耐熱橡膠的配方設(shè)計

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耐熱性是指橡膠及其制品在經(jīng)受長時間熱老化后保持物理機(jī)械性能或使用性能的能力，耐溫性表示橡膠物理機(jī)械性能對溫度的敏感性，即在高溫條件下，橡膠的力學(xué)性能基本不下降的這種性質(zhì)。高溫時物理機(jī)械性能與室溫時的差異小，即耐溫性好。說明橡膠物理機(jī)械性能隨（測試）溫度的變化。高溫使用的（耐熱）橡膠制品，既要耐熱性好，也要耐溫性好。

評價耐熱性的方法多種多樣，如用馬丁耐熱與維卡耐熱評定耐熱程度，也可通過熱失重儀找出分解溫度作為材料的使用溫度的上限，或者用真空加熱４０～４５ｍｉｎ時，質(zhì)量減少５０％的溫度（Ｔｎ）———半壽命溫度來評估耐熱性

耐熱橡膠是指在高溫條件下長時間使用時仍能保持原有力學(xué)性能和使用價值的硫化橡膠，常用熱老化后性能變化量（如硬度）、性能變化率（如拉伸強(qiáng)度、伸長率）、性能保持率、老化系數(shù)表示其力學(xué)性能的變化情況。在橡膠密封制品中，硫化橡膠在壓縮狀態(tài)下的耐熱性能稱耐熱壓縮性能，它常由壓縮永久變形系數(shù)或壓縮應(yīng)力松弛系數(shù)評價。

在８０℃以上長期使用后仍能基本保持原有性能和使用價值的橡膠都?xì)w于“耐熱橡膠”的范疇，橡膠制品的耐熱和高溫性能是橡膠特殊性能中最常見的一種性能。橡膠在這種情況下性能穩(wěn)定的本質(zhì)原因是在高溫下能夠抵抗氧、臭氧、腐蝕性化學(xué)物質(zhì)、高能輻射以及機(jī)械疲勞等因素的影響，橡膠分子構(gòu)造不發(fā)生顯著變化和損壞，且能夠保持較好的使用性能。

使用溫度范圍／℃適用的橡膠

＜７０各種橡膠

７０～１００天然橡膠、丁苯橡膠

１００～１３０氯丁橡膠、丁腈橡膠、氯醚橡膠

１３０～１５０丁基橡膠、乙丙橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠

１５０～１８０丙烯酸酯橡膠、氫化丁腈橡膠

１８０～２００乙烯基硅橡膠、氟橡膠

２００～２５０二甲基硅橡膠、氟橡膠

＞２５０全氟醚橡膠、氟硅橡膠、硼硅橡膠

國標(biāo)橡膠的耐溫性能可分為以下兩檔五類

普通橡膠Ａ－７０～－３０℃／９０～１２０℃，例如ＮＲ、ＩＲ、ＢＲ、２３７ＳＢＲ、ＣＲ。

普通橡膠Ｂ－４０～－２０℃／１２０～１５０℃，例如ＮＢＲ、ＩＩＲ、ＥＰＤＭ、ＣＳＭ。

普通橡膠Ｃ－３０～１０℃／８０～９０℃，例如Ｔ、Ｕ。

耐熱橡膠Ａ－３０～－１０℃／１５０～２００℃，例如ＡＣＭ、ＡＮＭ、ＥＶＡ、ＣＯ、ＥＣＯ。

耐熱橡膠Ｂ－７０～－２０℃／２５０～３００℃，如ＭＱ、ＭＶＱ、ＦＰＭ、ＦＫＭ。

但是在實(shí)際使用過程中，由于受到多種內(nèi)在和外在因素的影響，為保證安全使用壽命，一般二烯類橡膠控制在１００℃左右，耐油的丁腈橡膠為１３０℃，丙烯酸酯橡膠為１８０℃。硅和氟類橡膠為２００～２５０℃，短時使用可達(dá)３００～３５０℃。

也有按4個種類劃分的

橡膠制品的耐熱性能，主要取決于所用橡膠的品種。所以在設(shè)計配方時，首先應(yīng)考慮生膠的選擇。

橡膠的耐熱性表現(xiàn)在橡膠有較高的黏流溫度、較高的熱分解穩(wěn)定性和良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性。橡膠的黏流溫度取決于橡膠分子構(gòu)造的極性以及分子鏈的剛性，極性和剛性愈大，黏流溫度愈高。橡膠分子的極性是由其所含極性基團(tuán)和分子構(gòu)造來決定的，分子鏈的剛性也與極性取代基及空間構(gòu)造排列的規(guī)整性有關(guān)。在橡膠分子中引２３８入氰基、酯基、羥基或氯原子、氟原子等都會提高耐熱性。橡膠熱分解溫度取決于橡膠分子構(gòu)造的化學(xué)鍵性質(zhì)，化學(xué)鍵能愈高，耐熱性越好。硼硅橡膠、硅橡膠、聚苯硅氧烷等大分子鏈都有較高的鍵能，故具有優(yōu)越的耐熱性。

