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橡胶寿命的评估方法

1橡胶的概述

1.1橡胶的定义.

1.2橡胶的老化机理.

1.3橡胶的老化因素.

2橡胶寿命及其传统的评估方法简介

2.1橡胶的寿命.

2.2预测橡胶寿命的传统方法.

2.2.1时间-温度叠加的寿命预测模型

2.2.2扩散限制氧化模型

1橡胶的概述

1.1橡胶的定义

具有可逆形变的高弹性聚合物材料。在室温下富有弹性，在很小的外

力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型

聚合物，它的玻璃化转变温度（Tg）低，分子量往往很大，大于几十万，

橡胶的分子链可以交联，交联后的橡胶受外力作用发生变形时，具有迅速

复原的能力，并具有良好的物理力学性能和化学稳定性。

橡胶分为天然橡胶和合成橡胶。橡胶分为天然橡胶和合成橡胶。天然

橡胶主要来源于三叶橡胶树，当这种橡胶树的表皮被割开时，就会流出乳

白色的汁液，称为胶乳，胶乳经凝聚、洗涤、成型、干燥即得天然橡胶。

合成橡胶是由人工合成方法而制得的，采用不同的原料（单体）可以合成

出不同种类的橡胶。1900年～1910年化学家C.D.哈里斯(Harris)测定了天然

橡胶的结构是异戊二烯的高聚物，这就为人工合成橡胶开辟了途径。合成

橡胶是以天然气、煤及石油等自然资源为基础，通过有机合成的方法制得

单体，然后再聚合成高分子化合物。这类化合物在一定温度范围内具有高

度的弹性。

1.2橡胶的老化机理

橡胶老化的实质是橡胶分子链的主链、侧链、交联键断裂反应占优势,老化

表现为橡胶变软、表面发粘,因为分子链断成小分子和链段了,如NR、IR、IIR、

PU、CHR等。橡胶分子链,先是断裂反应,同时以新的交联反应占优势,老化呈现

出表面变硬、发脆产生裂纹等,因为分子链产生很多新的交联,如BR、SBR、NBR、

EPDM等。一般橡胶分子链在老化过程中,按照3种基本机理完成所有的化学反

应

①异裂:当单键断裂时,在一个断片上留下两个电子,而另一个断片上是带有

两个电子空穴。对碳-碳键来说,将碳原子作为基质,起化学反应的组分作为反应

物。一个反应物一般携带一对电子(供体),或需要获取一对电子(受体)。供体叫

亲质子体或者称反应亲质子体;受体叫亲电子体或称反应亲电子体。

②均裂:又称游离基机理,当单键断裂时,在每个断片上均留下一个电子。此机

理在橡胶老化过程体现的最多。

③环化反应。

1.3橡胶的老化因素

①氧、氧在橡胶中同橡胶分子发生游离基链锁反应，分子链发生断裂

或过度交联，引起橡胶性能的改变。氧化作用是橡胶老化的重要原因之一。

②臭氧、臭氧的化学活性氧高得多，破坏性更大，它同样是使分子链

发生断裂，但臭氧对橡胶的作用情况随橡胶变形与否而不同。当作用于变

形的橡胶（主要是不饱和橡胶）时，出现与应力作用方向直的裂纹，即所

谓“臭氧龟裂”；作用于变形的橡胶时，仅表面生成氧化膜而不龟裂。

③热：提高温度可引起橡胶的热裂解或热交联。但热的基本作用还是

活化作用。提高氧扩散速度和活化氧化反应，从而加速橡胶氧化反应速度，

这是普遍存在的一种老化现象——热氧老化。

④光：光波越短、能量越大。对橡胶起破坏作用的是能量较高的紫外

线。紫外线除了能直接引起橡胶分子链的断裂和交联外，橡胶因吸收光能

而产生游离基，引发并加速氧化链反应过程。经外线光起着加热的作用。

光作用其所长另一特点（与热作用不同）是它主要在橡表面进生。含胶率

高的试样，两面会出现网状裂纹，即所谓“光外层裂”。

⑤机械应力：在机械应力反复作用下，会使橡胶分子链断裂生成游离

荃，引发氧化链反应，形成力化学过程。机械断裂分子链和机械活化氧化

过程。哪能个占优势，视其所处的条件而定。此外，在应力作用下容易引

起臭氧龟裂。

⑥水分：水分的作用有两个方面：橡胶在潮湿空气淋雨或浸泡在水中

时，容易破坏，这是由于橡胶中的水溶性物质和清水荃团等成分被水抽提

溶解。水解或吸收等原因引起的。特别是在水浸泡和大气曝露的交替作用

下，会加速橡胶的破坏。但在某种情况下水分对橡胶则不起破坏作用，甚

至有延缓老化的作用。

⑦其它:对橡胶的作用因素还有化学介质、变价金属离子、高能辐射、

电和生物等。

2橡胶寿命及其传统的评估方法简介

2.1橡胶的寿命

橡胶在使