橡膠材料通常具有低密度、優(yōu)良的機(jī)械性能和耐高低溫特性、高的憎水性能[1]，橡膠制品越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于汽車、航空航天、石油開采等領(lǐng)域。隨著這些領(lǐng)域的深入發(fā)展，對(duì)橡膠的需求量不斷增加。同時(shí)對(duì)橡膠的性能要求也越來(lái)越苛刻，在高寒地區(qū)及航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)橡膠材料低溫性能提出更高要求。為保證橡膠制品長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，橡膠材料必須具有優(yōu)異的力學(xué)性能，熱老化性能及在低溫下的柔韌性。

nn

當(dāng)前對(duì)于耐低溫橡膠的機(jī)理研究及解決方法：

    在極端低溫環(huán)境中，橡膠分子熱運(yùn)動(dòng)減弱，分子鏈及分子鏈段因凍結(jié)而失去彈性，橡膠制品用作密封元器件時(shí)，低溫會(huì)導(dǎo)致橡膠硬度增加，失去應(yīng)有的彈性，密封性能減弱，進(jìn)而影響機(jī)械的整體性能。研究表明，橡膠制品的耐寒性主要取決于高聚物的兩個(gè)基本因素：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)晶性。玻璃化溫度（Tg）是指橡膠的分子鏈段由運(yùn)動(dòng)到凍結(jié)的轉(zhuǎn)變溫度。分子鏈段運(yùn)動(dòng)是通過(guò)主鏈單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的，所以橡膠分子鏈的柔順性決定橡膠的耐寒性。增加橡膠分子的柔順性是解決橡膠耐低溫性能的關(guān)鍵。減弱分子鏈柔性或增加分子間作用力的因素，例如引入極性側(cè)基、龐大側(cè)基、交聯(lián)、結(jié)晶都會(huì)使Tg升高；反之，增加分子鏈柔性的因素，如加入軟化劑或引入柔性基團(tuán)都會(huì)使Tg下降。橡膠的耐低溫性能通常在一定程度上由生膠的耐寒性能決定，在超低溫環(huán)境下使用時(shí)，分子鏈段必須能夠保持運(yùn)動(dòng)，通常其運(yùn)動(dòng)是由其分子內(nèi)單鍵振動(dòng)引起的，所以分子的剛性不利于其耐低溫性能的改善，采用柔性鏈段或者減弱分子間的相互作用力，避免極性、體積大的側(cè)基引入引起聚合物材料低溫性能的降低。

幾種耐低溫橡膠材料的研究狀況

硅橡膠

    硅橡膠是指分子主鏈以Si-O鍵為主，而側(cè)基為甲基類有機(jī)基團(tuán)的一類線形聚合物，是一種同時(shí)兼具無(wú)機(jī)和有機(jī)性質(zhì)的高分子彈性體。硅橡膠主鏈中的Si-O鍵鍵能比一般橡膠分子主鏈的C-C鍵鍵能高得多，使得硅橡膠具有優(yōu)異的耐熱性、彈性、耐寒性。

    改善硅橡膠低溫性能的主要手段是通過(guò)共聚改性，在聚二甲基硅氧烷分子鏈上引入其它大體積基團(tuán)。適合的改性鏈節(jié)既可調(diào)節(jié)硅橡膠的玻璃化溫度，也可有效抑制結(jié)晶過(guò)程，提高硅橡膠的低溫彈性。

氟橡膠

    氟橡膠（FPM）是指主鏈或側(cè)鏈的碳原子上連接有氟原子的一種合成高分子彈性體。與其它橡膠相比，氟橡膠具有優(yōu)良的耐高溫、耐油及耐多種化學(xué)藥品腐蝕的特性，但其彈性較差，耐低溫性能一般。

    降低耐低溫氟彈性體的玻璃化溫度的方法主要有三種：一是改變耐低溫氟彈性體的共聚組成，提高氟彈性體中VDF含量；二是引入低溫改性共聚單體，在氟彈性體的側(cè)鏈中引入較多的柔順性較好的醚鍵，以降低氟彈性體的玻璃化溫度；三是在混煉膠中加入玻璃化溫度較低的低溫改性助劑。

    氟醚橡膠就是在氟橡膠分子中引入側(cè)基，改變分子的規(guī)整性，通過(guò)乳液共聚手段在其氟碳大分子上引入了含醚結(jié)構(gòu)單體。一方面由于C-O單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘比C-C鍵低，使分子鏈柔順性提高；另一方面由于含醚基團(tuán)取代了原有的-CF2基團(tuán)，O原子的存在有效地降低了分子間的吸引力。

丁腈橡膠

    丁腈橡膠（NBR）是丙烯腈和丁二烯的無(wú)規(guī)共聚物，是耐油性優(yōu)異的彈性體，廣泛應(yīng)用于汽車、航天、石油開采等工業(yè)。

    試驗(yàn)證明，當(dāng)丙烯腈含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%～20%時(shí)，能夠在滿足材料耐油性的前提下，使其具有優(yōu)良的耐寒性。通過(guò)對(duì)配方中生膠、補(bǔ)強(qiáng)劑、增塑劑、硫化劑、防老劑等優(yōu)化，制備出具有優(yōu)良耐低溫、耐油性能的丁腈橡膠材料。該膠料生膠采用丁腈橡膠1704，增塑劑采用DOA專用增塑劑并用體系，填充補(bǔ)強(qiáng)體系為快壓出炭黑，硫化體系采用復(fù)合硫化體系。

聚氨酯橡膠

     聚氨基甲酸酯橡膠簡(jiǎn)稱聚氨酯橡膠（PU），是一種介于一般橡膠與塑料之間的材料。其最大的特點(diǎn)是高硬度和高彈性，及較好的耐磨性。此外，還具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、耐油性和耐臭氧性，低溫性能也很出色[12]。聚酯型聚氨酯可在-40℃低溫下使用，聚醚型聚氨酯可在-70℃下使用；其耐油性也較好，氣密性與丁基橡膠相當(dāng)，所以其應(yīng)用范圍正迅速擴(kuò)大。

乙丙橡膠

    乙丙橡膠系分為二元乙丙橡膠、三元乙丙橡膠。二元乙丙橡膠是以單烯烴乙烯、丙烯共聚成；三元乙丙橡膠是以乙烯、丙烯及少量非共軛雙烯為單體共聚而制得。三元乙丙橡膠作為一種通用橡膠，具有優(yōu)異的密封性能、耐熱、耐氧、耐臭氧以及耐老化性能，而且具有良好的耐化學(xué)性、電絕緣性及低溫性能[13]，其能夠使用的溫度范圍為-50℃～150℃。

總結(jié)

    解決橡膠耐低溫性能的關(guān)鍵是提高橡膠分子的柔順性，橡膠的物理性能則與橡膠分子的結(jié)構(gòu)、補(bǔ)強(qiáng)體系和硫化體系等配合因素有關(guān)。提高橡膠的耐低溫性能可以采用以下幾個(gè)途徑：

（１）改變橡膠分子的結(jié)構(gòu)，引入柔性基團(tuán)來(lái)改變橡膠分子的柔順性，使其在較低溫度下仍然能保持良好的彈性；

（２）在橡膠加工過(guò)程中，優(yōu)選硫化體系和補(bǔ)強(qiáng)體系，改善橡膠的耐低溫性能和力學(xué)性能；

（３）采用橡膠共混技術(shù)，對(duì)橡膠的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行取長(zhǎng)補(bǔ)短，以得到綜合性能更好的膠料。