溴化丁基橡胶的老化行为及机理研究

论文摘要

本文研究了溴化丁基橡胶（BIIR）在热氧、紫外照射、溶剂浸泡和盐雾环境中的老化行为,初步推断其热氧和紫外老化机理,并选择不同评价指标预测溴化丁基橡胶在不同环境中的使用寿命。在热氧环境中,BIIR老化后表面产生粉化与裂纹,并且温度升高将导致裂纹数目增加,宽度增大。随热氧老化时间的延长,当温度在25～60℃时,BIIR的交联密度、硬度、拉伸强度和扯断伸长率几乎不变化,当温度在70℃以上时,BIIR的硬度和交联密度逐渐增大,而拉伸强度和扯断伸长率逐渐降低,当温度达到110℃以后,BIIR的硬度仍在增大,而拉伸强度和扯断伸长率几乎丧失,交联密度也出现降低。热氧作用对BIIR的热稳定性影响较大。热氧老化使BIIR分子中的双键减少的同时,伴随有羟基和羧基等基团生成,同时BIIR结构中主链断裂氧化导致-CH2-、异丙基基团减少,热氧老化温度升高加剧上述基团变化程度。在BIIR热分解过程中,-C-Br键因键能较低而首先发生断裂,出现脱溴化氢的反应,之后-C-C-键所形成的主链断裂,断链后的低聚物后期在氧的存在作用下大量生成烃类气体分子。在紫外照射环境中,老化使BIIR表面产生粉化与开裂,且裂纹的密度随紫外老化时间的延长而逐渐增大。随紫外老化时间延长,BIIR的交联密度和硬度逐渐增大,而拉伸强度和扯断伸长率则逐渐降低,且拉伸强度在初始老化2天时间内有所增大。紫外照射环境对BIIR的热稳定性影响不大。紫外老化过程中氧的参与作用导致羟基和羧基等基团的增多,继而使BIIR分子中的主链断裂而导致-CH2-基团和异丙基基团的减少。BIIR中,-C-Br键键能较低,紫外光照射下首先发生断裂生成气体逸出,之后与双键相连的a位的甲基氢处形成过氧化反应中心,引致之后链断裂。50℃环境下,在93#汽油中,BIIR10天后质量溶胀率超过100%且表面出现发粘,其耐油性较差；在环己烷非极性溶剂中,7天后质量溶胀率达96.2%且未出现表面发粘现象；在乙醇极性溶剂中,6天后质量溶胀率仅0.45%,几乎不能溶解或溶胀。在35℃盐雾环境中,随着老化时间延长,BIIR表面产生凹凸不平和空洞,并有微裂纹产生；质量变化率逐渐增大；硬度增大,而拉伸强度和扯断伸长率则逐渐降低,随老化时间延长,变化趋势逐渐平缓。50℃条件下,在热氧环境中,当选用交联密度、硬度、拉伸强度和扯断伸长率作为评价指标时,BIIR的使用寿命分别为68天、107天、63天和54天；在紫外环境中,当选用交联密度、硬度、拉伸强度和扯断伸长率作为评价指标时,BIIR的使用寿命分别为47天、540天、41天和34天；在溶剂环境中,当选用质量溶胀率作为评价指标时,BIIR在93#汽油和环己烷中的使用寿命均为1天,而在乙醇中的使用寿命则较长；在盐雾环境中,当选用质量变化率、硬度和扯断伸长率作为评价指标时,BIIR的使用寿命分别为24195天、4359天和622天,以拉伸强度作为评价指标时,其使用寿命则较长。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 橡胶的老化
• 1.2.1 橡胶的老化及特征
• 1.2.2 橡胶老化的影响因素
• 1.2.3 橡胶老化的试验方法
• 1.2.4 橡胶老化的仪器分析方法
• 1.2.5 橡胶材料的寿命预测方法
• 1.3 溴化丁基橡胶
• 1.3.1 溴化丁基橡胶的化学结构
• 1.3.2 溴化丁基橡胶的基本性能
• 1.3.3 溴化丁基橡胶的应用
• 1.3.4 溴化丁基橡胶老化研究现状
• 1.4 课题研究的目的意义
• 第二章 试验研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验仪器
• 2.3 老化试验方法
• 2.3.1 热氧老化试验
• 2.3.2 紫外老化试验
• 2.3.3 溶剂老化试验
• 2.3.4 盐雾老化试验
• 2.4 性能表征方法
• 2.4.1 表面形貌观察
• 2.4.2 交联密度测定
• 2.4.3 力学性能测定
• 2.4.4 热重分析
• 2.4.5 表面全反射傅里叶变换红外光谱分析
• 第三章 溴化丁基橡胶在热氧环境中的老化行为与机理
• 3.1 前言
• 3.2 溴化丁基橡胶在热氧环境中的老化行为
• 3.2.1 表面形貌
• 3.2.2 交联密度
• 3.2.3 力学性能
• 3.2.4 热重分析
• 3.2.5 表面全反射傅里叶变换红外光谱分析
• 3.3 溴化丁基橡胶在热氧环境中的老化机理
• 3.4 本章小结
• 第四章 溴化丁基橡胶在紫外环境中的老化行为与机理
• 4.1 前言
• 4.2 溴化丁基橡胶在紫外环境中的老化行为
• 4.2.1 表面形貌
• 4.2.2 交联密度
• 4.2.3 力学性能
• 4.2.4 热重分析
• 4.2.5 表面全反射傅里叶变换红外光谱分析
• 4.3 溴化丁基橡胶在紫外环境中的老化机理
• 4.4 本章小结
• 第五章 溴化丁基橡胶在溶剂环境中的老化行为
• 5.1 前言
• 5.2 质量溶胀率
• 5.3 本章小结
• 第六章 溴化丁基橡胶在盐雾环境中的老化行为
• 6.1 前言
• 6.2 表面形貌
• 6.3 质量变化率
• 6.4 力学性能
• 6.5 本章小结
• 第七章 溴化丁基橡胶在人工气候环境中的寿命预测
• 7.1 前言
• 7.2 溴化丁基橡胶在热氧环境中的寿命预测
• 7.3 溴化丁基橡胶在紫外环境中的寿命预测
• 7.4 溴化丁基橡胶在溶剂环境中的寿命预测
• 7.5 溴化丁基橡胶在盐雾环境中的寿命预测
• 7.6 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书