高耐热的弹性体复合材料的种类和制备
7页1、高耐热的弹性体复合材料的种类和制备1、前言传统的高温耐热材料有陶瓷、合金等,广泛应用于冶金、焦化、建材、输送、 航天航空等高温作业环境,但是随着我国工业需求的发展,迫切需要发展高耐热 的弹性体材料,来满足一些工业和环境的特殊要求。随着橡胶使用条件的日趋苛 刻,对橡胶产品的耐热性能提出了越来越高的要求,橡胶的耐热性是指橡胶制品 在高温长时间热老化作用下,能够保持原有物理性能的能力。一般认为能够在 100C以上长期使用能基本保持原有的性能和使用价值的橡胶都归于“耐热橡胶” 的范畴1。橡胶大分子在高温或热氧作用下会发生解聚、降解、环化、交联、异构化等 老化行为,从而影响橡胶的性能,要提高橡胶制品的耐热性,主要通过橡胶配方 设计进行改善,可以使用一下几种方法:第一,选用的橡胶基体对热氧稳定性好, 橡胶分子结构具有较好的耐热性;第二,是在选用耐热橡胶品种的基础上,选择 合适的硫化体系来增加橡胶制品的耐热性;第三是使用高效的稳定剂,进一步提 高橡胶产品对热和氧的防护能力。2、高耐热弹性体的制备2.1、生胶体系的选择橡胶的耐热性与橡胶分子链的饱和度、化学键性质、侧基性能有关。要想提 高橡胶分子链的耐
2、热性,必须从以下几方面入手。:(1 )主链结构:大部分橡胶的主链都为碳碳结构,而碳碳键的键能为346kJ/mol, 如果分子链中有杂原子,会增加主链的键能,比如硅橡胶中的硅氧键键能高达 451 kJ /mo 1,因此硅橡胶的耐热性能就大大超过其它碳主链的橡胶。(2 )不饱和度:由于双键是分子链中的薄弱环节,极易受破坏,所以主链的饱 和度越高则耐热性越好,比如某些合成胶的双键含量被控制在较低水平,如丁基 胶和三元乙丙胶,因此它们的耐热性就好一些。而有些橡胶中不存在双键,它们 的耐热性就更好,如氯化聚乙烯橡胶(CM)、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)和硅 橡胶等。(3 )侧基:橡胶分子链上侧基对橡胶的耐热性也起到一定作用。它们对主链都 起屏蔽作用,特别是强极性原子和基团(如氟、氯、酯基、羧基)%。氟橡胶、 丙烯酸酯橡胶、氯磺化聚乙烯、氯化丁基橡胶、丁腊橡胶、氯丁橡胶。所以含卤 橡胶都在一定程度上耐热,尤以氟橡胶为最,这是因为氟原子电负性最强的;它能够紧密地排列在碳原子的周围,对主链形成很好屏蔽作用4。在橡胶工业中常用的耐热橡胶有丁基胶、乙丙胶、氢化丁腊橡胶、丙烯酸酯 橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、硅橡
3、胶、氟橡胶等,同种橡胶由于配方不同,使用温 度上限不同,各种橡胶的长时间使用温度上限如表1所示。表1各种胶的耐热上限5使用温度上限C适用的橡胶70100天然橡胶、丁苯橡胶100130氯胶、丁腊胶、氯醇胶130150丁基胶、三兀乙丙胶、氯磺化聚乙烯150180丙烯酸酯橡胶、氢化丁腊橡胶180200乙烯基硅橡胶、氟橡胶200250二甲基硅橡胶、氟橡胶250硼硅橡胶、全氟醚、三嗪橡胶、氟化磷腊(1)氟橡胶氟橡胶是主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一类橡胶,它具有优异的耐高 温、耐氧化、耐油和耐化学药品性,部分氟橡胶种类如下图所示。其中全氟醚橡胶具有全氟结构,其耐热性超过其他大部分氟橡胶,全氟醚橡 胶在300C的高温下仍有工作能力,在260C空气中数千小时,在280C下数百 小时后仍能保持较好的性能。全氟三嗪橡胶是氟橡胶中耐热性最好,可在300C 的高温下稳定工作,短时间使用温度可高达370C。全氟醚橡胶全氟三嗪橡胶23型氟橡胶26型氟橡胶246型氟橡胶4丙型氟橡胶(2) 硅橡胶硅橡胶的分子结构如图1所示,侧基可以为甲基、苯基、乙烯基、三氟丙基 等有机基团。RR-ksi一0-1Si0卜L |1
4、m L |1 nRR硅橡胶的耐热氧稳定性能与硅橡胶分子链中的侧基的种类有极大的关系,乙基硅橡胶,长期使用的最高温度不超过200 C,甲基乙烯基硅橡胶和甲基苯基乙烯基硅橡胶,长期使用的最高温度为250C,随硅橡胶中苯基含量增加,耐热性 提高。例如亚苯基硅橡胶、亚苯醚基硅橡胶耐高温达300C以上。硼硅橡胶的耐 热性最好,这种硅橡胶可在400C下长期工作。Knight6等人采用热重分析(TGA)方法研究了含有不同种类的侧基基团的聚 硅氧烷在高温条件下,空气或氮气氛围中的热稳定性。研究发现,以苯基为侧基 的硅橡胶在空气氛围中热稳定性较好,以甲基和乙烯基为侧基的硅橡胶在氮气氛 围中热稳定性较好。(3) 橡胶并用李俊7 等人研究了丁腊橡胶/氯化丁基橡胶共混物的耐热性能,发现并用比例 为70/30的时候,在不改变橡胶耐油性的前提下,共混物失重5%的热分解温度 从297C增加到335摄氏度,耐热性提高。Bhaumik8等以三元乙丙橡胶与漠化丁基橡胶按50:50混合,通过与不同助 剂的配合,优化配合技术,得到最优配方通过150CX168h的老化条件,其拉伸 强度保持率为66%,断裂伸长率保持率为70%,
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