CA88

1.前言
  管道材料的使用寿命是设计、建设及投资部门十分关切的问题，管线的使用寿命要达到50年以上，显然构成管线的管子及接口密封胶圈的使用寿命则直接关系到管线的使用寿命，否则将会造成投资损失。在这里我们撇开管子的使用寿命问题，依据橡胶制品的机理，探讨管子接口胶圈的使用寿命、自检方法、规模生产优势以资供水界的同仁商榷。
  2.胶圈的制造技术
  2.1原材料
  生产胶圈的原材料主要有生橡胶和配合剂两大类。
  ①. 生橡胶
  生橡胶的品种非常多，性质、价位的差异非常大;作为输送饮用水的管线接口胶圈，其生橡胶一般选用天然橡胶或合成橡胶的比较多。如用于严寒地区或热带地区应考虑使用三元乙丙橡胶。
  ②. 配合剂
  配合剂的品种更多，性质、价位差别更大;同一型号的配合剂进口的要几十万元/吨，低档的国产货几千元/吨就能买到。具体配合的要求，应依据选用的生橡胶及输送流体的性质而定。很多通用的配合剂均适用于各类橡胶，而各类橡胶也有不少专用的配合剂。饮用水管的胶圈还要是无毒无污染的原材料，且应符合涉及饮用水卫生安全产品的卫生标准。
  2.2生产工艺
  对要求使用寿命长的胶圈设计、生产工艺时应尽可能地降低胶料的压缩永久变形、压缩应力松驰;提高胶料的老化系数;提高胶料的耐热、耐寒、耐水性能。这种工艺生产的产品能大大改善胶料的耐磨性、耐热性、耐候性、抗溶胀性和耐老化性等，使胶圈品质大幅度提高。
  3.影响胶圈使用寿命的主要因素
  胶圈的使用寿命主要取决于它的抗老化性能。橡胶是高弹性体，分子结构不饱和，易与空气中的臭氧、氧及其它活性物质发生化学反应，造成橡胶分子链断裂，交联等老化现象，从而使产品失去弹性，导致密封失效。
  橡胶的老化可分为、氧老化、热老化、臭氧老化、光效应老化、变形及应力老化、重金属催化、氧化老化、水解老化、以及霉菌的侵蚀等几大类。
  3.1氧化老化
  ①.氧老化
  氧可使橡胶分子链氧化断裂，破坏橡胶分子的交联结构。氧对橡胶的老化反应首先是氧气在热因素影响下，在橡胶分子的双键及其双键附近发生反应，形成过氧化物。然后过氧化物分解成为橡胶的氧化物，同时放出活性氧，致使橡胶分子断裂。活性氧又与其他橡胶分子化合重新形成过氧化物，这样周而复始地进行连锁反应。由于这种反应，橡胶分子链的断裂降解，使橡胶发粘、变软。另外，在氧化过程中也会使橡胶分子产生活性基，使橡胶分子进行交联，其结果导致橡胶交联密度逐渐增加，橡胶变硬、变脆失去弹性。上述的降解及交联情况在整个氧化过程中都会发生，只不过有的橡胶以断链为主，有的橡胶则以交联占优势，这主要取决于橡胶的类型。其他催化橡胶氧化反应的因素有热、紫外线、重金属离子及机械应力作用等。
  ②.热老化
  热引起上述氧化连锁反应，并加速其进行，它对氧化的影响很大。橡胶制品不论外部受热或因连续变形引起内部升温，对其老化都有影响。一般来讲，温度每升高10℃，氧化速度约增加1倍左右。当温度高达120℃以上时，氧化速度就已相当迅速，如橡胶制品在100℃时的氧化速度至少是20℃时的256倍。因此在常温下橡胶制品可用几年，在100~200℃下，则几个月甚至几天就失去弹性和强度。而在没有氧气的环境下，橡胶制品在200℃的高温下，也能使用较长时间。
  ③.光老化
  光也会加速氧化反应，橡胶吸收光能以后形成活性基，活性基与氧进行氧化反应。因此在光能的作用下橡胶的老化现象也是很明显的。引起橡胶光老化的，主要是波长小于400μm的紫外线。紫外线除加速氧化作用外，还能引起橡胶的异构化，也会直接引起橡胶的断链和交联，引起橡胶制品表面失去弹性或发脆，产生龟裂。所以避免阳光照射，就可以防止龟裂。如使用条件无法避免阳光照射，应在制品中添加能喷到表面的紫外线吸收剂。这一点，对于暴露于野外并有可能直接受到阳光照射的橡胶制品是必须要考虑的，尤其对于烯烃类的普通橡胶则尤为重要。因此，胶圈在使用以前，在贮存，运输等过程中，应最大限度地避免光的照射。
  紫外线以及受热引起的老化，都与氧气的存在有很大的关系，但在氧气不多的土壤中和水中，通常意味着老化进行得极为缓慢。
  3.2 臭氧老化
  臭氧是一种强的氧化剂;臭氧的氧化作用，是橡胶老化的一个相当重要地因素。虽然地球表面层的臭氧量浓度并不高，但对长期伸长、压缩变形条件下的橡胶制品，其老化作用特别明显。臭氧的活性比氧高，它对橡胶的作用大体是先在橡胶的双键外生成臭氧化物，而后分解使橡胶分子断裂，具体表现为橡胶制品表面龟裂。如果不存在伸长、压缩变形等情况，则臭氧化物就发生分解而生成氧化物，造成制品外表出现类似喷霜的现象，又叫做‘泛白’，这一现象一般发生在湿热气候条件下。
  3.3变形及应力老化
  橡胶制品的机械变形或连续曲折变形，能引起橡胶结构物理的和化学的复杂变化，从而改变橡胶的物理机械性能。橡胶受外力的作用能加速其氧化作用，橡胶在多次变形中氧化速度会大大提高。橡胶制品长期在拉伸或压缩应力作用下，产生的拉伸或压缩应力松驰，也是橡胶制品失效的一个十分重要因素。
  3.4化学腐蚀
  化学元素介质能引起橡胶化学结构发生不可逆变化。这类介质包括强氟化剂、无机酸、无机碱、无机盐和卤化物等。硫化胶在腐蚀性能介质中的膨胀是不可逆和不平衡的。化学腐蚀介质是一种多组分体系，每一组分在膨胀聚合物中的扩散速度和含量相差很大。硫化胶在化学腐蚀中会产生交联结构的降解。
  橡胶的耐腐蚀性能主要取决于橡胶的饱和性和取代基性质。具有高度饱和结构、不存在活泼取代基、或活泼部分被稳定均可提高橡胶的耐腐蚀性。分子间力强、分子排列紧密、定向和结晶等也都可提高对腐蚀介质的稳定性。