橡膠的各種物性與交聯密度的關系
發布時間：2017-02-27 11:29:46 人瀏覽
來源： 橡膠技術網
在橡膠制品過程中，一般必須測試的物性實驗不外乎有：
1、 拉伸強度 2、撕裂強度 3、定伸應力與硬度 4、耐磨性 5、疲勞與疲勞破壞
6、彈性 7、扯斷伸長率。
各種橡膠制品都有它特定的使用性能和工藝配方要求。為了滿足它的物性要求需選擇最適合的聚合物和配合劑進行合理的配方設計。首先要了解配方設計與硫化橡膠物理性能的關系。硫化橡膠的物理性能與配方的設計有密切關系，配方中所選用的材料品種、用量不同都會產生性能上的差異。
1、拉伸強度：
是制品能夠抵抗拉伸破壞的根限能力。它是橡膠制品一個重要指標之一。許多橡膠制品的壽命都直接與拉伸強度有關。如輸送帶的蓋膠、橡膠減震器的持久性都是隨著拉伸強度的增加而提高的。
A：拉伸強度與橡膠的結構有關：
分了量較小時，分子間相互作用的次價健就較小。所以在外力大于分子間作用時、就會產生分子間的滑動而使材料破壞。反之分子量大、分子間的作用力增大，膠料的內聚力提高，拉伸時鏈段不易滑動，那么材料的破壞程度就小。凡影響分子間作用力的其它因素均對拉伸強度有影響。如NR/CR/CSM這些橡膠主鏈上有結晶性取代基，分子間的價力大大提高，拉伸強度也隨著提高。也就是這些橡膠自補強性能好的主要原因之一。一般橡膠隨著結晶度提高，拉伸強度增大。
B：拉伸強度還跟溫度有關：高溫下拉伸強度遠遠低于室溫下的拉伸強度。
C：拉伸強度跟交聯密度有關：
隨著交聯密度的增加，拉伸強度增加，出現最大值后繼續增加交聯密度，拉伸強度會大幅下降。硫化橡膠的拉伸強度隨著交聯鍵能增加而減小。能產生拉伸結晶的天然橡膠，弱鍵早期斷裂，有利于主健的取向結晶，因此會出現較高的拉伸強度。通過硫化體系，采用硫黃硫化，選擇并用促進劑，DM/M/D也可以提高拉伸強度，（碳黑補強除外，因為碳黑生熱作用）。
D：拉伸強度與填充劑的關系：
補強劑是影響拉伸強度的重要因素之一，填料的料徑越小，比表面積越大、表面活性越大補強性能越好。結晶橡膠的硫化膠，出現單調下降因為是自補強性非結晶橡膠如丁苯隨著用量增加補強性能增加、過度使用會有下降趣向。低不和橡膠隨著用量的增加達到最在值可保持不變。
E：拉伸強度與軟化劑的關系：
加入軟化劑會降低拉伸強度，但少量加入，一般在開練機7份以下，密練機在5份以下會改善分散，有利于提高拉伸強度。軟化劑的不同對拉伸強度降低的程度也不同。一般天然橡膠適用于植物油類。非極性橡膠用芳烴油如SBR/IR/BR. 。如IIR /EPDM用石臘油、環烷油。NBR/CR用DBP/DOP.之類。
提高拉伸強度的其它方法有，用橡膠與樹脂共混、橡膠化學改性、填料表面改性（如加桂烷等）
2、撕裂強度：
橡膠的撕裂是由于材料中的裂紋或裂口受力時迅速擴大開裂而導至破壞現象。
A：撕裂強度與拉伸沒有直接關系：在許多情況下撕裂與拉伸是不成正比的。一般
情況下，結晶橡膠比非結晶橡膠撕裂強高。
B：撕裂強度與溫度有關：除了天然橡膠外，高溫下撕裂強度均有明顯地下降。碳
黑、白炭黑填充的橡膠其撕裂強度有明顯地提高。
C：撕裂強度與硫化體系有關。多硫鍵有較高的撕裂強度。硫黃用量高撕裂強度
高。但過多的硫黃用量撕裂強度會顯著地降低。使用平坦性較好的促進劑有利
于提高撕裂強度。
D：撕裂強度與填充體系有關：
各種補強填充如、碳黑、白炭黑、白艷華、氧化鋅等，可獲較高的撕裂強度。某些桂烷等偶聯劑可以提高撕裂強度。通常加入軟化劑會使撕裂強度下降。如石臘油會使丁苯膠的撕裂強度極為不利。而芳烴油就變化不大。如CM/NBR用酯類增塑劑比其它軟化劑就影響小多了。
3、定伸應力與硬度：
定伸應力與硬度是橡膠材料的剛度重要指標，是硫化膠產生一定形變所需要的力，與較大的拉伸形變有關，兩者相關性較好，變化規律基本一至。
