶;第二是在选用橡胶品种的基础上,选择耐热的硫化体系来改善硫化胶的耐热性;第三是发展优良的稳定剂系统,以提高橡胶制品对热和氧的防护能力。所以总的说来,主要通过生胶的牌号、硫化体系、防护体系....


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