Arkema熱空氣硫化過(guò)氧化物在提高橡膠制品抗撕裂強(qiáng)度方面的應(yīng)用
熱空氣硫化過(guò)氧化物在橡膠制品抗撕裂強(qiáng)度提升中的神奇妙用
—— Arkema 的“魔法藥水”讓橡膠更強(qiáng)韌！
引言：從輪胎到鞋底，橡膠無(wú)處不在
你有沒(méi)有想過(guò)，為什么你的自行車(chē)輪胎不會(huì)輕易爆裂？為什么運(yùn)動(dòng)鞋踩在地面時(shí)既柔軟又有彈性？答案很簡(jiǎn)單：橡膠。無(wú)論是汽車(chē)輪胎、密封圈、輸送帶，還是兒童玩具，橡膠都扮演著不可或缺的角色。
而在這背后，有一個(gè)默默耕耘的“幕后英雄”——熱空氣硫化過(guò)粉末（Peroxide-based Hot Air Vulcanization）技術(shù)，尤其是來(lái)自法國(guó)材料巨頭 Arkema 的相關(guān)產(chǎn)品，在提高橡膠制品的抗撕裂強(qiáng)度方面表現(xiàn)尤為出色。
今天，我們就來(lái)聊聊 Arkema 的熱空氣硫化過(guò)氧化物如何成為橡膠界的“超能戰(zhàn)士”，并讓它變得更堅(jiān)韌、更耐用、更酷炫！??
一、什么是熱空氣硫化過(guò)氧化物？
1.1 基本概念
熱空氣硫化（Hot Air Vulcanization, HAV）是一種通過(guò)加熱空氣使橡膠交聯(lián)成型的工藝。與傳統(tǒng)的蒸汽硫化或微波硫化不同，HAV 更適合連續(xù)生產(chǎn)線(xiàn)，比如擠出橡膠管、傳送帶等長(zhǎng)條形產(chǎn)品。
而過(guò)氧化物硫化劑則是這一過(guò)程中的關(guān)鍵角色。它們作為引發(fā)劑，在高溫下分解產(chǎn)生自由基，促使橡膠分子鏈之間形成化學(xué)鍵，從而實(shí)現(xiàn)交聯(lián)。
Arkema 作為全球領(lǐng)先的化工企業(yè)之一，其推出的多種過(guò)氧化物產(chǎn)品（如 Perkadox? 和 Luperox? 系列）廣泛應(yīng)用于橡膠加工中，尤其是在提升抗撕裂性能方面表現(xiàn)突出。
二、為何要提升橡膠的抗撕裂強(qiáng)度？
2.1 抗撕裂強(qiáng)度的重要性
抗撕裂強(qiáng)度是衡量橡膠材料抵抗外部力量撕裂能力的重要指標(biāo)。它直接關(guān)系到產(chǎn)品的使用壽命和安全性。
想象一下：
- 如果輪胎的抗撕裂強(qiáng)度不夠，高速行駛時(shí)可能因路面石子劃傷而爆胎；
- 如果醫(yī)用橡膠手套太脆，使用過(guò)程中容易破裂導(dǎo)致感染風(fēng)險(xiǎn)；
- 如果工業(yè)傳送帶抗撕裂性差，重物壓上就會(huì)“開(kāi)膛破肚”。
所以，提升抗撕裂強(qiáng)度不僅關(guān)乎性能，更是安全與質(zhì)量的保障。
2.2 普通硫化體系 vs 過(guò)氧化物硫化體系
| 特性 | 含硫硫化體系 | 過(guò)氧化物硫化體系 |
|---|---|---|
| 耐熱性 | 中等 | 高 |
| 抗壓縮永久變形 | 一般 | 好 |
| 抗撕裂強(qiáng)度 | 一般 | 高 |
| 臭味 | 有 | 少或無(wú) |
| 成本 | 低 | 相對(duì)高 |
| 應(yīng)用范圍 | 廣泛 | 特種橡膠、食品級(jí)、醫(yī)療級(jí) |
可以看出，過(guò)氧化物硫化體系在抗撕裂性和環(huán)保性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，這也是為什么越來(lái)越多高端橡膠制品開(kāi)始采用該技術(shù)的原因。
三、Arkema 的明星產(chǎn)品介紹
3.1 Perkadox? 系列
Perkadox? 是 Arkema 推出的一系列有機(jī)過(guò)氧化物硫化劑，廣泛用于硅橡膠、氟橡膠和EPDM等特種橡膠中。其主要成分為 雙酰基過(guò)氧化物 和 叔丁基過(guò)氧化物衍生物。
主要特點(diǎn)：
- 分解溫度適中，適合連續(xù)熱空氣硫化；
- 交聯(lián)密度高，提升抗撕裂性能；
- 揮發(fā)性低，操作更安全；
- 可用于食品接觸級(jí)橡膠制品。
典型產(chǎn)品參數(shù)表：
| 產(chǎn)品型號(hào) | 化學(xué)名稱(chēng) | 分解溫度 (℃) | 半衰期時(shí)間 (min) | 推薦用量 (%) |
|---|---|---|---|---|
| Perkadox? BC-40 | 過(guò)氧化二苯甲酰 | 90–110 | 10 @ 100℃ | 0.5–2.0 |
