低透气性橡胶配方设计
气体透过材料的性质称为气体透过性,简称透气性。充气轮胎的内胎、输送气体的胶管和某些密封制品,均要求透气性低,气体难以通过。透气机理是基于高压侧的气体分子溶解,扩散于橡胶中,由低压侧逸散的过程。气体在橡胶中透过一般要经过溶解,扩散、蒸发三个过程、过程的第一阶段是气体被聚合物表面层吸附(溶解);第二阶段是被吸收或溶解的气体在聚合物内部进行扩散;第三阶段是穿过聚合物的气体在另一侧解吸出来。所以橡胶的透气率与气体在橡胶中的溶解度、扩散速度、橡胶制品的表面积及经过的时间成正比,而与制品的厚度成反比,当橡胶制品的结构尺寸确定后,透气性主要取决于气体在橡胶中的溶解度和扩散速度。橡胶发泡剂生产厂家欧文新材料为您提供最优质的产品及服务。
气体在橡胶中的溶解度,与气体的分子结构和橡胶的分子结构有关。一般,沸点高的气体容易溶于橡胶中;在化学组成上与橡胶相近的气体溶解度也较大。气体在橡胶中的扩散性,则与气体分子的质量、体积大小、形状和化学性质以及橡胶的结构性质有关。气体的透过率(透过系数)P=SD(S为溶解度;D为扩散系数)。D值随气体分子体积、长度的增大而减小,尤其是气体分子呈不规则的分支形态时,D值减少就一定分子大小的气体而言,在橡胶中的扩散系数随橡胶分子链间的距离增大而增大。含有极性基团的极性橡胶,因其分子间的吸引力大,分子链之间的空隙小,因而能有效地阻止气体分子的扩散。当橡胶分子链上含有大侧基时,空间位阻较大,也能阻碍气体分子扩散。因此这两类橡胶的扩散系数都比较低。结晶性橡胶,因结晶时分子链排列紧密有序,所以气体也不易透过。
1.胶的选择
极性橡胶如丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶等都有很好的耐气体透过性。分子链侧基体积较大的橡胶,如丁基橡胶、聚异丁烯橡胶,其耐透气性很优越。而玻璃化温度T。低、分子链柔性好、链段易于活动的橡胶,如硅橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶,其透气性则较大用能够使大分子链段活动性降低的基团,代替硅原子上的部分甲基,可使硅橡胶的透气系数降低。例如氟硅橡胶对H2、N2、O2和CO2的透过系数,比硅橡胶小23-4/5综上所述,要求透气性小的橡胶制品,应选用侧基位阻较大的丁基橡胶、聚异丁烯橡胶CN以及极性较大的均聚氯醚橡胶、高丙烯腈含量的丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶和环氧化天然橡胶。
2.其他配合体系
在进行低透气性橡胶配方设计时,除选用透气性小的橡胶之外,在其他配合体系的选择上应注意以下几点。
①高交联密度,增加硫化胶的致密性,可使透气过程的活化能增大,使气体难以透过因此,应适当增加硫黄用量,提高硫化程度。
②填充剂的影响比较复杂,但在大多数情况下,加入填充剂能使透气性减小,具有片状结构的无机填料,如云母粉、滑石粉、石墨等,比球形粒子填料更能有效地降低透气性只是这类填料对其他性能有不利的影响。增加填料用量,相当于降低了硫化胶中橡胶的体积分数,有助于提高硫化胶的耐透气性。
③加入增塑剂会增大硫化胶的透气性。例如,丁腈橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶的硫化胶,即使在油中有很少量的溶胀(2%),也会使氮气和氨气的透过性增加1~2倍。充油丁苯橡胶的透气性,比不充油的一般丁苯橡胶大。胶料中加入凡士林油时,氮气的透过性变大。因此,低透气性橡胶应尽量少用增塑剂和操作油等,因其用量增加时,透气性会显著增大。
④无论是生胶或配合剂都不应含有杂质。因为这些杂质会造成制品内部和表面的缺陷,严重损坏气密性,所以混炼胶应过滤后方可使用。同样的理由,所有配合剂特别是填充剂在胶料中要分散均匀,不能有结团现象,否则将使硫化胶的透气性增大。
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