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橡膠老化主要由熱、氧、臭氧、光、機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)介質(zhì)和生物因素引起,導(dǎo)致性能下降和外觀變化。處理方法包括選用耐老化橡膠材料,添加抗氧化劑和防老劑,優(yōu)化配方和工藝,改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計,進(jìn)行表面處理,控制使用和儲存環(huán)境,以及定期檢查和維護(hù)。
一、橡膠老化的原因
橡膠作為一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)和日常生活的高分子材料,以其優(yōu)異的彈性、耐磨性和良好的絕緣性而備受青睞。然而,橡膠在長期使用過程中不可避免地會遇到老化問題,這不僅影響其性能,還可能帶來安全隱患。橡膠老化是指橡膠材料在環(huán)境因素作用下,逐漸失去原有性能的過程。
1、熱老化:橡膠在高溫環(huán)境下,分子鏈會發(fā)生斷裂或過度交聯(lián),導(dǎo)致材料硬化、變脆,甚至出現(xiàn)裂紋。熱老化是一個加速橡膠性能下降的過程,尤其在高溫和氧氣存在的條件下更為顯著。因此,橡膠制品在使用和儲存過程中,應(yīng)避免長時間暴露在高溫環(huán)境中。
2、光老化:紫外線是導(dǎo)致橡膠光老化的主要因素。紫外線能夠穿透橡膠表面,引發(fā)光化學(xué)反應(yīng),破壞橡膠分子鏈結(jié)構(gòu),導(dǎo)致性能下降。光老化不僅影響橡膠的外觀,降低其抗拉強(qiáng)度和伸長率,還可能引起材料的變色和粉化。
3、機(jī)械應(yīng)力:橡膠在受到持續(xù)或周期性的機(jī)械應(yīng)力作用下,分子鏈會發(fā)生重新排列,導(dǎo)致材料疲勞。長期的機(jī)械應(yīng)力作用會使橡膠內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋,這些微裂紋逐漸擴(kuò)展,最終導(dǎo)致材料的斷裂。
4、化學(xué)介質(zhì):橡膠在接觸某些化學(xué)物質(zhì),如酸、堿、溶劑等時,會發(fā)生化學(xué)腐蝕或溶脹,影響其物理性能。化學(xué)介質(zhì)的侵蝕作用會破壞橡膠的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),降低其耐油性、耐化學(xué)性和耐溫性。
5、微生物侵蝕:在適宜的溫度和濕度條件下,微生物可能在橡膠表面生長繁殖,導(dǎo)致橡膠表面腐蝕、軟化或變色。微生物侵蝕不僅影響橡膠的外觀和性能,還可能縮短其使用壽命。
橡膠老化是一個復(fù)雜的物理和化學(xué)過程,受到多種因素的影響。為了延緩橡膠老化,提高其使用壽命和可靠性,需要從材料選擇、配方設(shè)計、生產(chǎn)工藝和使用維護(hù)等方面進(jìn)行綜合考慮。例如,通過添加抗氧化劑、光穩(wěn)定劑和熱穩(wěn)定劑等助劑,可以提高橡膠的耐老化性能;優(yōu)化橡膠制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計,減少應(yīng)力集中,降低疲勞破壞的風(fēng)險;在使用過程中,合理控制環(huán)境條件,避免橡膠長時間暴露在惡劣環(huán)境中。
二、橡膠老化的表現(xiàn)
1、外觀變化:橡膠老化時,外觀上可能出現(xiàn)變軟、發(fā)黏、斑點(diǎn)、龜裂、發(fā)霉、失光和顏色改變等現(xiàn)象。這些變化是橡膠分子鏈在環(huán)境因素作用下發(fā)生化學(xué)變化的直接體現(xiàn),如熱、光、氧、臭氧等的影響 。
2、物理性能變化:老化的橡膠在物理性能上會發(fā)生溶脹、流變性能等改變。這些變化反映了橡膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞,導(dǎo)致其物理性質(zhì)下降,如溶脹可能是由于橡膠吸收了環(huán)境中的水分或化學(xué)介質(zhì) 。
3、力學(xué)性能下降:力學(xué)性能上,橡膠的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮率和彈性等指標(biāo)可能下降。這種下降意味著橡膠的承載能力和耐久性降低,影響其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性 。
4、化學(xué)結(jié)構(gòu)破壞:橡膠老化過程中,其化學(xué)結(jié)構(gòu)受到破壞,如分子鏈斷裂或過度交聯(lián),導(dǎo)致性能變壞。這種化學(xué)變化可能由氧、臭氧、化學(xué)介質(zhì)等外部因素引起,破壞了橡膠原有的化學(xué)穩(wěn)定性 。
5、生物因素影響:在適宜的環(huán)境條件下,微生物可能在橡膠表面生長繁殖,引起橡膠表面腐蝕、軟化或變色,這是生物因素對橡膠老化的影響 。
橡膠老化是一個由多種因素引起的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過程,這些因素包括物理因素(如熱、光、電、應(yīng)力)、化學(xué)因素(如氧、臭氧、酸、堿、鹽及金屬離子)和生物因素(如微生物、昆蟲)。
三、預(yù)防橡膠老化的方法
預(yù)防橡膠老化的方法涉及多個層面,從材料選擇到產(chǎn)品的設(shè)計、加工,再到最終的使用和維護(hù),以下是一些常見的預(yù)防措施:
1、選擇合適的橡膠材料:根據(jù)橡膠制品的使用環(huán)境和要求,選擇具有良好耐老化性能的橡膠材料,如天然橡膠、丁苯橡膠、硅橡膠等。
2、添加防老劑:在橡膠配方中添加化學(xué)防老劑,如抗氧化劑、紫外線吸收劑、熱穩(wěn)定劑等,以提高橡膠的耐熱、耐光和抗氧化能力。
3、優(yōu)化橡膠配方:通過調(diào)整硫化體系,使用適當(dāng)?shù)牧蚧瘎┖痛龠M(jìn)劑,以及填充劑和增塑劑的合理搭配,來提高橡膠的耐老化性能。
4、改進(jìn)加工工藝:采用合適的加工工藝,如控制硫化溫度和時間,避免過度硫化,減少橡膠分子鏈的損傷。
5、設(shè)計合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu):在產(chǎn)品設(shè)計時,應(yīng)考慮減少應(yīng)力集中和避免過度拉伸,以降低因機(jī)械應(yīng)力引起的老化。