一種利用硅羥基相對含量分析硅橡膠老化程度的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用硅羥基相對含量分析硅橡膠老化程度的方法，屬于分析硅橡膠老化程度的方法技術領域。
【背景技術】
[0002]橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料，廣泛用于制造輪胎、膠管、膠帶、電纜及其他橡膠制品中。
[0003]橡膠合成材料中的硅橡膠是典型的半無機物半有機聚合物，既具有無機高分子物的耐熱性，又具有有機高分子的柔順性，因而作為耐高熱和耐低溫的橡膠密封材料被廣泛的應用于航天、航空等尖端工業(yè)。但橡膠件在其服役過程中受內(nèi)外因素的影響，力學性能等會逐漸下降進而喪失使用價值。即使在橡膠件的相對較短的服役過程中，橡膠件的老化和降解問題依然是影響其貯存可靠性的關鍵因素。而橡膠老化之后物理性能下降的直接原因就是橡膠材料發(fā)生了化學反應，分子鏈與官能團發(fā)生了變化，因此研宄橡膠老化后的老化機理是研宄橡膠老化后性能變化的根本。通過研宄橡膠老化后的老化機理還可以從根本上了解橡膠老化的原因，為橡膠材料耐老化方面的研宄提供了依據(jù)，在后續(xù)研宄橡膠老化方面起到了重要的作用。
[0004]目前對橡膠老化機理的研宄并不夠深入，只是簡單的紅外光譜等實驗，尤其是對于硅橡膠材料，沒有一個很好的表征其老化機理的指標，對其老化機理不能夠很好的描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，即目前對橡膠老化機理的研宄并不夠深入，只是簡單的紅外光譜等實驗，尤其是對于硅橡膠材料，沒有一個很好的表征其老化機理的指標，對其老化機理不能夠很好的描述。進而提供一種利用硅羥基相對含量分析硅橡膠老化程度的方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0007]一種利用硅羥基相對含量分析硅橡膠老化程度的方法，
[0008]步驟一、硅橡膠的熱氧老化實驗
[0009]首先對硅橡膠試件進行熱氧加速老化試驗。實驗用的夾具為哈爾濱工業(yè)大學機械加工制造廠制造的壓縮夾具，其尺寸為240x 30x 18mm。實驗用的熱氧老化箱為無錫科來姆環(huán)境科技有限公司提供的熱空氣交換試驗箱，其工作室尺寸為450x 450x 500mm，溫度波動度< ±0.5K。
[0010]參考國標GB/T 3512進行硅橡膠烘箱加速老化試驗；在將試件放入老化箱之前，按照GB/T2941-2006《橡膠物理試驗方法試件制備和調(diào)節(jié)通用程序》對所有試件進行預處理；參考國標GB/T 1683，將試件放入夾具之中，每個夾具中放4個試件，每個試件之間距離大于5mm，壓縮率25%。根據(jù)ISO:11346-2004《硫化或熱塑橡膠-使用壽命和最高使用溫度的評估》中的規(guī)定，最高試驗溫度應使材料性能達到臨界值的時間不小于10h ?’最低試驗溫度應使材料性能達到臨界值的時間至少為lOOOh。試驗溫度的選擇需符合GB/T2941-2006。根據(jù)《橡膠物理試驗方法試件制備和調(diào)節(jié)通用程序》，選定250°C，180 °C，165 °C，150°C，135°C和120°C作為硅橡膠加速試驗溫度點。
[0011]步驟二、對老化試件進行X衍射光電子能譜測試和核磁共振測試
[0012]對步驟一中不同溫度條件下熱氧加速老化后的老化試件分別進行X衍射光電子能譜測試和核磁共振測試。XPS的實驗條件為:X光源單色化的Al Ka源，能量:1486.6eV，1mAX 15KV，束斑大小:700X 300 μ m ;掃描模式:CAE ;全譜掃描:通能為160eV。
[0013]核磁共振儀器為Bruker AVANCE III 400WB。核磁光譜儀配備了一個4毫米的標準孔，其探頭的X通道為79.50兆赫，其他通道進行調(diào)整到400兆赫。干細粉狀樣品裝在封閉的鈦轉(zhuǎn)子中，以5kHZ的頻率進行旋轉(zhuǎn)。對每個樣品總共進行10000次掃描并記錄。
