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橡胶热氧老化机理及硅橡胶改性三元乙丙橡胶耐热氧老化性能研究

陆涛  
【摘要】:橡胶制品优异的高弹性在社会生产中得到了广泛应用,橡胶制品的老化也越来越受到关注。橡胶的老化在外观上表现为变软发粘或变硬发脆,力学性能随着老化时间的延长逐渐下降的过程。针对橡胶制品不同的老化类型和过程,设计恰当的防护措施可有效地避免不必要的人员伤害和经济损失。橡胶制品使用工况很复杂,引发橡胶发生老化因素很多,例如:热、光、氧气、臭氧、金属离子等等。热氧老化作为橡胶老化主要方式之一,一直是众多学者研究和探索的重点。本文选取目前最大的通用合成橡胶-丁苯橡胶(SBR)作为热氧老化研究对象,利用液相复合法和絮胶工艺制备了含抗氧剂的胶样,通过测试胶样不同老化时间的门尼粘度、黄变指数及红外谱图,探究了SBR的老化机理及抗氧剂的抗氧机理;通过凝聚相反应动力学及温度函数预测出SBR生胶在不同环境温度下的贮存寿命和主辅抗氧剂的协同因子,并对比门尼粘度和黄变指数规律验证了热分析方法的可行性。首先制备了细化的抗氧剂乳液,将其与乳聚丁苯胶乳进行液相复合,并通过絮胶工艺制备含抗氧剂的胶样。门尼粘度的测试结果表明:SBR生胶的老化行为是先降解后交联,抗氧剂的加入能够减缓橡胶热氧老化的进程,主辅抗氧剂复配具有最好的抗氧效果,其次分别是单加主抗氧剂和单加辅助抗氧剂。门尼粘度测试结果结合空白试样的红外谱图反映出丁苯橡胶的热氧老化主要集中在丁二烯链段,且整个热氧老化过程中含氧自由基彼此碰撞会生成大量的醛酮酯类结构。黄度指数表明抗氧剂的加入能延缓热氧老化进程,但酚类抗氧剂在发挥抗氧效果的同时自身会形成苯醌类结构,胶样的黄度增加。采用差热分析(DTA)测试了胶样在空气气氛中不同升温速率下的氧化起始温度(Ti),通过凝聚相反应动力学结合阿累尼乌斯温度函数或经验温度函数预测不同抗氧剂胶样在100℃和25℃的贮存寿命,反映的抗氧剂抗氧效果的规律与门尼粘度结果相一致,验证了热分析方法的可行性。进一步利用SBR不同环境温度下的贮存寿命计算出主辅抗氧剂的协同因子(IS),得出抗氧剂的协同因子随着环境温度的下降而增大的结论。热失重方法(TG)测试发现不同抗氧剂胶样的失重百分之五的温度(To.05)相差不大,验证了SBR交联形式的老化行为。目前耐高温输送带覆盖胶的基体材料选用的是EPDM,它可以在150℃下长期使用,但由于我国是水泥、钢铁等生产大国,熟料温度长时间保持在200-600℃,部分物料瞬时温度可得到600℃以上,因此制备更高级别耐高温覆盖胶显得尤为重要。2005年国内硅橡胶合成技术的突破,打破国际硅橡胶价格的垄断,硅橡胶价格大幅下降,但硅橡胶本身熔体强度太低,无法达到结构件的使用要求,而EPDM/MVQ共混能有效发挥两者的长处,制备力学性能良好且耐高温级别更高的并用胶体系。MVQ粘度偏低不利于与EPDM共混,且它们溶解度参数之差0.5,属于热力学不相容体系等等问题一直是影响两者良好并用的难题。本文先探究了MVQ直接并用到耐高温覆盖胶的配方中对产品老化前后性能影响,之后优化了胶料的混炼工艺,并考察了不同硅烷偶联剂作为EPDM/MVQ相容剂对并用胶性能的影响,实现了EPDM/MVQ良好的并用。


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