| Perkadox? 14-40 | 過(guò)氧化二月桂酰 | 80–100 | 10 @ 90℃ | 0.5–1.5 |
| Perkadox? 24-40 | 過(guò)氧化二辛酰 | 70–90 | 10 @ 80℃ | 0.5–1.0 |
3.2 Luperox? 系列
Luperox? 是 Arkema 的另一大類(lèi)產(chǎn)品線(xiàn)，主要用于天然橡膠、合成橡膠及熱塑性彈性體中，尤其適用于電線(xiàn)電纜、汽車(chē)密封條等領(lǐng)域。
主要優(yōu)點(diǎn)：
- 高效引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)；
- 提升機(jī)械性能，尤其是抗撕裂強(qiáng)度；
- 減少揮發(fā)性副產(chǎn)物；
- 易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
Luperox? 系列典型產(chǎn)品參數(shù)：
| 產(chǎn)品型號(hào) | 化學(xué)名稱(chēng) | 分解溫度 (℃) | 半衰期時(shí)間 (min) | 推薦用途 |
|---|---|---|---|---|
| Luperox? 101 | 叔丁基過(guò)氧化氫 | 100–120 | 10 @ 110℃ | 天然橡膠、SBR |
| Luperox? 331 | 二異丙苯基過(guò)氧化物 | 120–140 | 10 @ 130℃ | EPDM、硅膠 |
| Luperox? DCBP | 雙(叔丁基過(guò)氧基)二異丙苯 | 130–150 | 10 @ 140℃ | 高溫硫化橡膠 |
四、熱空氣硫化過(guò)氧化物如何提升抗撕裂強(qiáng)度？
4.1 交聯(lián)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
過(guò)氧化物硫化劑在加熱過(guò)程中釋放自由基，引發(fā)橡膠分子鏈之間的交聯(lián)反應(yīng)。相比傳統(tǒng)含硫硫化體系，過(guò)氧化物形成的C-C鍵更加穩(wěn)定，因此交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更致密、更均勻。
這就像給橡膠織了一張“蛛網(wǎng)”，每根絲都牢固相連，外界撕裂力就很難找到突破口。
4.2 減少應(yīng)力集中點(diǎn)
傳統(tǒng)硫化體系中，硫磺形成的多硫鍵容易斷裂，形成應(yīng)力集中點(diǎn)。而過(guò)氧化物形成的單鍵結(jié)構(gòu)則不易斷裂，減少了局部應(yīng)力集中的可能性，從而提高了整體抗撕裂能力。
4.3 改善橡膠表面質(zhì)量
HAV 工藝結(jié)合過(guò)氧化物硫化，還能改善橡膠表面光潔度，減少表面缺陷（如氣泡、裂紋），進(jìn)一步增強(qiáng)其抗撕裂性能。
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4.3 改善橡膠表面質(zhì)量
HAV 工藝結(jié)合過(guò)氧化物硫化，還能改善橡膠表面光潔度，減少表面缺陷（如氣泡、裂紋），進(jìn)一步增強(qiáng)其抗撕裂性能。
五、實(shí)際應(yīng)用案例分析
5.1 汽車(chē)密封條
某國(guó)際知名汽車(chē)零部件廠商在生產(chǎn)門(mén)框密封條時(shí)，采用 Arkema 的 Luperox? 331 作為硫化劑，配合熱空氣硫化工藝，成功將抗撕裂強(qiáng)度從原來(lái)的 25 kN/m 提升至 36 kN/m，提升了 44%！
| 指標(biāo) | 使用前（硫磺體系） | 使用后（Luperox? 331） |
|---|---|---|
| 抗拉強(qiáng)度 | 12 MPa | 15 MPa |
| 抗撕裂強(qiáng)度 | 25 kN/m | 36 kN/m |
| 壓縮永久變形 | 30% | 18% |
5.2 食品級(jí)橡膠管
某食品設(shè)備制造商需要制造耐高溫、無(wú)毒且抗撕裂的橡膠軟管。他們選擇了 Arkema 的 Perkadox? BC-40，并通過(guò)FDA認(rèn)證測(cè)試。
結(jié)果表明，該軟管不僅滿(mǎn)足了食品安全標(biāo)準(zhǔn)，其抗撕裂強(qiáng)度也達(dá)到了 40 kN/m，遠(yuǎn)高于行業(yè)平均水平。
六、選擇合適的過(guò)氧化物硫化劑：幾點(diǎn)建議
-
根據(jù)橡膠種類(lèi)選擇合適產(chǎn)品：
