SIBR及相關(guān)彈性體在臭氧老化過(guò)程中的開(kāi)裂、微觀(guān)結構和力學(xué)性能變化

       苯乙烯-異戊二烯-丁二烯橡膠（SIBR）是一種具有低滯后和高路面附著(zhù)力特性的新型輪胎胎面橡膠，被廣泛應用于汽車(chē)制造領(lǐng)域。在實(shí)際的大氣環(huán)境服役過(guò)程中，臭氧容易與SIBR分子鏈中大量的不飽和雙鍵結構發(fā)生化學(xué)反應使其性能劣化，嚴重影響輪胎使用壽命。為了研究SIBR在臭氧老化后的力學(xué)性能變化，青島科技大學(xué)橡膠塑料重點(diǎn)實(shí)驗室的Xiaolei Wang等人利用顯微鏡-紅外技術(shù)監測了臭氧老化后橡膠微觀(guān)結構的變化，并采用萬(wàn)能試驗機研究了SIBR、SSBR和NdIR在臭氧老化前后的力學(xué)性能差異性。 

       在臭氧老化過(guò)程中，SIBR、SSBR和Nd-IR的表面形貌如圖所示1。Nd-IR初始階段的裂紋長(cháng)度相對較長(cháng)，SSBR的初始裂紋長(cháng)度較短，而SIBR的初始裂紋長(cháng)度在Nd-IR和SSBR的長(cháng)度之間，但裂紋數量最少。在SSBR中，聚丁二烯單元中的雙鍵容易參與臭氧老化，聚苯乙烯單元由于苯環(huán)的共軛反應而相對穩定，因此SSBR的耐臭氧老化性能相對較強。對于Nd-IR，由于亞甲基對聚異戊二烯單元具有給電子效應，Nd-IR中的聚異戊二烯單元雙鍵在化學(xué)反應中更活躍，容易與臭氧反應，Nd-IR的裂紋比SIBR的裂紋密集得多。橡膠老化過(guò)程中裂紋長(cháng)度隨老化時(shí)間的演化如圖2所示。在SIBR中出現裂紋后，裂紋的擴展速度較慢，而在Nd-IR和SSBR中，裂紋的擴展速度較快。由此可見(jiàn)，SIBR具有較好的耐臭氧老化和抗開(kāi)裂性能。

圖1橡膠臭氧老化過(guò)程中表面形貌。(a)SIBR,(b)SSBR,(c)Nd-IR

圖2橡膠老化過(guò)程中裂紋長(cháng)度隨老化時(shí)間的演變

       使用顯微鏡-紅外光譜技術(shù)研究SIBR臭氧裂紋內部微觀(guān)結構的變化，并與Nd-IR和SSBR進(jìn)行比較，如圖3所示。在臭氧老化過(guò)程中，SIBR、SSBR和Nd-IR都會(huì )產(chǎn)生碳氧基團，并且裂紋處的碳氧鍵吸收峰強度高于表面沒(méi)有裂紋的區域。臭氧和碳碳雙鍵反應可以形成臭氧氧化產(chǎn)物，在臭氧老化過(guò)程中形成碳-氧鍵基團。同時(shí)，在臭氧老化過(guò)程中，橡膠表面出現裂紋，裂紋面與臭氧接觸的面積較大，裂紋處雙鍵之間的臭氧老化反應程度更加劇烈。SIBR中形成的碳氧鍵的吸收峰比SSBR和Nd-IR的吸收峰更強。在SIBR的裂紋處存在大量的碳氧鍵，表明SIBR主要參與的臭氧老化反應集中在裂紋處，因此SIBR的裂紋增長(cháng)速度較慢，但裂紋深度更深。

圖3三種橡膠的臭氧裂解紅外光譜。(a)SIBR,(b)SSBR,(c)Nd-IR

圖4硫化橡膠在臭氧老化前后的力學(xué)性能。(a)拉伸強度,(b)模量,(c)斷裂伸長(cháng)率

相關(guān)論文以“Cracking, structural, and mechanical property changes of SIBR and related elastomers during the ozone aging process"為題發(fā)表在《Polymer Degradation and Stability》。