氯丁橡胶的老化和寿命预测研究_王锋.pdf

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1、研究·开发弹性体，２０１３－０２－２５，２３（１）：２２～２５ＣＨＩＮＡＥＬＡＳＴＯＭＥＲＩＣＳ氯丁橡胶的老化和寿命预测研究＊王锋１，董玉华＊＊，郭文娟１，丁晓东２，周琼１（１．中国石油大学（北京）理学院材料科学与工程系，北京１０２２４９；２．中国船舶工业集团公司船舶系统工程部，北京１０００９４）摘要：通过对氯丁橡胶在５５℃、７０℃、８５℃、１００℃下热空气加速老化的实验，研究了氯丁橡胶的老化机理并进行了寿命预测。红外分析结果说明氯丁橡胶的老化机理为：热氧老化在ＣＣ上进行；８５℃、１００℃侧基Ｃｌ脱离主链。以扯断伸长率为指标进行寿命预测，可知氯丁橡胶在本实验条件下的贮存寿命约为２０ａ。关键词

2、：氯丁橡胶；热空气老化；寿命中图分类号：ＴＱ３３３．５文献标识码：Ａ文章编号：１００５－３１７４（２０１３）０１－００２２－０４橡胶的老化是生胶或橡胶制品在加工、储存不同温度下的老化机理，并以氯丁橡胶老化前后或使用过程中，受到热、光、氧等外界因素的影响，的扯断伸长率的比为指标预测了其寿命，为以后引起材料表面或材料物理化学性质和机械性能的该种材料的运用提供理论依据。改变，最终丧失工作的能力。由于材料是逐渐失１实验部分去原有的优良使用性能，会导致相应设备或部件［１－２］失效，甚至带来安全隐患。老化问题限制了橡１．１实验设备胶密封材料的进一步应用，因此有很多专家对橡老化箱：ＤＨＧ－９０３５Ａ，上海

3、一恒科学仪器厂；胶材料的老化问题和使用寿命进行了研究。拉伸机：ＷＤＴＩ１－２０，深圳市凯强利试验仪器有限氯丁橡胶是自补强较好的橡胶，主链上主要公司；冲片机：ＣＰ－２５，江都市道纯试验机械厂。是１，４键合形式，其大分子链上大部分氯原子直１．２老化环境接连接在双键的主链上。由于氯丁橡胶分子链中老化环境为热空气老化，老化温度为５５℃、含有极性基团，一方面保护双键使其活性降低；另７０℃、８５℃、１００℃。一方面又使聚合物对非极性物质有很大的稳定１．３试样的制备性，所以氯丁橡胶的耐光、耐热、耐老化、耐油以及将硫化好的橡胶裁成哑铃型，厚度为（２．００±耐化学品腐蚀性和耐燃性更为突出。氯丁橡胶有０．１０）

4、ｍｍ，其它尺寸应符合ＧＢ／Ｔ５２８—８２《硫化多种优异的性能，对其共混改性和配方的研究有橡胶拉伸性能测定》的要求。不少报道，但对其寿命和老化机理的研究较１．４热空气老化实验［３－５］少。余超等人以氯丁橡胶的强韧度为指标计根据热空气老化实验标准ＧＢ／Ｔ３５１２—算了使用寿命，考察了氯丁橡胶老化后硬度与断２００１，将老化箱的温度调至实验温度，使其温度变裂伸长率、拉伸强度、１００％定伸应力的关系，但是化在±１℃，在试样的一端用打孔器打一个小孔，［６－８］没有对老化机理进行研究。本文通过热空气并编上号，将其按序号用聚四氟带悬挂在实验箱加速老化实验，运用红外光谱分析了氯丁橡胶在内，每两个样间距不少于６

5、ｍｍ，从放入开始计时，到规定的时间将试样取出，测定机械性能。收稿日期：２０１２－１０－２３作者简介：王锋（１９８６－），男，陕西宝鸡人，中国石油大学１．５性能测试（北京）在读硕士研究生，研究方向为高分子材料。拉伸性能按ＧＢ６３４４—８６标准测定。测试条＊基金项目：海军装备部重点科研项目。＊＊通讯联系人件：试样老化后，将其在室温下放置２４ｈ，在２５℃第１期王锋，等．氯丁橡胶的老化和寿命预测研究·２３·下进行测量，测试速率为８．３３ｍｍ／ｓ，每次测试５止实验。为了考察不同温度下的老化机理，对各个试样，并求其平均值。种温度下的老化橡胶进行红外光谱分析，分析结１．６红外光谱分析果见图２。傅里叶红外光

6、谱法用来表征老化前后橡胶分子链上的结构变化。样品的红外光谱选用ＡＴＲ附件测量，扫描范围４０００～５００ｃｍ－１，分辨率－１，扫描１２８次得到吸收光谱。其表征了老８ｃｍ化前和不同温度下老化后扯断伸长率变化到５０％时氯丁橡胶的分子链变化。２结果与讨论２．１热空气老化对氯丁橡胶性能的影响波数／ｃｍ－１在热空气老化的过程中，温度起着加速橡胶图２不同温度下老化后的红外光谱老化的作用。温度影响了反应速度常数，在氧化由图２可见，对于老化前的氯丁橡胶（原样），初期的反应速度常数随着温度的提高而增大，服其红外光谱特征峰为：３４２９．２８ｃｍ－１为—ＯＨ的［９－１２］从Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式。为了更好地表征反应

7、速伸缩振动；２９２４．６８ｃｍ－１和２８５５．８４ｃｍ－１为饱和度常数随温度的变化，实验是在相同的环境和老碳上的Ｃ—Ｈ伸缩振动；１６３７．６９ｃｍ－１为ＣＨ化时间内进行。氯丁橡胶老化前后断裂伸长率的－１是甲基中碳氢键ＣＨ的伸缩振动，１４５２．３０ｃｍ变化与老化时间的关系如图１所示。的不对称变形振动峰和亚甲基的变形振动吸收峰，１２５５．６０ｃｍ－１、１１０２．５４ｃｍ－１和１０３６．１２ｃｍ－１为烯烃的Ｃ—Ｈ面