橡胶硫化
1.4 伸长率和永久变形
橡胶的伸长率随交联度的增加而降低。永久变形也 有同样的规律。有硫化返原性的橡胶如天然橡胶和丁 基橡胶,在过硫化以后,由于交联度不断降低,其伸 长率和永久变形又会逐渐增大。
1.5 弹 性
什么是粘性?
F
什么是弹性?
F
发生了不可逆形变,分子间产生滑移。
什么是粘弹性 形变可恢复,主要是键角、键长的变化来实现形变。 ?
2.2 欠硫阶段(又称预硫阶段)
硫化起步与正硫化之间的阶段称为欠硫阶段。在此阶段,由 于交联度较低,橡胶制品应具备的性能大多还不明显。尤其是 此阶段初期,胶料的交联度很低其性能变化甚微,制品没有实 用意义。但是到了此阶段的后期,制品轻微欠硫时,尽管制品 的抗张强度、弹性、伸长率等尚未达到预想水平,但其抗撕裂 性、耐磨性和抗动态裂口性等则优于正硫化胶科。因此,如果 要求后几种性能时,制品可以轻微欠硫。
橡胶弹性和交联度之间的关系
2. 硫化过程的四个阶段
胶料在硫化时,其性能随硫化时间变化而变化的曲线,称为硫化 曲线。从硫化时间影响胶料定伸强度的过程来看,可以将整个硫化时 间分为四个阶段:硫化起步阶段、欠硫阶段、正硫阶段和过硫阶段。
2.1 硫化起步阶段(又称焦烧期 或硫化诱导期)
硫化起步的意思是指硫化时,胶料开始变硬而后,不能 进行热塑性流动那一点的时间。硫化起步阶段即指此点以 前的硫化时间。 在这一阶段内,交联尚未开始,胶料在模型内有良好的流动性。胶 料硫化起步的快慢,直接影响应胶料的焦烧性和操作安全性,这一阶段 的长短取决于所用配合别,特别是促进剂的种类。 用有超速促进剂的胶料,其焦烧期比较短,此时胶料较易发生焦烧, 操作安全性差。在使用迟效性促进剂(如亚硫酰胺)或与少许秋兰姆促进
2.4 过硫阶段
正硫化阶段之后,继续硫化使进入过硫阶段。这一阶段的前期 属于硫化平坦期的一部分。在平坦期中,硫化胶的各项物理机械 性能基本上保持稳定。当过平坦期之后,天然橡胶和丁基橡胶由 于断链多于交联(如图)。
硫化平坦期的长短,不仅表明胶料热稳定性的高低, 而且对硫化工艺的安全操作以及厚制品硫化质量的好坏有 直接影响。
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但对不同的硫化方法和制品,对焦烧时间的长短亦有不同要求。 1. 硫化模压制品时,总是希望有较长的焦烧期,使胶料有充
分时间在模型内进行流动,而不致使制品出现花纹不清晰 或缺胶等缺陷。 2. 在非模型硫化中,则应要求硫化起步应尽可能早一些,这 样使胶料起步快而迅速变硬,有利于防止制品因受热变软 而发生变形。 3. 不过在大多数情况下,仍希望有较长的焦烧时间以保证操 作的安全性。
硫化胶的定伸强度基本上与交联度成比例,对于某一橡胶,当 试验温度和试片形状以及伸长一定时,则定伸强度与Mc成反比, 也就是与交联度成正比。这说明交联度越大,即交联键间链段平 均分子量越小,橡胶越硬。
1.2 硬 度
与定伸强度一样,随交联度的增加,橡胶的 硬度也逐渐增加,测量硬度是在一定形变下进行 的,所以有关定伸强度的上述情况也基本适用于 硬度。
末硫化胶受到较长时间的外力作用时,主要发生 塑性流动,橡胶分子基本上没有回到原来位置的倾向。 橡胶硫化后,交联使分子或链段固定,形变受到网络 的约束,外力作用消除后,分子或链段力图回复原来 沟象和位置,所以硫化后橡胶表现出很大的弹性。交 联度的适当,增加这种可逆的弹性回复表现得更为显 著。
式中w为弹性,ρ为橡胶密度;T为绝对温度,Mc为两个相邻交 联随间橡胶分子的平均分子量;R为气体常数;λ1、 λ2 、 λ3为 试片在三个拉伸方向上的伸长率。
1.3 抗 张 强 度
抗张强度与定伸强度和硬度不同,它不随交联点数目的增加 而不断地上升。例如使用硫黄硫化的橡胶,当交联度达到适当值 后,如若继续硫化,其抗张强度反而下降。在硫黄用量很高的硬 质橡胶中,抗张强度下降后又复上升,一直达到硬质胶水平时为 止。如图所示。
上述现象可解释为:在软质橡胶区,其抗张强度随结合硫(比 例于交联度)的增加而增加。当结合硫继续增加时,对于结晶性橡 应(如天然橡胶),由于结合硫的增多使分子链在拉伸时结晶或取向 受到阻,引起抗张强度下降;对于非结晶性橡胶(丁苯橡胶),则因 交联相当多而又不规则,网状结构容易发生局部应变过度,使单个 链或交联键产生断裂,导致抗张强度下降。当结合硫进一步不断增 加时,交联数和环化结构也不断增加抗张强度又复上升,直至成为 硬质橡胶。
橡胶硫化
1.硫化对橡胶性能的影响
橡胶或胶料在硫化过程中,它的很多性能都要发生变 化,特别是定伸强度、弹性、硬度等的变化很大。硫化后, 橡胶起了质的变化,其物理机械性能与化学性能获得很大 的改善。
1.1 定伸强度
在未硫化时,由于橡胶单个分子间相互没有固定,特 别是在高温下,它们相互之间能或多或少地进行相对自 由运动。受外力作用队橡胶在热力学上大致表现为不可 逆的非牛顿流动,且在其塑性范围内对施加的外力无多 大的反抗作用,定伸强度显得根低。通过硫化,橡胶在 分子间产生交联,且随交联密度的增加,产生一定变形 (如拉伸至原长度的200%或300%)所需的外力就随之
2.3 正硫阶段
在多数情况下,制品在硫化时都必须达到适当的交 联度。达到适当交联度的阶段叫正硫化阶段,即正硫阶 段。在此阶段,硫化胶的各项物理机械性能并非在同一 时间都达到最高,而是分别达到或接近最佳,其综合性 能最好。此阶段所取的温度和时间称为正硫化时间和正
正硫化时间须视制品所要求的性能和制品断面的厚薄而定。 1.着重要求抗撕裂性好的制品,应考虑抗撕强度最高或接近最高值的硫 化时间定为正硫化时间,要求耐磨性高的制品,则可考虑磨耗量小的硫 化时间定为正硫化时间。 2.对于厚制品,在选择正硫化时间时,尚需将“后硫化”考虑进去。所 谓“后硫化”,即是当制品硫化取出以后,由于橡胶导热性差,传热时 间长,制品因散热而降温也就较慢,所以它还可以继续进行硫化的特性, 称为“后硫化”。“后硫化”导致制品的抗张强度和硬度进一步增加, 弹性和其它机械性能降低,制品的使用寿命为之受到损害。所以,制品 越厚,就越应将“后硫化”考虑进去。