橡胶脆性温度的相关介绍

橡胶脆性温度的相关介绍

一、橡胶脆性温度的简单介绍:
①橡胶的耐寒性是指在规定的低温下，能保持橡胶弹性和正常工作的能力。
②硫化橡胶在低温下，由于松弛过程急剧减慢，硬度、模量和分子内摩擦增大，弹性显著降低，致使橡胶制品的工作能力下降，特别是在动态条件下尤为突出，当温度降至弹性极限使用温度时，橡胶会硬化与收缩，导致密封件泄露失效。
③硫化胶的耐寒性能主要取决于高聚物的两个基本特性：玻璃化转变和结晶。两者都会使橡胶在低温下丧失弹性。
二、橡胶脆性温度的影响因素
①选择耐寒性好生胶是耐寒性的关键，橡胶的耐寒性能主要取决于橡胶的品种。对于非结晶型橡胶，玻璃化温度较低，耐寒性较好。对于结晶性橡胶，耐寒性要考虑玻璃化温度的高低、结晶情况。增大橡胶分子链的柔顺性，减少分子间作用力及空间位阻，削弱大分子链规整性的橡胶成分与结构因素，都有利于提高橡胶耐寒性。
②橡胶并用是橡胶配方设计中调整耐寒性的常用方法，例如SBR并用BR，NBR并用NR、CO、ECO，可提高橡胶的耐寒性。交联键的类型影响橡胶的耐寒性。天然橡胶使用传统的硫化体系时，随硫确用量的增加，直到30份，其剪切模量随之提高，玻璃化温度也随之上升（可上升至20~30°℃）。
③选择适当和有效的的硫化体系，橡胶玻璃化温度比传统的硫化体系降低7℃。因此NR与SBR、DCP硫化有最佳的耐寒性，用秋兰姆硫化，耐寒性有所降低，而以硫/次酰胺类促进剂硫化的耐寒性最差。产生上述差异的原因是，用硫硫化时，在生成多硫键的同时，还生成分子内交联键，并且发生环化反应，因此使得链段的活动性降低，弹性模量提高，玻璃化温度上升。减少硫用量、使用半有效或有效硫化体系时，多硫键数量减少，主要生成单硫键和二硫键，分子内结合硫的可能性降低，因此玻璃化温度上升幅度较多硫键小。
④用过氧化物和辐射硫化时，其耐寒性优于有效硫化体系和传统硫化体系，这是因为过氧化物硫化胶的体积膨胀系数较大。体积膨胀系数较大，可使链段活动的自由空间增加，有利于玻璃化温度的降低。另外，过氧化物硫化时，形成牢固的、短小的C-C交联键，而使用硫硫化时，则会形成牢固度较小、长度较大的多硫键，因此在发生形变时，要克服的分子间作用力会更大一些，同时弱键发生畸变，这样就增加了滞后损失，增大了蠕变速率，硫化胶中的黏性阻力部分比过氧化物硫化胶更大一些。也就是说，用硫硫化的橡胶中，分子间的作用力要大得多，这正是硫化胶耐寒性较差的原因。
三、填充剂对脆性温度的影响。
①填充剂对橡胶的耐寒性的影响，取决于填充剂和橡胶相互作用后所形成的结构。提高含胶量，减少填料的用量，填充剂的加入会阻碍链
段构型的改变，增大填料刚性，因此不能指望加入填充剂来改善橡胶的耐寒性。
②另外合理的选用软化增塑体系是提高橡胶制品的耐寒性的有效措施，加入增塑剂，可使橡胶玻璃化温度下降。耐寒性较差的丁腈橡胶、
氯丁橡胶等极性橡胶，主要是通过加入适当的增塑剂来改善其耐寒性能。因为增塑剂能增加橡胶分子柔性，降低分子间作用力，使分子链
段易于运动，所以极性橡胶要选用与其极性相近、溶解度参数接近的增塑剂。软化增塑剂类型与用量对橡胶耐寒性至关重要。

温度回缩试验（TR回弹）
低温环境是考验橡胶制品的一项重要的因素。因为在低温环境下，由于橡胶的玻璃化转变和结晶，会使橡胶在低温环境中失去原有特征，导致硬度增加、应力松弛、弹性消失等，从而降低其工作能力。尤其是在航空液压、燃油和润滑油密封系统中，必须采用具备优良弹性的橡胶，特别是要求低温下密封。一般来说，橡胶在低温下的密封性能依赖它的低温回弹性及变形性质。聚合物玻璃态与高弹态之间的转变称为玻璃化转变，其对应的转变温度为玻璃化转变温度（Tg），橡胶材料的冲击吸收功随温度降低而减小，当试验温度低于韧脆临界转变温时，
冲击吸收功明显下降，橡胶材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象称为低温脆性，对应的温度为该橡胶材料的脆性温度。按照GB/T7758
《硫化橡胶低温性能的测定温度回缩法（TR试验）》，在室温下将硫化胶拉伸至规定长度，迅速冷冻，使硫化胶失去弹性，然后以均匀的
速率升高温度，使其弹性恢复，10%回缩率对应的温度称为TR10。

Tg、脆性温度和TR10都可以表征橡胶材料的低温性能。Tg和TR10侧重的是橡胶材料在低温下的弹性。对于密封气体、油脂、液体油等的橡胶制品，Tg和TR10可以作为评价其产品质量的指标。汽车刹车胶管、输水胶管、输油胶管、真空胶管等在实际使用过程中会受到不同方向的力的作用，如果胶管低温性能差，胶管在低温下受力后会发生断裂，造成产品失效，脆性温度可以用来表征这类产品用材料的低温性能。采用温度回缩试验（TR回弹），可以得到TR10和Tg，快速评价橡胶在低温下密封性能、粘弹和结晶特性。

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