張心宇　劉小青

摘要：指出了橡膠制品易老化的特點，不僅縮短了其使用壽命，給實際應用帶來諸多不便，而且還造成了經濟浪費，因此，研究橡膠制品老化的機理，對于開發(fā)新產品及相應的使用防護措施具有重要意義。針對青島地區(qū)夏季氣候濕度大和悶熱的特點，利用實驗方法研究了濕熱因素對天然橡膠老化的影響，并初步探索了相應的防護措施，希望對橡膠產品的設計和防護提供參考。

關鍵詞：天然橡膠；老化；填料；防護

中圖分類號：TQ330.1

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）18019802

1引言

橡膠是一種高分子材料，在較大的形變影響下不僅能夠快速地恢復，而且可以被改性＼[1＼]。隨著橡膠工業(yè)的不斷發(fā)展，橡膠材料在日常生活乃至工業(yè)等諸多領域得到了廣泛應用，比如建筑、汽車、電子、航空航天等。但是，材料本身的易老化性會不同程度地縮短其使用壽命，不僅給實際應用帶來不便，而且造成一定浪費。

生膠和硫化橡膠及其它橡膠制品在儲存、運輸、加工、使用等不同環(huán)節(jié)，受到內外眾多因素的綜合作用，使得橡膠的組成和結構被破壞，逐步失去原有的優(yōu)良性能，甚至喪失使用價值，稱為橡膠老化?！袄匣边^程是不可逆的，是包括橡膠在內的所有高分子材料的一種固有屬性，主要表現(xiàn)為產品性能的變壞，最直接的表現(xiàn)就是表面出現(xiàn)裂紋、發(fā)粘、硬化、軟化、粉化等＼[1＼]。

深入研究橡膠的老化機理，不僅可以從根本上了解橡膠老化的基本過程，而且對于防老化技術和產品，以及新型長壽命、高可靠性橡膠材料的研發(fā)，都具有十分積極的意義＼[2＼]。

2研究現(xiàn)狀

19世紀60年代，人們就已經發(fā)現(xiàn)橡膠制品在使用過程中會逐步老化變質，而且知道大氣中的氧是造成橡膠制品老化的主要原因，此后，人們對橡膠產品的自然老化以及人工加速老化進行了深入研究。隨著分析方法和試驗手段的不斷發(fā)展，人們對于橡膠老化機理和防護等方面的認識，都取得了很大進展。

對于橡膠制品的老化機理，目前研究表明，不同的使用環(huán)境中，引起橡膠制品老化的因素非常多，主要包括：熱、光、氧氣、臭氧、疲勞、接觸介質等。其中，熱、光和氧氣是最普遍的老化因素＼[2＼]。

對于橡膠老化的研究方法，目前主要采用實驗法和儀器分析法。自然老化和人工加速老化是兩種主要的實驗方法。雖然自然老化是用來評定材料環(huán)境壽命的最好的方法，但該方法的主要缺點是試驗周期長、環(huán)境條件無法控制，另外，不同地區(qū)的環(huán)境條件無法保證完全相同，無法將不同影響因素分開進行研究。相比之下，人工加速老化試驗方法就很容易克服這些缺點，借助于自然手段（如熱、臭氧、光、人工氣候、光臭氧等）、生物手段、物理手段（如高能輻射和電老化）以及化學介質等不同人工方法，都可以進行人工加速老化試驗。烘箱加速老化與自然老化最為接近，是目前主要的人工加速老化試驗手段。采用該方法，可顯著縮短試驗周期，控制環(huán)境條件，可以得到可比性較高的實驗結果。隨著科技的快速發(fā)展，許多新型的實驗手段不斷出現(xiàn)，如能夠模擬紫外光、熱、濕等環(huán)境的加速老化實驗箱。

儀器分析方法主要包括熱分析、核磁共振以及傅立葉轉換紅外光譜等。借助于這些精密的科學儀器和嚴格的科學實驗，可以發(fā)現(xiàn)更好的度量老化性能的指標，準確地反映老化程度、有助于更加深刻地認識和探索老化機理。

