橡胶老化主要是其分子链在环境因素作用下发生降解(分子链断裂,导致变软、发粘)或交联(分子链进一步形成网状结构,导致变硬、变脆)的过程。主要原因可分为以下几类:
原因: 这是最常见的老化形式。橡胶分子中的不饱和碳键(特别是天然橡胶)极易与空气中的氧气发生反应,形成过氧化物,引发自由基链式反应,导致分子链断裂或交联。
现象: 通常导致橡胶表面发粘、变硬、龟裂。
原因: 臭氧的活性远高于氧气,它会直接攻击橡胶的不饱和双键,导致分子链断裂,在表面形成垂直于应力方向的龟裂(俗称“臭氧龟裂”)。
现象: 即使臭氧浓度很低(几个ppm),也会在应力下的橡胶表面产生明显的裂纹。
原因: 高温会加速氧扩散速率和氧化反应速度,同时也会导致橡胶分子链的热裂解或交联键的破坏。
现象: 加速所有氧化老化过程,导致橡胶硬化、失去弹性。
原因: 紫外线能量高,能直接打断橡胶的分子链,并生成自由基,从而引发并加速氧化反应。
现象: 表面变色(粉化、龟裂、光泽消失),内部力学性能下降。
原因: 反复的压缩、拉伸、弯曲等机械应力会使橡胶分子链断裂,生成自由基,从而与氧反应加速老化。
现象: 发热、物理性能下降、产生裂纹。
原因: 某些橡胶的分子链含有容易与水反应的化学基团(如聚氨酯的酯基、醚基)。在潮湿环境下,尤其是在高温下,水会破坏这些化学键。
现象: 分子链断裂,导致制品发粘、强度严重下降。
原因: 特别是铜、锰等金属离子,是强烈的氧化催化剂,会极大加速橡胶的氧化过程。
现象: 与橡胶接触的区域会发生剧烈的脆化、开裂。
根据上述原因,预防老化需要从材料本身和使用环境两方面入手。
这是橡胶制品生产商的核心工作,通过添加各种助剂来提升耐老化性能。
添加抗氧剂 (Antioxidants): 能捕获自由基,终止氧化链式反应,主要预防氧老化。
添加抗臭氧剂 (Antiozonants): 能在橡胶表面形成一层保护膜,或优先与臭氧反应,保护橡胶分子免受攻击。
添加光稳定剂 (UV Stabilizers): 包括紫外线吸收剂和光屏蔽剂(如炭黑),能吸收或反射紫外线,保护橡胶内部。
使用饱和橡胶: 对于要求高耐候性的制品,可选用分子链中无双键的橡胶,如EPDM(三元乙丙橡胶)、硅橡胶、氟橡胶,它们天生具有优异的耐臭氧和耐氧化性。
填充炭黑: 炭黑是极好的紫外线屏蔽剂和补强剂,含炭黑的黑色橡胶制品通常具有更好的耐候性。
对于已经成型的橡胶制品,正确的使用和储存至关重要。
避免阳光直射和紫外线照射: 将橡胶制品存放在阴暗处,或用不透明材料遮盖。
保持阴凉干燥: 储存环境应低温(建议10-25°C)、低湿、通风良好。避免靠近热源(如暖气、电机)。
避免接触臭氧源: 远离高压电器、荧光灯、电机等可能产生臭氧的设备。
避免应力变形: 储存时不应受挤压、拉伸或折叠,应自由放置或仅受轻微压力。例如,O型圈应平放,不要悬挂;橡胶管应盘放,不可折弯。
隔绝氧气: 对于需要长期保存的精密橡胶件,可采用真空包装或充氮包装。
避免接触化学品和金属: 远离油类、溶剂、强酸强碱。尤其避免与铜、锰等金属直接接触。
清洁保养: 定期用清水和中性肥皂清洗,彻底干燥后,可涂抹适量的滑石粉或专用橡胶保护剂(如硅油),以防止表面粘连和龟裂。切忌使用机油、汽油等作为润滑保养剂,它们会加速橡胶溶胀老化。
表面处理: 对某些制品可进行表面涂覆(如喷漆、镀层)以隔绝外界环境。
设计规避: 在产品设计时,通过增加防护罩、改变安装位置等方式,避免橡胶件直接暴露在恶劣环境中。
| 老化原因 | 预防方法 |
|---|---|
| 氧 | 添加抗氧剂、真空/氮气包装、选用EPDM等饱和橡胶 |
| 臭氧 | 添加抗臭氧剂、避免靠近臭氧源、选用EPDM/氟橡胶 |
| 热 | 控制储存环境温度、远离热源、选用耐高温橡胶(如硅胶/氟胶) |
| 光(UV) | 添加炭黑/UV稳定剂、避光储存、遮盖 |
| 机械应力 | 自由状态储存、避免过度挤压拉伸 |
| 水(水解) | 控制湿度、选用耐水解配方(如聚醚型PU) |
| 金属离子 | 避免与铜、锰等金属直接接触 |
对于普通用户而言,最有效且易于执行的方法就是改善储存环境:避光、阴凉、干燥、无应力存放。 对于工业应用,则需要在产品设计初期就根据使用环境选择合适的橡胶材质。