一种利用硅羟基相对含量分析硅橡胶老化程度的方法

摘要

本发明提供了一种利用硅羟基相对含量分析硅橡胶老化程度的方法，属于分析硅橡胶老化程度方法技术领域。本发明通过硅橡胶的热氧老化实验、对老化试件进行X衍射光电子能谱测试和核磁共振测试、对XPS和NMR测试结果进行分析和利用硅羟基的相对含量表征老化机理四个步骤，实现了利用硅羟基相对含量分析硅橡胶老化程度的方法。本发明的方法填补了之前对硅橡胶老化机理研究方面的空白，通过核磁共振和X衍射光电子能谱实验的实验数据分析硅羟基的相对含量的变化，就可以推测硅橡胶在老化过程中的机理，是一种简单但实用的硅橡胶机理分析方法，对以后研究硅橡胶老化机理方面有着很大的意义。

主权项

一种利用硅羟基相对含量分析硅橡胶老化程度的方法，其特征在于，步骤一、硅橡胶的热氧老化实验首先对硅橡胶试件进行热氧加速老化试验，实验用的夹具为哈尔滨工业大学机械加工制造厂制造的压缩夹具，其尺寸为240x30x18mm，实验用的热氧老化箱为无锡科来姆环境科技有限公司提供的热空气交换试验箱，其工作室尺寸为450x450x500mm，温度波动度≤±0.5K；参考国标GB/T 3512进行硅橡胶烘箱加速老化试验；在将试件放入老化箱之前，按照GB/T2941‑2006《橡胶物理试验方法试件制备和调节通用程序》对所有试件进行预处理；参考国标GB/T 1683，将试件放入夹具之中，每个夹具中放4个试件，每个试件之间距离大于5mm，压缩率25％；根据ISO：11346‑2004《硫化或热塑橡胶‑使用寿命和最高使用温度的评估》中的规定，最高试验温度应使材料性能达到临界值的时间不小于100h；最低试验温度应使材料性能达到临界值的时间至少为1000h；试验温度的选择需符合GB/T 2941‑2006；根据《橡胶物理试验方法试件制备和调节通用程序》，选定250℃，180℃，165℃，150℃，135℃和120℃作为硅橡胶加速试验温度点；步骤二、对老化试件进行X衍射光电子能谱测试和核磁共振测试对步骤一中不同温度条件下热氧加速老化后的老化试件分别进行X衍射光电子能谱测试和核磁共振测试，XPS的实验条件为：X光源单色化的Al Ka源，能量：1486.6eV，10mA×15KV，束斑大小：700×300μm；扫描模式：CAE；全谱扫描：通能为160eV；核磁共振仪器为Bruker AVANCE III 400WB，核磁光谱仪配备了一个4毫米的标准孔，其探头的X通道为79.50兆赫，其他通道进行调整到400兆赫，干细粉状样品装在封闭的钛转子中，以5kHZ的频率进行旋转，对每个样品总共进行10000次扫描并记录；通过XPS和核磁共振的测试得到不同老化条件下的硅橡胶的元素谱图；步骤三、对XPS和NMR测试结果进行分析从XPS的结果可以发现，随着老化温度和老化时间的增加，硅橡胶材料中C元素含量逐渐降低，而0元素含量逐渐增加，对硅元素进行分峰处理，Si元素在硅氧烷中有以下三种化学环境SiO₂C₂，SiO₃C，SiO₄分别对应的化学结合能位置为101.9，102.8，103.6；对这三个化学结合能位置的峰进行峰面积的计算，得出在不同老化条件下这三种环境的相对比例；发现同为老化57h下，随着老化温度由120℃增加到150℃再到180℃，SiO₂C₂的相对含量从51％到27％再到23％，逐渐降低，而SiO₃C的相对含量从43％到48％再到63％呈逐渐升高趋势；从核磁共振的结果可以看到对着老化温度和老化时间的增加，硅羟基的相对含量是降低的，而SiO₃C和SiO₄的相对含量是增加的；步骤四、利用硅羟基的相对含量表征老化机理由数据结果看出，随着老化温度与老化时间的增加，硅羟基的相对含量在降低，而SiO₃C和SiO₄的相对含量是增加的；由此通过硅羟基的相对含量的变化可以看出，硅橡胶在老化过程中主要发生侧基被老化形成硅羟基，但随着老化的进行，硅羟基进攻硅氧烷主链形成交联结构与环状结构。