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橡胶制品臭氧老化影响因素和防护

时间:2019-09-10912 次浏览

信息摘要:橡胶在大气中老化变质,臭氧的作用也是一个很重要的原因,臭氧老化先是在表面层,特别容易在应力集中处或配合粒子与橡胶的界面处产生,通常先生成薄膜,然后薄膜龟裂,特别是在动态条件下使用时,薄膜更易不断破裂而露出新鲜表面,使得臭氧老化不断向纵深发展,直到完全破坏。

关于臭氧的基础常识

臭氧在常温常压下是一种淡蓝色腥臭味的气体,分子式为O3,具有极强的氧化能力与杀菌性能。

臭氧具有很强的氧化性,除了金和铂外,臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀作用。铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化,但含铬铁合金基本不受臭氧腐蚀。

臭氧对非金属材料也有强烈的腐蚀作用,在臭氧发生设备中,不能用普通橡胶作密封材料,须采用耐腐蚀能力强的硅橡胶或耐酸橡胶等。

橡胶在大气中老化变质,臭氧的作用也是一个很重要的原因,臭氧老化先是在表面层,特别容易在应力集中处或配合粒子与橡胶的界面处产生,通常先生成薄膜,然后薄膜龟裂,特别是在动态条件下使用时,薄膜更易不断破裂而露出新鲜表面,使得臭氧老化不断向纵深发展,直到完全破坏。

不饱和橡胶最不耐臭氧,因为臭氧最易与主链上的双键迅速反应,一般认为是亲电子加成反应。同时,由于对橡胶分子的扩散是反应中的最  阶段,所以反应也取决于外部和内在的物理因素。

一、臭氧老化的特征

1、橡胶的臭氧老化是一个表面反应。

2、橡胶发生臭氧龟裂需要一定的应力或应变,未受拉伸的橡胶臭氧老化后表面形成类似喷霜状的灰白色的硬脆膜。在应力或应变作用下,薄膜发生臭氧龟裂。

3、臭氧龟裂的裂纹方向垂直于受力方向。

二、影响橡胶臭氧老化的因素

1、橡胶种类的影响

(1)双键含量:双键的含量越高,耐臭氧老化性越差;

(2)双键碳原子上取代基的特性:吸电子取代基降低了双键的反应活性,降低了臭氧反应能力;供电子取代基增加了电子云密度,提高了双键的反应活性,提高了臭氧反应能力。如:CR、BR、NR三种胶的耐臭氧老化性为CR>BR>NR。

2、臭氧浓度的影响

臭氧的浓度越高,耐臭氧老化性越差;

同一臭氧浓度下,橡胶结构不同,臭氧老化特性不同。如NR短时间产生龟裂,但龟裂增长速度慢;SBR、BR、NBR产生龟裂所需时间长,但龟裂增长速度快。

3、应力应变的影响

臭氧进攻橡胶的表面,在表面老化,表面形成臭氧化膜,臭氧化膜比较硬、脆,可以阻止臭氧向内部渗透,但在动态条件下,老化膜易破裂,臭氧不断地与橡胶反应,最终使橡胶断裂。

低伸长产生的裂纹数量少,龟裂增长速率快,裂纹深;高伸长产生的裂纹数量多,龟裂增长速率慢,裂纹浅。

4、温度的影响

温度升高,臭氧老化速度加快。

三、橡胶制品臭氧老化的防护

1、物理防护法

第三种情况最常用。防止橡胶臭氧老化的蜡分为石蜡和微晶蜡。

石蜡:由直链烷烃组成,分子量较低,结晶度较高,形成大的结晶,熔点范围为38~74℃。

微晶蜡:高分子量石油的残余物,主要由支化烷烃或异构链烷烃组成,形成小而不规整的结晶,熔点57~100℃。

蜡类是比较脆的物质,在动态情况下,蜡膜容易产生动态破裂,所以在动态情况下应使用蜡类与抗臭氧剂并用等办法。

2、化学防护法

在橡胶中加入化学抗臭氧剂,在动静态下都可使用化学防老剂。抗臭氧剂用量一般为1.5~3.0份,几乎都是含氮化合物。常用的是对苯二胺类。

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