- 硅膠、氟膠：推薦 Perkadox? BC-40 或 Luperox? 331；
- 天然橡膠、SBR：可選用 Luperox? 101；
- EPDM：Luperox? DCBP 效果更佳。
-
注意分解溫度匹配：
- 硫化工藝溫度應(yīng)略高于過(guò)氧化物的半衰期溫度，確保充分分解。
-
控制添加量：
- 通常為橡膠總量的 0.5%～2%，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致過(guò)度交聯(lián)、變脆。
-
輔助添加劑不可忽視：
- 添加適量的抗氧劑、增塑劑、填料（如炭黑、白炭黑）有助于進(jìn)一步提升抗撕裂性能。
七、未來(lái)趨勢(shì)：綠色、高效、智能化
隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格和消費(fèi)者對(duì)高性能材料的需求不斷上升，未來(lái)的橡膠硫化技術(shù)將朝以下方向發(fā)展：
- 綠色硫化劑：開(kāi)發(fā)低VOC、無(wú)鹵素、可降解的新型過(guò)氧化物；
- 智能調(diào)控系統(tǒng)：結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)硫化過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)整；
- 多功能復(fù)合體系：將過(guò)氧化物與其他硫化體系（如輻射硫化）結(jié)合，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。
Arkema 也在積極布局這些領(lǐng)域，推出了多款環(huán)保型過(guò)氧化物產(chǎn)品，并與多家高校和科研機(jī)構(gòu)合作，推動(dòng)橡膠工業(yè)向可持續(xù)發(fā)展邁進(jìn)。??
八、結(jié)語(yǔ)：橡膠也能很“硬核”
誰(shuí)說(shuō)橡膠只能柔軟？有了 Arkema 的熱空氣硫化過(guò)氧化物技術(shù)加持，它也能變得“刀槍不入”。??
從實(shí)驗(yàn)室到工廠車(chē)間，從配方設(shè)計(jì)到成品檢測(cè)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都凝聚著科技的力量。正如那句老話(huà)所說(shuō)：“工欲善其事，必先利其器?！盇rkema 的 Perkadox? 和 Luperox? 正是橡膠工業(yè)手中的利器，助其在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。
如果你正在從事橡膠研發(fā)或生產(chǎn)工作，不妨試試看這些“魔法藥水”吧！說(shuō)不定下一個(gè)爆款橡膠制品，就是你親手打造的！?
參考文獻(xiàn)（部分）
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：
- 張偉, 李強(qiáng). “過(guò)氧化物硫化體系在橡膠中的研究進(jìn)展.”《橡膠工業(yè)》, 2021, 68(4): 34–39.
- 王芳, 劉洋. “熱空氣硫化技術(shù)在橡膠密封制品中的應(yīng)用.”《高分子材料科學(xué)與工程》, 2020, 36(2): 88–92.
- 中國(guó)橡膠工業(yè)協(xié)會(huì). 《橡膠硫化劑技術(shù)手冊(cè)》. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2019.
國(guó)外文獻(xiàn)：
- Legros, P., et al. "Peroxide Crosslinking of Elastomers: Mechanism and Applications." Rubber Chemistry and Technology, 2018, 91(3), 456–472.
- Arkema Technical Data Sheet: Perkadox? and Luperox? Product Range. Arkema S.A., 2023.
- Decker, C. "Free Radical Crosslinking of Polymers by Peroxides." Progress in Polymer Science, 2002, 27(7), 1425–1467.
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