弄清橡膠老化的機理，就可以有針對性地采取措施防止橡膠產品的老化，提高產品的使用壽命。目前，廣泛采用的橡膠的防護措施包括：改變橡膠的分子結構、硫化劑、防老劑、納米粒子應用、表面處理、橡膠并用、改善加工工藝＼[4＼]。

關于橡膠材料的濕熱老化的研究，目前的相關文獻有：陳經盛＼[11＼]介紹了橡膠試樣在濕熱空氣環(huán)境下進行的老化試驗，研究了溫度、濕度和風速等因素對橡膠老化性能的影響。研究結果表明不同橡膠具有不同的耐濕熱老化性能，高溫高濕具有加速橡膠老化的作用。指出濕熱老化試驗是比較符合實際環(huán)境的一種加速老化試驗方法，可用于考驗和評價橡膠在濕熱空氣環(huán)境下的耐老化性能。

張曉軍等＼[13＼]通過對氟橡膠密封材料的濕熱老化試驗研究，以及老化試驗前后材料的紅外光譜分析與壓縮永久變形測量，分析老化引起材料內部的分子結構變化，建立不同老化條件下材料性能隨老化時間變化規(guī)律。結果表明：溫度和濕度因素顯著影響橡膠壓縮性能，相比之下，溫度的影響更顯著一些。而且，在不同的老化條件下，氟橡膠具有不同的失效機制，分子交聯(lián)和水解是濕熱條件下橡膠老化的根本原因，分子斷裂和交聯(lián)是熱氧條件下橡膠老化的根本原因。

何業(yè)明等＼[14＼]研究了高強度耐濕熱老化的硫化硅橡膠的制備方法，其方法是向107硅橡膠中添加交聯(lián)劑（甲基三丁酮肟基硅烷）和補強填料（白炭黑）以及納米活性碳酸鈣等材料，并用實驗方法探討了這些材料配比對硅橡膠耐濕熱老化性能的影響以及配方方案。

李宗恒等＼[15＼]研究了炭黑對三元乙丙橡膠耐濕熱老化和熱空氣老化性能的影響，發(fā)現(xiàn)加入炭黑后，隨著炭黑粒徑減小，炭黑的補強效果得到提高。

3研究方法

綜上所述，目前文獻對于濕熱因素對橡膠制品的老化的影響研究相對較少，而且不成熟，因此，本文采用實驗方法，探究炭黑與白炭黑對硫化天然膠熱空氣與濕熱老化性能的影響并初步探索相應的防護措施。具體實驗方法和步驟如下。

（1）影響因素實驗設計：為了研究炭黑與白炭黑對硫化天然膠熱空氣與濕熱老化的影響，設計如下3個對比實驗。熱空氣和濕熱氣候對于橡膠產品性能的影響是非常復雜的。為了簡化研究，本項實驗主要考察在不同實驗條件下，拉伸強度與撕裂強度這兩個容易測量的指標的變化情況，從而進行對比判斷，具體實驗方法如表1。

（2）硫化條件：150℃×TC90。

（3）加速老化實驗條件。

熱空氣老化：70℃×14 d；濕熱老化：（溫度：70℃，濕度RH：95%）×14 d。endprint

（4）實驗結果分析。

表2中，物理性能（這里指的是拉伸強度和撕裂強度）老化變化率的計算=（老化后的性能-老化前性能）

結果說明：白炭黑補強膠經濕熱老化后斷裂伸長率下降明顯大，表明該膠耐濕熱老化性能更差。

2017年9月綠色科技第18期

張心宇，等：填料對硫化天然膠濕熱老化性能的影響研究

材料與工藝

4結論

通過實驗數(shù)據分析，發(fā)現(xiàn)濕熱因素對不同配方的橡膠樣品的老化都有不同程度的影響，炭黑和白炭黑對于天然橡膠抗?jié)駸崂匣加幸欢ㄗ饔?，這些結果對于提高橡膠制品在濕熱環(huán)境下的使用和有針對性地開發(fā)抗?jié)駸岘h(huán)境的橡膠產品具有一定指導意義。

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