背景：

 

橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度低，分子量往往很大，大于几十万。

橡胶分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。

本案例也是关于橡胶样品部分老化失效的一个分析，通过针对性的测试方法，分析出导致橡胶老化的原因。

 

01样品信息及分析方式

 

分析目的：防振橡胶金属结合件，金属上的橡胶一部份正常(OK位置)，一部份已经老化失效(NG位置)， NG位置位于试样中部位置，委托实验室分析橡胶失效的原因。

 

 

样品图片

 

测试方法：

 

1.1非破坏性样品观察；

 

1.2样品材质及热性能分析：DSC&TGA& FT-IR

 

1.3样品形貌及元素分析：SEM&EDS

 

1.4样品内部小分子有机物分析：HS-GCMS

 

1.5样品分子量及其分布分析：APC

 

02分析数据

 

2.1 样品观察

 

 

根据样品发‍黏区域的形貌特征，发黏的引发及扩展均在部件内部；

委托方提供样品是经过裁切后的试样，裁样过程中引入了部份金属杂质，对外貌也造成了一定破坏，不能确定破坏起始点和破坏路径。

 

2.2 DSC测试曲线

 

 

2.3 TGA测试曲线

 

 

2.4 FT-IR测试曲线

 

 

OK位置和NG位置样品材质均为聚异戊二烯。

 

2.5 HS-GCMS分析结果

 

2.5.1 橡胶OK位置HS-GCMS分析

 

 

2.5.2 橡胶NG位置 HS-GCMS分析

 

 

橡胶OK位置与NG位置的HS-GCMS对比分析结果见5-1表：

 

表5-1

 

 

2.6 GCMS测试结果

 

橡胶OK位置与NG位置溶剂萃取物GCMS对比分析

 

 

橡胶 OK位置与NG位置溶剂萃取物GCMS对比分析

 

 

橡胶OK位置与NG位置溶剂萃取物GCMS对比分析结果见表6-1：

 

表6-1

 

 

注1：相比OK区域，NG区域防老剂4010NA下降了67.1%，防老剂丁下降了30.6%。

注2：除防老剂外，未发现其它明显助剂或物质信息。

综合HS-GCMS与溶剂萃取物GCMS的对比分析结果，以及二者的测定原理，未在NG位置发现润滑油。

 

2.7 SEM&EDS测试结果

 

直接取橡胶OK位置与NG位置做SEM+EDS测试:

 

 

OK位置

 

 

All results in weight%

 

NG位置

 

 

All results in weight%

 

直接取橡胶OK位置与NG位置经液氮淬冷后做SEM+EDS测试:

 

 

OK位置

 

 

All results in weight%

 

NG位置

 

 

All results in weight%

 

2.8 APC测试结果

 

取OK位置和NG位置的橡胶，分两组溶于甲苯与THF溶剂中，NG位置的橡胶几乎全部溶解，OK位置的橡胶基本未溶解，取THF溶液中的上层清液，测量两个样品的分子量及其分布状况。

 

 

样品溶解图片

 

 

备注：1.测试结果为相对于窄分子量聚苯乙烯测试结果；

          2.流动相为四氢呋喃；

          3.该样品为部分可溶，取上清液进行测试。

 

 

橡胶OK位置测试结果应为低分子物质的分子量(加工助剂)，由于橡胶NG位置遭到破坏，THF浸泡后，溶出了约10000-80000分子量的破坏后的橡胶的分子。

 

自动标尺色谱图叠加曲线

 

 

03结论

 

1.橡胶NG部位出现发黏是部件在热和循环应力作用下的橡胶老化，分子链破坏形成的宏观发黏的现象；

 

2.橡胶老化样品未发现外部溶剂，表明材料不是由外部溶剂诱导老化形成的宏观发黏的现象。