溶剂对橡胶的破坏作用

橡胶定子是螺杆阀的核心部件之一，是螺杆阀可以输送含有颗粒物介质的关键因素。定子橡胶材质的选择是螺杆阀选型的关键环节。螺杆阀输送的胶水可能含有对橡胶不利的溶剂成分而使橡胶发生溶胀或溶解等现象，所以在选型前务必需要澄清胶水中的具体成分，选择可以耐受橡胶材质。或者进行浸泡试验来选择合适的橡胶材质。溶剂对橡胶的作用主要可以归纳为以下几个类别：

1. 溶胀与软化（最常见的作用）

这是溶剂对橡胶最典型的破坏形式。

· 机理：橡胶是高聚物，其分子链呈网状结构。当橡胶浸泡在良溶剂中时，溶剂小分子会渗透到橡胶分子链之间，削弱高分子链之间的相互作用力（如范德华力），使分子链的间距增大。这导致橡胶体积膨胀、变软、强度和弹性模量下降。

· 后果：

o 尺寸失效：密封件（如O型圈、垫片）膨胀后，可能导致密封腔被挤满，产生过大的应力，或使尺寸发生变化，失去密封效果。

o 性能下降：拉伸强度、硬度、抗撕裂性等机械性能显著降低，橡胶件容易发生永久变形或损坏。

· 举例：天然橡胶（NR）和丁苯橡胶（SBR）在汽油或苯中会剧烈溶胀；许多橡胶在油脂中也会发生溶胀。

2. 溶解与溃散

当橡胶与溶剂的相容性极好，且橡胶分子链之间没有强大的交联键（如硫化）时，橡胶会完全溶解在溶剂中。

· 机理：溶剂分子完全拆散高分子链，使其分散在溶剂中，形成均匀的溶液。

· 后果：橡胶部件彻底被破坏，物理形态消失。

· 举例：未硫化的天然橡胶可以溶解在甲苯、汽油等溶剂中。即使是硫化橡胶，如果交联度很低，也可能被某些强溶剂严重破坏，直至溃散。

3. 收缩与硬化（与溶胀相反）

某些溶剂非但不会使橡胶溶胀，反而会提取出橡胶中的增塑剂、防老剂等小分子助剂。

· 机理：橡胶配方中含有大量增塑剂来改善其柔韧性和加工性。当橡胶接触某些溶剂（尤其是非极性溶剂）时，这些增塑剂会被溶剂抽提出来。

· 后果：橡胶体积收缩、变硬、变脆，失去弹性，容易在应力下开裂。

· 举例：丁腈橡胶（NBR）的耐油密封件，如果长期接触某种会抽提其增塑剂的油品，会逐渐变硬开裂，导致密封失效。

4. 化学降解与腐蚀

某些活性溶剂会与橡胶的分子主链或侧基发生化学反应，破坏其化学结构。

· 机理：

o 氧化反应：酮类、酯类等溶剂在高温或有氧气存在时，可能引发橡胶分子链的氧化裂解。

o 水解反应：对于聚氨酯橡胶（PU）、酯类橡胶等，强酸或强碱性溶剂会催化其分子链中的酯键或氨酯键水解，导致分子链断裂。

o 卤化反应：一些含氯溶剂（如三氯乙烯）在特定条件下可能对不饱和橡胶（如NR）发生加成或取代反应。

· 后果：橡胶分子链断裂，交联网络被破坏，导致橡胶发粘、强度完全丧失，或表面变得粗糙、多孔。

· 举例：聚氨酯橡胶对水蒸气敏感，尤其在高温下易水解；浓硫酸、硝酸等强氧化性酸会使大多数橡胶碳化。

5. 环境应力开裂

这是一种在应力和溶剂共同作用下的协同破坏。

· 机理：当橡胶部件处于拉伸或弯曲应力状态下，接触某些溶剂（即使不是强溶剂），溶剂会渗透到橡胶内部的微观裂纹或应力集中点，加速裂纹的引发和扩展。

· 后果：在远低于正常断裂强度的应力下，橡胶件发生脆性开裂。

· 举例：某些塑料（如ABS）对此现象更敏感，但橡胶在特定条件下也会发生。

橡胶被溶剂破坏的程度取决于以下几个关键因素：

1. 橡胶种类（极性）：这是决定性因素。

o 极性橡胶（如丁腈橡胶NBR、氯丁橡胶CR、氟橡胶FKM、丙烯酸酯橡胶ACM）：耐非极性溶剂（如燃油、机油、脂肪烃）性能好，但易被极性溶剂（如酮类、酯类）破坏。

o 非极性橡胶（如天然橡胶NR、丁苯橡胶SBR、三元乙丙橡胶EPDM、硅橡胶SI）：耐极性溶剂（如水、醇类）性能好，但易被非极性溶剂（如苯、汽油、环己烷）溶胀。

“相似相溶”原则：极性相近的溶剂和橡胶更容易相互作用。

2. 溶剂种类（化学性质）：溶剂的极性、分子大小、活性基团决定了其破坏能力。

3. 温度和压力：温度升高会显著加速溶剂的渗透、扩散和化学反应速率，加剧破坏作用。压力增加也会促进溶剂向橡胶内部渗透。

4. 作用时间：接触时间越长，破坏通常越严重。

橡胶的硫化体系与配方：交联密度高的橡胶更耐溶胀。添加适量的填料（如炭黑）也能提高耐溶剂性。