如何設計耐寒性橡膠的配方?

橡膠的耐寒性是指在規定的低溫下，能保持橡膠彈性和正常工作的能力。硫化橡膠在低溫下，由于松弛過程急劇減慢，硬度、模量和分子內摩擦增大，彈性顯著降低，致使橡膠制品的工作能力下降，特別是在動態條件下尤為突出，當溫度降至彈性極限使用溫度時，橡膠會硬化與收縮，導致密封件泄露失效。硫化膠的耐寒性能主要取決于高聚物的兩個基本特性：玻璃化轉變和結晶。兩者都會使橡膠在低溫下喪失彈性。

　　選擇耐寒性好生膠是耐寒性的關鍵，橡膠的耐寒性能主要取決于橡膠的品種。對于非結晶型橡膠，玻璃化溫度較低，耐寒性較好。對于結晶性橡膠，耐寒性要考慮玻璃化溫度的高低、結晶情況。增大橡膠分子鏈的柔順性，減少分子間作用力及空間位阻，削弱大分子鏈規整性的橡膠成分與結構因素，都有利于提高橡膠耐寒性。橡膠并用是橡膠配方設計中調整耐寒性的常用方法，例如SBR 并用 BR， NBR 并用 NR、 CO、 ECO，可提高橡膠的耐寒性。

　　交聯鍵的類型影響橡膠的耐寒性。天然橡膠使用傳統的硫化體系時，隨硫磺用量的增加，直到30份，其剪切模量隨之提高，玻璃化溫度也隨之上升（可上升至20～30℃）。選擇適當和有效的的硫化體系，橡膠玻璃化溫度比傳統的硫化體系降低7℃。因此NR與SBR、DCP硫化有最佳的耐寒性，用秋蘭姆硫化，耐寒性有所降低，而以硫／次磺酰胺類促進劑硫化的耐寒性最差。產生上述差異的原因是，用硫磺硫化時，在生成多硫鍵的同時，還生成分子內交聯鍵，并且發生環化反應，因此使得鏈段的活動性降低，彈性模量提高，玻璃化溫度上升。減少硫磺用量、使用半有效或有效硫化體系時，多硫鍵數量減少，主要生成單硫鍵和二硫鍵，分子內結合硫的可能性降低，因此玻璃化溫度上升幅度較多硫鍵小。用過氧化物和輻射硫化時，其耐寒性優于有效硫化體系和傳統硫化體系，這是因為過氧化物硫化膠的體積膨脹系數較大。體積膨脹系數較大，可使鏈段活動的自由空間增加，有利于玻璃化溫度的降低。另外，過氧化物硫化時，形成牢固的、短小的C－C交聯鍵，而使用硫磺硫化時，則會形成牢固度較小、長度較大的多硫鍵，因此在發生形變時，要克服的分子間作用力會更大一些，同時弱鍵發生畸變，這樣就增加了滯后損失，增大了蠕變速率，硫化膠中的黏性阻力部分比過氧化物硫化膠更大一些。也就是說，用硫磺硫化的橡膠中，分子間的作用力要大得多，這正是［硫化膠耐寒性較差的原因。

　　填充劑對橡膠的耐寒性的影響，取決于填充劑和橡膠相互作用后所形成的結構。提高含膠量，減少填料的用量，填充劑的加入會阻礙鏈段構型的改變，增大填料剛性，因此不能指望加入填充劑來改善橡膠的耐寒性。

　　另外合理的選用軟化增塑體系是提高橡膠制品的耐寒性的有效措施，加入增塑劑，可使橡膠玻璃化溫度下降。耐寒性較差的丁腈橡膠、氯丁橡膠等極性橡膠，主要是通過加入適當的增塑劑來改善其耐寒性能。因為增塑劑能增加橡膠分子柔性，降低分子間作用力，使分子鏈段易于運動，所以極性橡膠要選用與其極性相近、溶解度參數接近的增塑劑。軟化增塑劑類型與用量對橡膠耐寒性至關重要。