隨著橡膠行業(yè)迅猛提升, 橡膠產(chǎn)品越來(lái)越多的應(yīng)用于汽車(chē)、閥門(mén)、傳送帶、膠鞋及密封制品等各個(gè)領(lǐng)域。然而橡膠制品也存在與其他高分子產(chǎn)品一樣的通病, 都有在一般環(huán)境下逐漸發(fā)生老化這一缺點(diǎn), 以致最后完全失去它本有的優(yōu)良性能。
丁腈橡膠是一種以丙烯腈和丁二烯為單體的合成橡膠, 根據(jù)ACN的含量劃分, 可分為普通品種;極高ACN含量43%以上、高ACN含量36%~42%、中高ACN含量31%~35%、中ACN含量25%~30%、低ACN含量24%以下。此外還有特殊品種;氫化丁腈橡膠、羧基丁腈橡膠、液體丁腈橡膠、粉末丁腈橡膠。丁腈橡膠耐油性好適合被當(dāng)做耐油制品, 如耐油膠管、膠輥、各種密封件、大型油囊等。丁腈橡膠與PVC共混改性可以被用來(lái)作為阻燃制品, 或抗靜電好的橡膠制品, 由于丁腈橡膠應(yīng)用廣泛, 因此對(duì)丁腈橡膠老化與防護(hù)的研究有著非常重要的意義。
丁腈橡膠的老化, 是指生膠或丁腈橡膠制品在工業(yè)化生產(chǎn)或使用過(guò)程中由于受到外界環(huán)境的影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化, 從而使其性能逐漸下降的現(xiàn)象。老化是一種不可逆的化學(xué)現(xiàn)象, 是高分材料的通病。

丁腈橡膠及其制品的種類(lèi)繁多, 丁腈橡膠隨著時(shí)間的推移, 生膠表面會(huì)越來(lái)越粘, 有的也會(huì)出現(xiàn)變軟, 而有的會(huì)硬化, 有時(shí)表面會(huì)析出一些物質(zhì)。一些丁腈橡膠制品會(huì)產(chǎn)生裂口等現(xiàn)象。還有一些制品會(huì)發(fā)生變硬, 失光, 變色等現(xiàn)象。

• 外觀變化

Carance Lopitaux等[1], 用電子激光儀器對(duì)丁腈材料進(jìn)行了照射, 通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察表明, 高能的激光儀器照射, 會(huì)對(duì)丁腈材料產(chǎn)生輻射, 輻射會(huì)導(dǎo)致丁腈材料內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)反應(yīng), 使丁腈橡膠材料失去彈性而變硬, 。張新蘭, 許文, 趙云峰, 梁曉凡, 丁孝均[2]等將丁腈橡膠貯存在液壓油環(huán)境中, 在長(zhǎng)期貯存過(guò)程中, 丁腈橡膠制品彈性逐步喪失、丁腈橡膠的形狀和性能都發(fā)生了變化。

• 力學(xué)性能變化

R.P.Brown等[3]對(duì)許多種橡膠材料進(jìn)行了研究, 包括丁基橡膠、硅橡膠.、天然橡膠、丁腈橡膠。將它們的橡膠樣品存放在自然環(huán)境下長(zhǎng)達(dá)40多年, 應(yīng)用顯微硬度測(cè)量?jī)x對(duì)老化后的橡膠樣品進(jìn)行觀察, 發(fā)現(xiàn)其硬度發(fā)生了明顯的變化, 經(jīng)過(guò)研究論證表明老化后的樣品從表面到里面硬度呈梯形變化, 其中表面硬度。 通過(guò)研究表明丁腈橡膠在一般環(huán)境下老化時(shí)間越長(zhǎng), 它的分子內(nèi)部交聯(lián)程度就越復(fù)雜, 硬度和其定伸應(yīng)力在一定時(shí)間段內(nèi)也隨之提高, 其拉斷伸長(zhǎng)率在一定時(shí)間段內(nèi)呈下降趨勢(shì), 拉伸強(qiáng)度在一定時(shí)間段內(nèi)先曾大后減小。