一般而言，碳鏈橡膠除含氟的ＦＰＭ外，耐熱性皆不高，能在１５０～２００℃溫度下長期使用；主鏈完全不含碳原子的元素有機(jī)高聚物，如Ｑ類，其耐熱性很好，硅膠可在２５０℃甚至３００℃下長期使用。

橡膠的化學(xué)穩(wěn)定性是耐熱的一個重要因素，因為在高溫條件下，一些化學(xué)物質(zhì)如果與氧、臭氧、酸、堿以及有機(jī)溶劑等接觸，都會促進(jìn)橡膠的腐蝕，降低耐熱性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性與橡膠分子構(gòu)造密切相關(guān)，具有低不飽和度的丁基橡膠、乙丙橡膠和氯磺化聚乙烯等就表現(xiàn)出優(yōu)良的耐熱性能。此外，主鏈上若有單鍵連接的芳香族構(gòu)造，分子鏈借助于共軛效應(yīng)，也會促使構(gòu)造穩(wěn)定

耐熱橡膠的配方設(shè)計橡膠的耐熱性與橡膠分子鏈的飽和度、分子鏈剛性以及分子的極性、化學(xué)鍵性質(zhì)有關(guān)。具有如下分子構(gòu)造的橡膠，耐熱性較好。分子鏈飽和度高，如丁基橡膠、乙丙橡膠等；橡膠主鏈鏈段上，有較多的無機(jī)鏈，如硅橡膠的主鏈為硅氧構(gòu)造；橡膠分子鏈上帶有鹵素元素、氰基、酯基等，如氟橡膠、丙烯酸酯橡膠、氯磺化聚乙烯、氯化丁基橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠。

（１）主鏈構(gòu)造大部分膠種的主鏈都為碳鏈構(gòu)造，其鍵能為２６３３ｋＪ／ｍｏｌ；而雜鏈橡膠中有的主鏈鍵能高于此，如硅橡膠的硅氧鍵高達(dá)４２８４ｋＪ／ｍｏｌ，因此其耐熱等級就大大超越碳鏈橡膠。

（２）不飽和度二烯類單體聚合后，每個單元仍保存１個雙鍵。由于雙鍵易受破壞而成為分子鏈中的薄弱環(huán)節(jié)。二烯類共聚橡膠（如丁苯膠）與均聚橡膠（如天然膠、順丁膠）相比，雙鍵的數(shù)目有所下降，因而具有相對較好的耐熱性。有些膠種因為不存在二烯烴單體，它們的耐熱性也就更好，如氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯和硅橡膠等?？傊麈湹娘柡投仍礁撸ɑ虿伙柡投仍降停﹦t耐熱性２３９越好。

（３）側(cè)基在橡膠分子主鏈上連接的側(cè)向基團(tuán)，對橡膠的耐熱性也起到一定作用。它們對主鏈都起屏蔽作用，特別是強(qiáng)極性原子和基團(tuán)（如氟、氯、溴和亞硝基、羧基、氰基）。所以含鹵橡膠都在一定程度上耐熱，尤以氟橡膠最好。這是因為氟是鹵族元素中電負(fù)性最強(qiáng)的；氟橡膠的側(cè)基全被氟、氯等鹵族原子所占，形成了強(qiáng)大的耐熱屏障。

耐熱橡膠的配方設(shè)計有時也需要兩種膠的耐熱優(yōu)勢互補(bǔ)。這種例子很多，例如ＥＰＤＭ／ＣＩＩＲ并用能充分發(fā)揮耐熱協(xié)同效應(yīng)

耐熱橡膠配方設(shè)計時，首先要根據(jù)使用溫度和相關(guān)性能的要求（耐介質(zhì)、力學(xué)性能指標(biāo)要求）選擇橡膠品種，盡可能提高橡膠本身的耐熱性和耐溫性，而不會使其他性能下降。其次是選擇合理的硫化體系和防護(hù)體系，以提高硫化膠的耐熱性。每種橡膠都能在一定的溫度范圍內(nèi)長時間使用，經(jīng)特殊配合，可使硫化膠在短