橡胶的耐寒性原理及增加橡胶耐寒性的方法
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硫化橡胶在室温附近的大温度区域具有弹性。随着温度的下降,颗粒的布朗运动减弱,橡胶会因内部粘度的增加而呈皮革状。当温度进一步降低时,颗粒的布朗运动完全停止时,橡胶会冻结,进入脆化玻璃区。这就是结晶橡胶的结晶现象。这种现象表明,橡胶内部不规则分子结构的一部分将在适当的温度下重新排列,导致模量增加,永久变形扩大,橡胶的弹性随着时间的推移逐渐丧失。
从以上橡胶的分子运动规律可以看出,要使橡胶具有良好的耐寒性,必须使分子之间的凝结能量相对较小,熔融熵较大,即分子之间的运动相对容易,结晶度较低。
正常情况下,主链上有双键或醚键的橡胶耐寒性更好,但虽然有双键和极性基橡胶,同时在侧键上(NBR,CR等),或者主分子链虽然是单键,但侧键上同时有极性键的橡胶(氯磺化聚乙烯、丙烯酸橡胶、氟橡胶等。)耐寒性差。结晶橡胶在分子结构上是规则的,尤其是反式结构,比如古塔橡胶(GUTTAPERCHA)即使在室温下也表现为结晶固体,CR反式结构也占分子结构的大部分,与它们相比,脆化温度低BR,NR也有规则的顺位结构,所以其结晶速度不如具有反式结构的橡胶快,尤其是具有反式结构的橡胶。
BR结晶速度也很快。硅橡胶具有耐热性和良好的耐寒性,因为其分子结构的主链是-Si-O-Si-,与其他橡胶的主链相比(-C-C-C-)完全不同。
因此,提高橡胶的耐寒性也可以采用增加橡胶分子之间的桥梁密度的方法。提高桥梁密度橡胶的耐低温效果肯定会提高,但不是很明显,相反,橡胶的结晶速度会显著降低。因此,与二烯烃橡胶相比,也可以添加更多的硫磺(不超过5)phr),作为硫化促进剂,MBT性能最佳,CBS其次。过氧化物架桥橡胶在低温下具有优异的抗弯性,但与硫磺硫化橡胶相比,其结晶速度似乎更快。