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橡胶的各种物性与交联密度的关系

橡胶的各种物性与交联密度的关系

发布日期:2017-09-07 作者: 点击:

在橡胶制品过程中,一般必须测试的物性实验不外乎有:
1、 拉伸强度 2、撕裂强度 3、定伸应力与硬度 4、耐磨性 5、疲劳与疲劳破坏
6、弹性 7、扯断伸长率。
各种橡胶制品都有它特定的使用性能和工艺要求。为了满足它的物性要求需选择最适合的聚合物和配合剂进行合理的设计。首先要了解设计与硫化橡胶物理性能的关系。硫化橡胶的物理性能与的设计有密切关系,中所选用的材料品种、用量不同都会产生性能上的差异。
1、拉伸强度:
是制品能够抵抗拉伸破坏的根限能力。它是橡胶制品一个重要指标之一。许多橡胶制品的寿命都直接与拉伸强度有关。如输送带的盖胶、橡胶减震器的持久性都是随着拉伸强度的增加而提高的。
A:拉伸强度与橡胶的结构有关:
分了量较小时,分子间相互作用的次价健就较小。所以在外力大于分子间作用时、就会产生分子间的滑动而使材料破坏。反之分子量大、分子间的作用力增大,胶料的内聚力提高,拉伸时链段不易滑动,那么材料的破坏程度就小。凡影响分子间作用力的其它因素均对拉伸强度有影响。如NR/CR/CSM这些橡胶主链上有结晶性取代基,分子间的价力大大提高,拉伸强度也随着提高。也就是这些橡胶自补强性能好的主要原因之一。一般橡胶随着结晶度提高,拉伸强度增大。
B:拉伸强度还跟温度有关:高温下拉伸强度远远低于室温下的拉伸强度。
C:拉伸强度跟交联密度有关:
随着交联密度的增加,拉伸强度增加,出现最大值后继续增加交联密度,拉伸强度会大幅下降。硫化橡胶的拉伸强度随着交联键能增加而减小。能产生拉伸结晶的天然橡胶,弱键早期断裂,有利于主健的取向结晶,因此会出现较高的拉伸强度。通过硫化体系,采用硫黄硫化,选择并用促进剂,DM/M/D也可以提高拉伸强度,(碳黑补强除外,因为碳黑生热作用)。
D:拉伸强度与填充剂的关系:
补强剂是影响拉伸强度的重要因素之一,填料的料径越小,比表面积越大、表面活性越大补强性能越好。结晶橡胶的硫化胶,出现单调下降因为是自补强性非结晶橡胶如丁苯随着用量增加补强性能增加、过度使用会有下降趣向。低不和橡胶随着用量的增加达到最在值可保持不变。
E:拉伸强度与软化剂的关系:
加入软化剂会降低拉伸强度,但少量加入,一般在开练机7份以下,密练机在5份以下会改善分散,有利于提高拉伸强度。软化剂的不同对拉伸强度降低的程度也不同。一般天然橡胶适用于植物油类。非极性橡胶用芳烃油如SBR/IR/BR. 。如IIR /EPDM用石腊油、环烷油。NBR/CR用DBP/DOP.之类。
提高拉伸强度的其它方法有,用橡胶与树脂共混、橡胶化学改性、填料表面改性(如加桂烷等)
2、撕裂强度:
橡胶的撕裂是由于材料中的裂纹或裂口受力时迅速扩大开裂而导至破坏现象。
A:撕裂强度与拉伸没有直接关系:在许多情况下撕裂与拉伸是不成正比的。一般
   情况下,结晶橡胶比非结晶橡胶撕裂强高。
B:撕裂强度与温度有关:除了天然橡胶外,高温下撕裂强度均有明显地下降。碳
   黑、白炭黑填充的橡胶其撕裂强度有明显地提高。
C:撕裂强度与硫化体系有关。多硫键有较高的撕裂强度。硫黄用量高撕裂强度
   高。但过多的硫黄用量撕裂强度会显着地降低。使用平坦性较好的促进剂有利
   于提高撕裂强度。
D:撕裂强度与填充体系有关:
各种补强填充如、碳黑、白炭黑、白艳华、氧化锌等,可获较高的撕裂强度。某些桂烷等偶联剂可以提高撕裂强度。通常加入软化剂会使撕裂强度下降。如石腊油会使丁苯胶的撕裂强度极为不利。而芳烃油就变化不大。如CM/NBR用酯类增塑剂比其它软化剂就影响小多了。
3、定伸应力与硬度:
定伸应力与硬度是橡胶材料的刚度重要指标,是硫化胶产生一定形变所需要的力,与较大的拉伸形变有关,两者相关性较好,变化规律基本一至。
橡胶分子量越大,有效交联定伸应力越大。为了得到规定的定伸应力,可对分子量较小的橡胶适当提高交联密度。凡能增加分子间作用力的结构因素。都能提高硫化胶的网洛抵抗变形能力。如CR/NBR/PU/NR等有较高的定伸应力。
定伸应力与交联密度影响极大。不论是纯胶还是补强硫化胶,随着交联密度的增加,定伸应力与硬度也随之直线增加。通常是通过对硫化剂、促进剂、助硫化剂、活性剂等品种的调节来实现的。含硫的促进对提高定伸应力更有显着的效果。多硫健有利于提高定伸应力。填充剂能提高制品的定伸应力、硬度。补强性能越高、硬度越高,定伸应力就越高。定伸应力随着硬度的增加,填充的增加越高。相反软化剂的增加,硬度降低,定伸应力下降。除了增加补强剂外还有并用烷基酚醛树脂硬度可达95度、高苯乙烯树脂。使用树脂RS、促进剂H并用体系硬度可达85度等等。
