耐熱橡膠的配方設計

耐熱性是指橡膠及其製品在經(jīng)受長時間熱老化後保持物理機械性能或使用性能的能力，耐溫性表示橡膠物理機械性能對溫度的敏感性，即在高溫條件下，橡膠的力學性能基本不下降的這種性質。高溫時物理機械性能與室溫時的差彆小，即耐溫性好。表明橡膠物理機械性能隨 （測試）溫度的變化。高溫使用的 （耐熱）橡膠製品，既要耐熱性好，也要耐溫性好。
評價耐熱性的方法多種多樣，如用馬丁耐熱與維卡耐熱評定耐熱程度，也可通過熱失重儀找出分解溫度作為材料的使用溫度的上限，或者用真空加熱 ４０～４５ｍｉｎ 時，質量減少 ５０％ 的溫度（Ｔｎ）———半壽命溫度來評估耐熱性

耐熱橡膠是指在高溫條件下長時間使用時仍能保持原有力學性能和使用價值的硫化橡膠，常用熱老化後性能變化量 （如硬度）、性能變化率 （如拉伸強度、伸長率）、性能保持率、老化係數(shù)表示其力學性能的變化情況。在橡膠密封製品中，硫化橡膠在壓縮狀態(tài)下的耐熱性能稱耐熱壓縮性能，它常由壓縮長久變形係數(shù)或壓縮應力鬆弛係數(shù)評價。
在８０℃以上長期使用後仍能基本保持原有性能和使用價值的橡膠都歸於 “耐熱橡膠”的範疇，橡膠製品的耐熱和高溫性能是橡膠特殊性能中*常見的一種性能。橡膠在這種情況下性能穩(wěn)定的本質原因是在高溫下能夠抵抗氧、臭氧、腐蝕性化學物質、高能輻射以及機械疲勞等因素的影響，橡膠分子結構不發(fā)生顯著變化和損壞，且能夠保持較好的使用性能。

使 用 溫 度 範 圍／℃    適   用   的   橡   膠
＜７０各種橡膠
７０～１００   天然橡膠、丁苯橡膠
１００～１３０   氯丁橡膠、丁腈橡膠、氯醚橡膠
１３０～１５０   丁基橡膠、乙丙橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠
１５０～１８０   丙烯酸酯橡膠、氫化丁腈橡膠
１８０～２００   乙烯基矽橡膠、氟橡膠
２００～２５０   二甲基矽橡膠、氟橡膠
＞２５０   全氟醚橡膠、氟矽橡膠、硼矽橡膠
國標橡膠的耐溫性能可分為以下兩檔五類
普通橡膠Ａ   －７０～－３０℃／９０～１２０℃，例如ＮＲ、ＩＲ、ＢＲ、２３７   ＳＢＲ、ＣＲ。
普通橡膠Ｂ   －４０～－２０℃／１２０～１５０℃，例如 ＮＢＲ、ＩＩＲ、ＥＰＤＭ、ＣＳＭ。
普通橡膠Ｃ   －３０～１０℃／８０～９０℃，例如Ｔ、Ｕ。
耐熱橡膠Ａ   －３０～－１０℃／１５０～２００℃，例如ＡＣＭ、ＡＮＭ、ＥＶＡ、ＣＯ、ＥＣＯ。
耐熱橡膠Ｂ   －７０～－２０℃／２５０～３００℃，如 ＭＱ、ＭＶＱ、ＦＰＭ、ＦＫＭ。
但是在實際使用過程中，由於受到多種內在和外在因素的影響，為保證**使用壽命，一般二烯類橡膠控製在１００℃左右，耐油的丁腈橡膠為１３０℃，丙烯酸酯橡膠為１８０℃。矽和氟類橡膠為２００～２５０℃，短時使用可達３００～３５０℃。
也有按4個種類劃分的

橡膠製品的耐熱性能，主要取決於所用橡膠的品種。所以在設計配方時，首先應考慮生膠的選擇。
橡膠的耐熱性表現(xiàn)在橡膠有較高的黏流溫度、較高的熱分解穩(wěn)定性和良好的熱化學穩(wěn)定性。橡膠的黏流溫度取決於橡膠分子結構的極性以及分子鏈的剛性，極性和剛性愈大，黏流溫度愈高。橡膠分子的極性是由其所含極性基團和分子結構來決定的，分子鏈的剛性也與極性取代基及空間結構排列的規(guī)整性有關。在橡膠分子中引２３８   入氰基、酯基、羥基或氯原子、氟原子等都會提高耐熱性。橡膠熱分解溫度取決於橡膠分子結構的化學鍵性質，化學鍵能愈高，耐熱性越好。硼矽橡膠、矽橡膠、聚苯矽氧烷等大分子鏈都有較高的鍵能，故具有優(yōu)越的耐熱性。

