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橡胶溶胀、气密性和热稳定性

2018/10/12 09:13
导读: 1.溶胀 未交联橡胶与其他聚合物一样,在一定的溶剂中会产生溶胀,溶剂被物质所吸收,直到其内聚力消失、分子进入溶液为止。在这一过程中没有达到平衡状态。只有在溶剂对高聚物的渗透

1.溶胀
        未交联橡胶与其他聚合物一样,在一定的溶剂中会产生溶胀,溶剂被物质所吸收,直到其内聚力消失、分子进入溶液为止。在这一过程中没有达到平衡状态。只有在溶剂对高聚物的渗透压比高聚物分子的内聚结构更强的时候,才会产生溶胀。
        关于渗透压,哈金斯(Huggins),弗洛里和齐姆(Zimm)等人曾作过理论研究,又由鲍恩(Bawn)及其同事奥特(Outer)及其同事罗秋(Rochow)等人作过实验研究,并可用所谓的弗洛里-哈金斯方程式(方程式3)表示之。
方程式3(渗透压)

        π是渗透压,C为浓度,R是气体常数,T是绝对温度,M2是聚合物分子量,M1是溶剂分子量,d1是溶剂的密度,d2是聚合物的密度。是相互作用常数,随每一聚合物/溶剂体系而异,对有效溶剂来讲,该值大约是0.5。
        为了测定高聚物的渗透压,弗伦奇(French)和尤尔特(EwartSands)和约翰逊(Johnson)的方法是特别可取的。
        方程式3表明由于交联使高聚物分子量(M2)增加时,渗透压下降,因而溶胀比较小。这种关系不难理解,因为聚合物内聚结构因交联增加而变强,而溶剂的溶剂化能力又保持不变。因此,交联高聚物不能溶解而只能溶胀,溶胀亦随交联增加而减小。
        然而,有效桥键数的倒数与溶胀之间没有直接的比例关系,它不同于定伸强度与交联键密度之间有直接比例关系。但可以应用校正因子并根据P.J.弗洛里及J.雷纳推导又经G.克劳斯(G. Kraus)改进了的方程式加以变换使它们之间建立关系(见方程式4)。这一关系式表明体积的增加随交联度升高而越来越小。
方程式4(弗洛里-雷纳方程)
        式中V2是橡胶在溶胀网络中的体积分数,V1是溶剂的克分子体积,v2是聚合物的比容,X是溶剂和聚合物之间的相互作用常数,M为交联前聚合物的分子量,而Mc则为两个交联键之间的分子量。
        不过,交联度对溶胀值的影响不可能太大,溶胀值主要取决于聚合物和溶剂的化学结构。
        如果弹性体和溶剂的内聚能密度(这种密度表示惰性克分子蒸发热Li与克分子体积V32~36的关系,见方程式5)非常相似,则必然出现高溶解度和显著的溶胀。
方程式5(内聚能密度)
        然而,在出现强溶胀时,高聚物必须硫化到尽可能高的交联度。
2.气密性
        由于弹性体交联密度的增加,气体渗透硫化胶的能力下降7,38。因此,一般说来,硫化比较好的弹性体其透气性总比交联密度低的硫化胶要低些。然而,就软橡胶而论,这种差异甚微,更不能与加入不同填充剂所引起的差别相提并论。
3.热稳定性
        热稳定性与定伸强度和弹性不同,它与交联度没有直接关系,而依赖于高聚物的化学结构,尤其与交联时形成之交联键的化学性质有关。后面将要谈到(见1.1.3.4),交联位置的化学键之键能对热稳定性有决定性作用。

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