Page 47 - 《橡塑技术与装备》2017年16期（8月塑料）

研究与开发 张检 等·氯丁橡胶的老化和寿命预测研究

1.2 氯丁橡胶的性能 25℃ 的环境下测量，测试的速率为 8.33 mm/s，尽可
氯丁橡胶外观大多呈乳白色或浅棕色的片状或块 能的测量多个样品，求取它们的平均值。
状物，是以氯丁二烯为主要的原材料进行 α- 聚合生 1.2.2 结果与讨论
成的弹性体。主链是 1,4 键合的形式，大分子链上多 （1）热空气老化对氯丁橡胶性能的影响
数的氯原子直接连接在双键的主链上。正由于这种特 氯丁橡胶具有一定的分解度，随着热空气的不断
殊的化学结构，分子链中的极性基团可以使保护双键 老化，同时也加快了橡胶的老化速度。在相同的时间
有效的降低其活性，同时聚合物对非极性的物质呈现 和环境下，温度和老化的程度在反应初期呈正比，即
出很强的稳定性。因此，氯丁橡胶具有很好的机械性 温度越高反应常数越大，温度越低反应常数越小，符
能，有较强的拉伸强度、较高的强韧性和可逆的结晶 合 Arrhenius 公式。为此，氯丁橡胶的断裂拉伸性能
性。同时，氯丁橡胶的分解温度为 230~260℃ ，而在 和热空气的老化时间可以用图 1 表示。
80~100℃ 的温度下可长期使用。
以下通过氯丁橡胶的性能为指标计算使用寿命，
考察的主要方面为橡胶老化后的断裂拉伸率，拉伸的
强度。氯丁橡胶在热空气中断裂拉伸率，为预算寿命
提供可靠的理论依据。
1.2.1 实验部分
（1）实验准备
设备方面 ：老化箱，具有空气循环装置，实验项
图 1 热空气不同温度下断裂伸长率的变化率
目的最小面积要正对气流避免实验过程中造成干扰。
老化箱的尺寸要满足实验项目的体积需求，尽量使橡 由上图可以得出，通过对热空气不同温度进行比
胶的总体积不超过老化箱的 10%，采取悬挂的试验方 较，在其他条件不变的情况下 . 温度越高氯丁橡胶的
法，过程中避免碰触到老化箱壁，造成实验误差 ；拉 断裂拉伸率也就越大。在同样的时间下，温度越高断
伸机 ；冲片机 ；温度控制器。 裂拉伸的变化幅度就越大。温度在 100℃ 变化率最为
环境方面 ：老化的环境为热空气的老化环境，温 明显，从 0.65% 急剧下滑到 0.35%，氯丁橡胶的使用
度分别为 55、70、85、100℃。 时间不超过 20 天。而在 55℃的温度下，氯丁橡胶的
（2）试样 变化幅度最小，以 2 个月为阶段，前期断裂伸长率的
试样的制备应该符合 CB/T 9865.1 的相关规定， 变化由 1.0% 快速下降到 0.7%，之后变化率则保持相
热空气的加速老化要严格按照 CB/T 2941 的相关规定 对的平稳。 因此，在热空气的高温影响下，氯丁橡胶
进行调节。测定氯丁橡胶在断裂拉伸过程中的试样前 的断裂拉伸和使用的时间有着密切的联系。
后对比，尽量不要少于 3 个。同时还要保证实验对象 （2）氯丁橡胶的老化原理
的大小、形态、新旧程度一样，以确保实验的合理性、 实践证明，当氯丁橡胶的断裂拉伸率低于 50% 的
科学性，为氯丁橡胶的寿命预测提供可靠依据。 时候，橡胶就失去了它原有的价值。人们常将此结论
（3）热空气老化试验过程 作为橡胶老化寿命的临界值。温度为 55℃老化时间为
热空气老化试验 ：将相同大小的橡胶按序号分类， 104 天，温度为 70℃老化时间为 63 天，温度为 85℃
用聚四氟带悬挂于老化箱的内，并且保证悬挂的位置 老化时间为 30 天，温度为 100 ℃老化时间则急剧下
[1]
一样，未触碰到老化箱的四壁。根据实验的标准对老 降 到 18 天， 氯 丁 橡 胶 的 断 裂 拉 伸 率 大 多 为 50% 。
化箱进行温度控制，样品之间的间距要控制爱合理的 为进一步考察不同温度下橡胶的老化原理，就各种温
范围之内。从放入样品开始计算时间，到规定的时间 度下的老化橡胶样品进行了红外光谱的分析，如表 1
将样品取出，测定机械性能。 所示。
拉伸性能试验 ：拉伸性能实验过程中要严格按照 不同的温度老化后，氯丁橡胶的红外线光谱有着
CB6344—86 的相关标准进行测定。经过老化箱老化 明显的变化，随着温度的不断升高，波数越大，即脱
后取出的橡胶试样，放置于室温 24 h 后，在温度为 氯化氢的程度加深。

2017 第 43 卷 ·25·
年