一般而言，碳鏈橡膠除含氟的ＦＰＭ外，耐熱性皆不高，能在１５０～２００℃溫度下長期使用；主鏈完全不含碳原子的元素有機高聚物，如Ｑ類，其耐熱性很好，矽膠可在２５０℃甚至３００℃下長期使用。
橡膠的化學穩(wěn)定性是耐熱的一個重要因素，因為在高溫條件下，一些化學物質如果與氧、臭氧、酸、堿以及有機溶劑等接觸，都會促進橡膠的腐蝕，降低耐熱性?；瘜W穩(wěn)定性與橡膠分子結構密切相關，具有低不飽和度的丁基橡膠、乙丙橡膠和氯磺化聚乙烯等就表現(xiàn)出優(yōu)良的耐熱性能。此外，主鏈上若有單鍵連接的芳香族結構，分子鏈借助於共軛效應，也會促使結構穩(wěn)定
耐熱橡膠的配方設計橡膠的耐熱性與橡膠分子鏈的飽和度、分子鏈剛性以及分子的極性、化學鍵性質有關。具有如下分子結構的橡膠，耐熱性較好。分子鏈飽和度高，如丁基橡膠、乙丙橡膠等；橡膠主鏈鏈段上，有較多的無機鏈，如矽橡膠的主鏈為矽氧結構；橡膠分子鏈上帶有鹵素元素、氰基、酯基等，如氟橡膠、丙烯酸酯橡膠、氯磺化聚乙烯、氯化丁基橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠。
（１）主鏈結構   大部分膠種的主鏈都為碳鏈結構，其鍵能為２６３３ｋＪ／ｍｏｌ；而雜鏈橡膠中有的主鏈鍵能高於此，如矽橡膠的矽氧鍵高達４２８４ｋＪ／ｍｏｌ，因此其耐熱等級就大大超越碳鏈橡膠。
（２）不飽和度   二烯類單體聚合後，每個單元仍保留１個雙鍵。由於雙鍵易受破壞而成為分子鏈中的薄弱環(huán)節(jié)。二烯類共聚橡膠 （如丁苯膠）與均聚橡膠 （如天然膠、順丁膠）相比，雙鍵的數(shù)目有所下降，因而具有相對較好的耐熱性。有些膠種因為不存在二烯烴單體，它們的耐熱性也就更好，如氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯和矽橡膠等。總主鏈的飽和度越高 （或不飽和度越低）則耐熱性２３９   越好。
（３）側基   在橡膠分子主鏈上連接的側向基團，對橡膠的耐熱性也起到一定作用。它們對主鏈都起屏蔽作用，特彆是強極性原子和基團 （如氟、氯、溴和亞硝基、羧基、氰基）。所以含鹵橡膠都在一定程度上耐熱，尤以氟橡膠*好。這是因為氟是鹵族元素中電負性*強的；氟橡膠的側基全被氟、氯等鹵族原子所占，形成了強大的耐熱屏障。
耐熱橡膠的配方設計有時也需要兩種膠的耐熱優(yōu)勢互補。這種例子很多，例如ＥＰＤＭ／ＣＩＩＲ並用能充分發(fā)揮耐熱協(xié)同效應
耐熱橡膠配方設計時，首先要根據(jù)使用溫度和相關性能的要求（耐介質、力學性能指標要求）選擇橡膠品種，儘可能提高橡膠本身的耐熱性和耐溫性，而不會使其他性能下降。其次是選擇合理的硫化體係和防護體係，以提高硫化膠的耐熱性。每種橡膠都能在一定的溫度範圍內長時間使用，經(jīng)特殊配合，可使硫化膠在短時間 （１００ｈ）內耐更高些的溫度，但超過允許的*高使用溫度則性能將迅速降低。實際應用中，一般耐熱選丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠；特殊耐熱選丁基橡膠、三元乙丙橡膠，丙烯酸酯橡膠、氯醇橡膠；耐２００～３００℃選矽橡膠、氟橡膠；耐３００℃以上選用甲基乙烯基矽橡膠、氟醚橡膠等。