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耐寒橡胶原理

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    橡胶的耐寒性,即在规定的低温下保持弹性和正常工作的能力。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 。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。

     对于非结晶型(无定形)橡胶而言,随温度降低,橡胶分子链段的活动性减弱,达到玻璃化温度( Tg)后,分子链段被冻结,不能进行内旋转运动,橡胶硬化、变脆,呈类玻璃化态,丧失了橡胶特有的高弹性。因此,非结晶型橡胶的耐寒性,可用玻璃化温度(Tg )来表征。实际上,即使在高于玻璃化温度的一定范围内, 橡胶也会发生玻璃化转变过程,使橡胶丧失弹性体的特征。这一范围的上限称为脆性温度( Tb),也即硫化胶只有在高于脆性温度时才有使用价值。因此工业上常以脆性温度作为橡胶制品耐寒性的指标, 但是脆性温度不能反映结晶性橡胶的耐寒性。

    因为结晶性橡胶一般在比玻璃化温度高许多的低温下便丧失弹性, 这些橡胶的最低使用温度极限, 有时甚至可能高于玻璃化温度 70~ 80℃。橡胶结晶过程和玻璃化不同,结晶过程需要一定的时间,当其他条件相同时, 弹性丧失的速度和程度,与持续的温度和时间有关。例如,在结晶速度最大的温度下,聚丁二烯橡胶只需经过 10~ 15min即开始丧失弹性,而天然橡胶则需经过120~ 180min 才开始丧失弹性。结晶橡胶在低温下工作能力的降低,短则几小时,长则几个月不等。因此,对结晶橡胶耐寒性的评价不能只凭试样在低温下短时间的试验, 需考虑到在储存和使用期间结晶过程的发展。

     例如甲基苯基乙烯硅橡胶 (MPVQ) 在-75℃下放置 5min 后, 其拉伸耐寒系数为 1.0, 但经过 30~ 120min 后,则降低为零。结晶性橡胶结晶最终结果和玻璃化时一样,硬度、弹性模量、刚性增大,弹性和变形时的接触力降低,体积减小。例如 -50℃下,结晶的聚丁二烯橡胶的弹性模量, 比无定形的同种橡胶高 19~29 倍。结晶硫化胶的硬度可以高达 90~100(邵尔 A)。形变加速结晶过程,使弹性下降的温度升高

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