• 化學(xué)性能的變化

丁腈橡膠的化學(xué)性能變化一般都是熱氧老化, 熱氧老化是指與氧接觸的情況下, 硫化膠由于與氧發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)從而使硫化膠的內(nèi)部分子鏈發(fā)生了斷裂和重組, 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化, 從而使其性能發(fā)生變化, 丁腈橡膠發(fā)生熱氧老化, 其實(shí)是內(nèi)部分子鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生變化導(dǎo)致, 其內(nèi)部發(fā)生了交聯(lián), 從而使丁腈橡膠制品變硬, 局部產(chǎn)生裂口, 性能降低。

影響丁腈橡膠老化的因素

• 氧

丁腈橡膠在有氧的環(huán)境下, 會(huì)與氧分子接觸發(fā)生基鏈反應(yīng), 分子鏈斷裂、重組, 甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的交聯(lián), 從而使橡膠的物理、化學(xué)等性能發(fā)生改變。對(duì)于丁腈橡膠的老化, 氧化反應(yīng)是一個(gè)最普遍的因素。

• 臭氧

臭氧的自由基活性非常高是氧的幾千倍, 對(duì)丁腈橡膠的作用程度更大, 它同樣是使分子鏈斷裂、重組, 丁腈橡膠受到臭氧的影響情況隨著丁腈橡膠的變形情況而變化。當(dāng)變形的丁腈橡膠與臭氧接觸時(shí), 丁腈橡膠會(huì)在與臭氧接觸的地方產(chǎn)生很深的豎直的裂口, 這就是我們常說(shuō)的“臭氧龜裂”;當(dāng)不變形的橡膠或變形程度較小的丁腈橡膠與臭氧接觸時(shí)表面會(huì)產(chǎn)生一層保護(hù)膜而不會(huì)產(chǎn)生裂口。

• 熱

溫度升高橡膠內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)加劇, 分子鏈內(nèi)部發(fā)生斷裂、重組等一系列化學(xué)變化, 并且升高溫度能加快氧分子在橡膠材料中的移動(dòng)速度, 使氧更容易的與橡膠發(fā)生反應(yīng), 最終導(dǎo)致橡膠材料的老化。

• 光

光照會(huì)使丁腈橡膠材料溫度升高, 溫度升高橡膠材料內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)加劇從而使橡膠加速材料老化, 其次光波中含有紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)等一些放射性射線(xiàn), 它們對(duì)橡膠的破會(huì)性極大, 橡膠材料吸收了它們后, 內(nèi)部能量會(huì)增加從而導(dǎo)致分子鏈斷裂或重組, 并且在氧存在的情況下會(huì)加速氧化反應(yīng), 最終導(dǎo)致橡膠材料的老化。

• 機(jī)械應(yīng)力

機(jī)械應(yīng)力作用在丁腈橡膠材料上, 橡膠材料內(nèi)部分子鏈會(huì)發(fā)生斷裂, 大分子鏈斷裂成多個(gè)小分子鏈, 小分子鏈繼續(xù)重組、交聯(lián)發(fā)生反應(yīng), 最終導(dǎo)致橡膠材料的老化。

• 水分

水分對(duì)丁腈橡膠的作用有好的方面和壞的方面, 好的方面是:在有些情況下水分與橡膠接觸會(huì)產(chǎn)生一層保護(hù)膜, 保護(hù)膜會(huì)將橡膠材料與氧隔離從而避免發(fā)生氧化反應(yīng)。壞的方面:丁腈橡膠內(nèi)部存在親水基團(tuán), 當(dāng)親水基團(tuán)與水分子接觸的時(shí)候會(huì)發(fā)生溶解反應(yīng), 破壞橡膠內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu), 最終加速橡膠的老化。