不同处理方式对遇水膨胀橡胶拉伸性能的影响

不同处理方式对遇水膨胀橡胶拉伸性能的影响

林美清

(苏州方正工程技术开发检查有限公司 ,江苏 苏州 215152)

摘 要：拉伸强度、拉断伸长率是遇水膨胀橡胶的重要物理性能，本文通过测定不同的处理方式下拉伸性能的变化来研究不同工作环境对遇水膨胀橡胶拉伸性能的影响。

关键词：遇水膨胀橡胶；拉伸强度；拉断伸长率

遇水膨胀橡胶之所以能用于防水、止水等功能，是利用其吸水后能使体积膨胀的特性。在目前的建设工程中，对于各类嵌缝和各种管道接头的密封需求，均能使用遇水膨胀橡胶得到满足^［1］。遇水膨胀橡胶是将有亲水功能基团的组分与传统橡胶相结合，当遇水膨胀橡胶遇到水分子，能使水分子在渗透、扩散等物理作用下填充到橡胶分子链之间使其扩张，从而使橡胶体积变大。遇水膨胀橡胶的体积在与水分子结合后能膨胀数倍甚至数十倍，同时任保有较好的物理性能，以此保证封堵止水的功能。遇水膨胀橡胶在受外力挤压下任能够保持水，因此能够适应各种接缝在结构变形下产生的不规则的间隙，以起到止水堵漏的作用^［2］。由遇水膨胀橡胶的工作机理可知，其体积膨胀倍率和膨胀力的大小与橡胶分子链的扩张能力密切相关，也就是说与橡胶本身的物理机械性能有关。本文通过检测不同的处理方式下遇水膨胀橡胶拉伸强度、拉断伸长率的变化，来分析遇水膨胀橡胶由于不同工作环境以及随时间老化后其物理机械性能的变化。

1. 试验

   1. 试验样品和主要仪器与设备

本文试验所选用的样品规格为 PZ-400 J-30mm×20mm GB/T 18173.3-2014。所使用的主要仪器与设备有：裁刀，采用 GB/T 528-2009规定的2型哑铃状试样用裁刀；测厚计，扁平圆形压足直径4mm，精度0.01mm；配有伸长计的微机控制电子万能试验机，万能试验机要求测力精度0.5级，伸长计精度要求为1级。

1. 2. 试样制备

为降低试验的不确定度，本文试验对温度与湿度加以控制，进行本次试验的实验室地处北亚热带湿润季风气候区，根据GB/T 2941-2006规定，采用的标准实验室温度为27℃±1℃，相对湿度为65%±5%。试样厚度采用GB/T 2941-2006推荐的2.0mm±0.2mm，对于本文所用的样品，由于不具备上述规定的厚度，在标准实验室温度和湿度下调节24h后采用旋转刀具裁切方法将厚度调整到规定的限度之内。调整过厚度的样品在标准实验室温度和湿度下调节24h后，用2型哑铃状试样用裁刀裁切试样，所有试样的裁切方向均为平行于材料的压延方向。为降低试验的不确定度，每一组试验的试样数量为5个。

对裁切好的试样需测试其未经处理时和经过处理后的拉伸强度和拉断伸长率。对于未经处理时的标准实验室温度和湿度下的试验，因为试样是从经标准实验室温度和湿度调解的试验样品上裁取，无需进一步制备，可直接测其拉伸强度和拉断伸长率。对于需要处理的试件，本文试验采用三种处理方式：处理方法一：将试样在常温（23±5）℃的蒸馏水中浸泡24h/48h/72h/96h/120h/144h/168h，取出后在（70±2）℃下烘干8h，在标准实验室温度和湿度下调节4h后在标准实验室温度和湿度下测其拉伸强度和拉断伸长率；处理方法二：将试样在常温（23±5）℃的蒸馏水中浸泡16h，浸泡完后在（70±2）℃的鼓风干燥箱内烘8h，以一次浸泡和一次烘干为一个处理循环周期，如此进行2/3/4/5/6/7/8个循环周期之后，在标准实验室温度和湿度下调节4h后在同环境下测其拉伸强度和拉断伸长率；处理方法三：将试样在（70±2）℃下老化24h/48h/72h/96h/120h/144h/168h，在标准实验室温度和湿度下调节4h后在同环境下测其拉伸强度和拉断伸长率。

1. 3. 试验方法

拉伸强度、拉断伸长率的测试按GB/T 528-2009的规定进行。

1. 4. 数学模型

遇水膨胀橡胶哑铃状试样拉伸强度 按式（1）计算，以MPa表示：

……………（1）

遇水膨胀橡胶哑铃状试样拉断伸长率 按式（2）计算，以%表示：

……………（2）

式中， ——拉伸强度，MPa；

——最大力，N；

——裁刀狭窄部分的宽度，mm；

——试验长度部分厚度，mm；

——拉断伸长率，%；

——断裂时的试验长度，mm；

——初始试验长度，mm；

1. 5. 试验结果

为了便于直观体现经过处理后的遇水膨胀橡胶拉伸强度和拉断伸长率的变化趋势，本文以未处理的遇水膨胀橡胶伸强度为基准，绘制了经过处理后的遇水膨胀橡胶拉伸强度随处理时间增长或循环次数增加的保持率变化趋势，同时绘制了相应的拉断伸长率变化趋势曲线。详见图1到图6。

2. 结果分析

通过拉伸强度保持率变化趋势图可见，遇水膨胀橡胶加热老化后拉伸强度随老化时间增加而上下波动，但总体趋势趋向不断增大；对于长期浸水和反复浸水的试样，其拉伸强度均随处理时间增加而不断下降，通过比较长期浸水和反复浸水的趋势曲线发现，拉伸强度的降低与浸水时间有明显关系。

相对于拉伸强度，拉断伸长率受处理方式影响较小，未见其有明显增大或减小趋势，其值均在未处理时的拉断伸长率值上下波动。

由此分析，遇水膨胀橡胶体积所能膨胀的倍数受长期浸水处理、反复浸水处理、热老化处理的影响较小，但其所能产生的膨胀力受此影响较大，尤其长期在潮湿的工作环境下，其膨胀力可能不断降低，其防水性能将受到严重影响。

3. 结语

目前遇水膨胀橡胶广泛应用于工程防水处理中，受其使用环境影响，应尽可能提升其物理机械性能，在制备方法方面可以发展更为优异的化学接枝法，在制备材料方面应采用有助于延长其使用寿命的材料，例如可以适当添加防老剂等有助于提高材料性能的物质。

参考文献：

［1］吕百龄，刘登祥，李和平.实用橡胶手册［Ｍ］.北京，化学工业出版社，2010.

［2］冯东东，何培新.共混型吸水膨胀橡胶的研究及应用[J].特种橡胶制品，2001，22(2)：46—50.