4、耐磨性:
耐磨耗性能表征是硫化胶抵抗摩察力作用下因表面破坏而使材料损耗的能力。是与橡胶制品使用寿命密切相关的力学性能。
耐磨性的形式有:
A、磨损磨耗:
在摩擦时表面上不平的尖锐的粗糙物不断地切割、乱擦。致使橡胶表面接触点被切割、扯断成微小的颗粒,从橡胶表面脱落下来、形成磨耗。磨耗强度与压力成正比与拉伸强度成反比。随着回弹性提高而下降。
B、疲劳磨耗:
与摩擦面相接触的硫化胶表面,在反复的过程中受周期性的压缩、剪切、拉伸等变形作用,使橡胶表面产生疲劳,并逐渐在其中产生微裂纹。这些裂纹的发展造成材料表面的微观剥落。疲劳磨耗随着橡胶的弹性模量、压力提高而增加,随着拉伸强度的降低而和疲劳性能变差而加大。
C:巻曲磨耗:
橡胶下光滑的表面接触时,由于磨擦力的作用,使硫化胶表面不平的地方发生变形,并被撕裂破坏,成巻的脱落表面。
耐磨性能和硫化胶的主要力学性能有关。在设计时要设法平衡各种性能之间的关系。耐磨性与胶种之间关系最大,一般来讲NBR>BR>SSBR>SBR(EPDM)>NR>IR(IIR)>CR
耐磨性与硫化体系有关,适量地提高交联徎度能提高耐磨性能。单硫健越多耐磨性越好,这就是半有效硫化体系的耐磨性最好的道理。用CZ做第一促进剂的耐磨性能要比其它促进剂好,最佳的补强剂用量会提高一定的耐磨性能。合理地使用软化剂会能最小地降低耐磨性。如天然胶、丁苯胶用芳烃油。
有效地使用防老剂,可防止疲劳老化。提高碳黑的分散性可提高耐磨性能。
使用桂烷表面处理剂改性可大大地提高耐磨性能。
采用橡塑共混来提高耐磨性能,如丁睛与聚氯乙烯并用,所制造的纺织皮结。
用丁睛与三元尼龙并用,丁晴与酚醛树脂并用。
添加固体润滑剂和减磨性材料。如丁睛胶橡胶胶料中添加石墨、二硫化钼、氮化硅、碳纤维,可使硫化胶的磨擦系数降低,提高其耐磨性能。
5:疲劳与疲劳破坏:
硫化胶受到交变应力作用时,材料的结构和性能发生变化的现象叫疲劳。随着疲劳过徎的进行,导至材料破坏的现象叫做疲劳破坏。
A:橡胶结构的影响,玻璃化温度低的橡胶耐疲劳性能好。有极性基团的橡胶耐疲劳性能差。分子内有庞大基团或侧基的橡胶,耐疲劳性能差、结构序列规整的橡胶,容易聚向结晶,耐疲劳性差。
B:橡胶硫化体系影响,单硫健的硫化体系,疲劳性能最小,耐疲劳性能好,增加交联剂的用量会使硫化胶的疲劳性能下降。所以应尽量减少交联剂的用量。
C:填充剂的影响,补强性能越小的填充剂影响越小,填充剂用量越大影响越大,应尽量少用填充剂。
D:软化体系的影响,尽可能选用软化点低的非粘稠性软化剂;软化剂的用量尽可能多一些,相反高粘度软化剂不宜多用,如松焦油的耐疲劳性差,脂类增塑剂的耐疲劳性就好。
6、弹性:
橡胶最宝贵特性是弹性。高弹性源于橡胶分子运动,完全由卷曲分子的构象变化所造成的,除去外力后能立即恢复原状,称理想的弹性体。橡胶分子之间的作用会妨碍分子链段运动,表现出粘性或粘度。所以说橡胶的特性是既有弹性又有粘性。影响弹性的因素有形变大小、作用时间、温度等。橡胶分子间的作用增大,分子链的规整性高时,易产生拉伸结晶,有利于强度提高,显示出高弹性。在通用橡胶中的天然、顺丁胶弹性最好,其次是丁睛、氯丁。丁苯与丁基较差。
A:弹性与交联密度有关:
随着交联密度的增加,硫化胶的弹性增加,并出现最大值,交联密继续增加弹性呈下的趣势。适当地提高流化程度对弹性有利。在高弹性配合中选用硫黄与CZ并用、与促进D并用硫化胶的回弹性较高,滞后损失小。
B:弹性与填充体系有关:
提高含胶率是提高弹性的最直接、最有效的办法,补强性越好的填充对弹性越不利。
C:弹性与软化剂的关系:
软化剂与橡胶的相溶性有关,相溶性越小,弹性越差。如天然、顺丁、丁基加石腊油,优于加环烷油。丁睛加DOP优于使用环烷油、芳烃油。一般来说增塑剂会降低橡胶的弹性,应尽量少用增塑剂。
7:扯断伸长率(延伸率):
A:扯断伸长率与拉伸强度有关:
只有具有较高的拉伸强度,保证其在变形过程中不受破坏,才会有较高的伸长率。一般随着定伸应力和硬度增大则扯断伸长率下降,回弹性大、永久变形小,则扯断伸长率大。不同的橡胶,它的扯断伸长率不同,天然胶它的含胶率在80%以上时它的扯断伸长率可达1000%。在形变时易产生塑性流动的橡胶也会有较高的伸长率。如丁基橡胶。
B:扯断伸长率随着交联密度的提高而降低。制造高定伸制品,硫化程度不宜过高,可以稍欠硫或降低硫化剂用量。增加填充剂的用量会降低扯断伸长率,结构越高的补强剂,扯断伸长率越低,曾加软化剂的用量,可以获较大的扯断伸长。


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