[0014]通過XPS和核磁共振的測試得到不同老化條件下的硅橡膠的元素譜圖。
[0015]步驟三、對XPS和NMR測試結(jié)果進行分析
[0016]從XPS的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，隨著老化溫度和老化時間的增加，硅橡膠材料中C元素含量逐漸降低，而O元素含量逐漸增加，對硅元素進行分峰處理，Si元素在硅氧烷中有以下三種化學環(huán)境S12C2, S13C, S14*別對應的化學結(jié)合能位置為101.9，102.8，103.6。對這三個化學結(jié)合能位置的峰進行峰面積的計算，得出在不同老化條件下這三種環(huán)境的相對比例。發(fā)現(xiàn)同為老化57h下，隨著老化溫度由120°C增加到150°C再到180°C，S12C2的相對含量從51%到27%再到23%，逐漸降低，而S13C的相對含量從43%到48%再到63%呈逐漸升高趨勢。從核磁共振的結(jié)果可以看到對著老化溫度和老化時間的增加。硅羥基的相對含量是降低的，而S13C和3104的相對含量是增加的。
[0017]步驟四、利用硅羥基的相對含量表征老化機理
[0018]由數(shù)據(jù)結(jié)果看出，隨著老化溫度與老化時間的增加，硅羥基的相對含量在降低，而S13C和3104的相對含量是增加的。由此通過硅羥基的相對含量的變化看出，硅橡膠在老化過程中主要發(fā)生側(cè)基被老化形成硅羥基，但隨著老化的進行，硅羥基進攻硅氧烷主鏈形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)與環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0019]本發(fā)明的利用硅羥基相對含量分析硅橡膠老化程度的方法，該方法填補了之前對硅橡膠老化機理研宄方面的空白，通過核磁共振和X衍射光電子能譜實驗的實驗數(shù)據(jù)分析硅羥基的相對含量的變化，就可以推測硅橡膠在老化過程中的機理，是一種簡單但實用的硅橡膠機理分析方法，對以后研宄硅橡膠老化機理方面有著很大的意義。此外，本發(fā)明還具有分析結(jié)果準確，易于操作的特點。
【具體實施方式】
[0020]下面將對本發(fā)明做進一步的詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。
[0021]本實施例所涉及的一種利用硅羥基相對含量分析硅橡膠老化程度的方法，具體操作步驟如下:
[0022]步驟一、硅橡膠的熱氧老化實驗
[0023]首先對硅橡膠試件進行熱氧加速老化試驗。實驗用的夾具為哈爾濱工業(yè)大學機械加工制造廠制造的壓縮夾具，其尺寸為240x 30x 18mm。實驗用的熱氧老化箱為無錫科來姆環(huán)境科技有限公司提供的熱空氣交換試驗箱，其工作室尺寸為450x 450x 500mm，溫度波動度< ±0.5K。
[0024]參考國標GB/T 3512進行硅橡膠烘箱加速老化試驗；在將試件放入老化箱之前，按照GB/T2941-2006《橡膠物理試驗方法試件制備和調(diào)節(jié)通用程序》對所有試件進行預處理；參考國標GB/T 1683，將試件放入夾具之中，每個夾具中放4個試件，每個試件之間距離大于5mm，壓縮率25%。根據(jù)ISO:11346-2004《硫化或熱塑橡膠-使用壽命和最高使用溫度的評估》中的規(guī)定，最高試驗溫度應使材料性能達到臨界值的時間不小于10h ?’最低試驗溫度應使材料性能達到臨界值的時間至少為lOOOh。試驗溫度的選擇需符合GB/T2941-2006。根據(jù)《橡膠物理試驗方法試件制備和調(diào)節(jié)通用程序》，選定250°C，180 °C，165 °C，150°C，135°C，120°C作為硅橡膠加速試驗溫度點。
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