橡膠，這一在工業(yè)和日常生活中無(wú)處不在的材料，以其獨(dú)特的彈性和柔韌性，為我們的生活帶來(lái)了諸多便利。從汽車輪胎到橡膠手套，從鞋底到密封件，橡膠制品的應(yīng)用范圍極為廣泛。然而，橡膠在使用過(guò)程中會(huì)逐漸出現(xiàn)性能下降的現(xiàn)象，即橡膠老化，而炭黑作為橡膠工業(yè)中不可或缺的重要添加劑，對(duì)橡膠的性能和老化過(guò)程有著深遠(yuǎn)的影響。
橡膠老化的原因
橡膠老化是指橡膠在加工、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中，由于受到內(nèi)外因素的綜合作用，其物理和化學(xué)性能逐漸變差，最終喪失使用價(jià)值的現(xiàn)象。導(dǎo)致橡膠老化的原因多種多樣，主要包括以下幾個(gè)方面。
氧化作用
氧氣是橡膠老化的主要元兇之一。橡膠分子鏈中含有不飽和雙鍵等活性基團(tuán)，這些基團(tuán)極易與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引發(fā)自動(dòng)氧化反應(yīng)。在氧化過(guò)程中，橡膠分子鏈會(huì)逐漸斷裂，生成含氧官能團(tuán)，如過(guò)氧化物、氫過(guò)氧化物、羥基、羰基等。這些氧化產(chǎn)物的積累會(huì)導(dǎo)致橡膠的彈性降低、硬度增加、拉伸強(qiáng)度下降，甚至出現(xiàn)龜裂和粉化現(xiàn)象。例如，長(zhǎng)期暴露在空氣中的橡膠制品，表面會(huì)逐漸變硬、變脆，這就是氧化老化的典型表現(xiàn)。
光老化
太陽(yáng)光中的紫外線具有較高的能量，能夠破壞橡膠分子鏈中的化學(xué)鍵。當(dāng)橡膠受到紫外線照射時(shí)，分子鏈會(huì)發(fā)生斷裂和交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致橡膠的物理性能發(fā)生變化。此外，紫外線還會(huì)引發(fā)橡膠中的光敏物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步加速橡膠的老化進(jìn)程。在戶外使用的橡膠制品，如橡膠輪胎、橡膠水管等，由于長(zhǎng)期受到陽(yáng)光的照射，很容易出現(xiàn)光老化現(xiàn)象，表現(xiàn)為表面變色、開(kāi)裂等。
熱老化
溫度對(duì)橡膠的老化速度有著顯著的影響。隨著溫度的升高，橡膠分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子鏈的斷裂和交聯(lián)反應(yīng)速率加快。在高溫環(huán)境下，橡膠中的添加劑可能會(huì)發(fā)生分解或揮發(fā)，從而影響橡膠的性能。例如，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的橡膠密封件，由于長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境中，容易出現(xiàn)硬化、變形和密封性能下降等問(wèn)題，這就是熱老化的結(jié)果。
臭氧老化
臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，對(duì)橡膠的破壞作用比氧氣更為強(qiáng)烈。臭氧主要攻擊橡膠分子鏈中的不飽和雙鍵，使其發(fā)生臭氧裂解反應(yīng)，生成小分子的醛、酮等物質(zhì)。臭氧老化通常會(huì)在橡膠表面形成裂紋，這些裂紋會(huì)隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸加深和擴(kuò)展。在空氣污染較為嚴(yán)重的地區(qū)，大氣中的臭氧含量較高，橡膠制品更容易發(fā)生臭氧老化。
機(jī)械應(yīng)力作用
橡膠制品在使用過(guò)程中會(huì)受到各種機(jī)械應(yīng)力的作用，如拉伸、壓縮、彎曲等。長(zhǎng)期的機(jī)械應(yīng)力作用會(huì)導(dǎo)致橡膠分子鏈的取向和斷裂，使橡膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而加速橡膠的老化。例如，汽車輪胎在行駛過(guò)程中不斷受到地面的摩擦力和車身的壓力，輪胎的橡膠材料會(huì)逐漸疲勞老化，出現(xiàn)磨損和裂紋。
炭黑的作用
炭黑是一種由含碳物質(zhì)(煤、天然氣、重油、燃料油等)在空氣不足的條件下經(jīng)不完全燃燒或受熱分解而得的產(chǎn)物。在橡膠工業(yè)中，炭黑是一種非常重要的補(bǔ)強(qiáng)劑，它對(duì)橡膠的性能和老化過(guò)程有著多方面的影響。
補(bǔ)強(qiáng)作用
炭黑具有巨大的比表面積和較高的結(jié)構(gòu)度，能夠與橡膠分子鏈產(chǎn)生強(qiáng)烈的物理和化學(xué)吸附作用。當(dāng)炭黑加入到橡膠中后，橡膠分子鏈會(huì)吸附在炭黑顆粒的表面，形成一種三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以有效地限制橡膠分子鏈的運(yùn)動(dòng)，提高橡膠的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。例如，在汽車輪胎中添加大量的炭黑，可以顯著提高輪胎的抗撕裂性能和耐磨性能，延長(zhǎng)輪胎的使用壽命。
抗老化作用
炭黑對(duì)橡膠的抗老化性能也有著積極的影響。一方面，炭黑可以吸收和散射紫外線，減少紫外線對(duì)橡膠分子鏈的直接照射，從而降低光老化的速度。另一方面，炭黑能夠與橡膠中的自由基發(fā)生反應(yīng)，終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，抑制橡膠的氧化老化。此外，炭黑還可以在橡膠表面形成一層保護(hù)膜，阻止氧氣、臭氧等有害氣體與橡膠的接觸，進(jìn)一步提高橡膠的抗老化性能。
導(dǎo)電和導(dǎo)熱作用
某些特殊類型的炭黑具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。在需要導(dǎo)電或?qū)岬南鹉z制品中，添加適量的導(dǎo)電炭黑可以使橡膠具有一定的導(dǎo)電性或?qū)嵝浴＠纾谝恍╇娮釉O(shè)備的密封件和防靜電橡膠制品中，導(dǎo)電炭黑的應(yīng)用可以有效地防止靜電積累和電磁干擾。
著色作用
炭黑是一種黑色的顏料，具有良好的著色性能。在橡膠制品中添加炭黑可以使橡膠呈現(xiàn)出黑色，不僅美觀，而且還可以提高橡膠制品的耐候性和耐光性。
橡膠老化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，受到多種因素的綜合影響。而炭黑作為橡膠工業(yè)中不可或缺的重要添加劑，通過(guò)其補(bǔ)強(qiáng)、抗老化、導(dǎo)電導(dǎo)熱和著色等多種作用，顯著改善了橡膠的性能，延長(zhǎng)了橡膠制品的使用壽命。隨著橡膠工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)炭黑的性能和質(zhì)量也提出了更高的要求，未來(lái)炭黑的研發(fā)和應(yīng)用將為橡膠制品的發(fā)展帶來(lái)更多的可能性。