橡膠分子量越大，有效交聯定伸應力越大。為了得到規定的定伸應力，可對分子量較小的橡膠適當提高交聯密度。凡能增加分子間作用力的結構因素。都能提高硫化膠的網洛抵抗變形能力。如CR/NBR/PU/NR等有較高的定伸應力。
定伸應力與交聯密度影響極大。不論是純膠還是補強硫化膠，隨著交聯密度的增加，定伸應力與硬度也隨之直線增加。通常是通過對硫化劑、促進劑、助硫化劑、活性劑等品種的調節來實現的。含硫的促進對提高定伸應力更有顯著的效果。多硫健有利于提高定伸應力。填充劑能提高制品的定伸應力、硬度。補強性能越高、硬度越高，定伸應力就越高。定伸應力隨著硬度的增加，填充的增加越高。相反軟化劑的增加，硬度降低，定伸應力下降。除了增加補強劑外還有并用烷基酚醛樹脂硬度可達95度、高苯乙烯樹脂。使用樹脂RS、促進劑H并用體系硬度可達85度等等。
4、耐磨性：
耐磨耗性能表征是硫化膠抵抗摩察力作用下因表面破壞而使材料損耗的能力。是與橡膠制品使用壽命密切相關的力學性能。
耐磨性的形式有：
A、磨損磨耗：
在摩擦時表面上不平的尖銳的粗糙物不斷地切割、亂擦。致使橡膠表面接觸點被切割、扯斷成微小的顆粒，從橡膠表面脫落下來、形成磨耗。磨耗強度與壓力成正比與拉伸強度成反比。隨著回彈性提高而下降。
B、疲勞磨耗：
與摩擦面相接觸的硫化膠表面，在反復的過程中受周期性的壓縮、剪切、拉伸等變形作用，使橡膠表面產生疲勞，并逐漸在其中產生微裂紋。這些裂紋的發展造成材料表面的微觀剝落。疲勞磨耗隨著橡膠的彈性模量、壓力提高而增加，隨著拉伸強度的降低而和疲勞性能變差而加大。
C：巻曲磨耗：
橡膠下光滑的表面接觸時，由于磨擦力的作用，使硫化膠表面不平的地方發生變形，并被撕裂破壞，成巻的脫落表面。
耐磨性能和硫化膠的主要力學性能有關。在設計配方時要設法平衡各種性能之間的關系。耐磨性與膠種之間關系最大，一般來講NBR>BR>SSBR>SBR（EPDM）>NR>IR（IIR）>CR
耐磨性與硫化體系有關，適量地提高交聯徎度能提高耐磨性能。單硫健越多耐磨性越好，這就是半有效硫化體系的耐磨性最好的道理。用CZ做第一促進劑的耐磨性能要比其它促進劑好，最佳的補強劑用量會提高一定的耐磨性能。合理地使用軟化劑會能最小地降低耐磨性。如天然膠、丁苯膠用芳烴油。
有效地使用防老劑，可防止疲勞老化。提高碳黑的分散性可提高耐磨性能。
使用桂烷表面處理劑改性可大大地提高耐磨性能。
采用橡塑共混來提高耐磨性能，如丁睛與聚氯乙烯并用，所制造的紡織皮結。
用丁睛與三元尼龍并用，丁晴與酚醛樹脂并用。
添加固體潤滑劑和減磨性材料。如丁睛膠橡膠膠料中添加石墨、二硫化鉬、氮化硅、碳纖維，可使硫化膠的磨擦系數降低，提高其耐磨性能。
5：疲勞與疲勞破壞：
硫化膠受到交變應力作用時，材料的結構和性能發生變化的現象叫疲勞。隨著疲勞過徎的進行，導至材料破壞的現象叫做疲勞破壞。
A：橡膠結構的影響，玻璃化溫度低的橡膠耐疲勞性能好。有極性基團的橡膠耐疲勞性能差。分子內有龐大基團或側基的橡膠，耐疲勞性能差、結構序列規整的橡膠，容易聚向結晶，耐疲勞性差。
B：橡膠硫化體系影響，單硫健的硫化體系，疲勞性能最小，耐疲勞性能好，增加交聯劑的用量會使硫化膠的疲勞性能下降。所以應盡量減少交聯劑的用量。
C：填充劑的影響，補強性能越小的填充劑影響越小，填充劑用量越大影響越大，應盡量少用填充劑。
D：軟化體系的影響，盡可能選用軟化點低的非粘稠性軟化劑；軟化劑的用量盡可能多一些，相反高粘度軟化劑不宜多用，如松焦油的耐疲勞性差，脂類增塑劑的耐疲勞性就好。
6、彈性：
橡膠最寶貴特性是彈性。高彈性源于橡膠分子運動，完全由卷曲分子的構象變化所造成的，除去外力后能立即恢復原狀，稱理想的彈性體。橡膠分子之間的作用會妨礙分子鏈段運動，表現出粘性或粘度。所以說橡膠的特性是既有彈性又有粘性。影響彈性的因素有形變大小、作用時間、溫度等。橡膠分子間的作用增大，分子鏈的規整性高時，易產生拉伸結晶，有利于強度提高，顯示出高彈性。在通用橡膠中的天然、順丁膠彈性最好，其次是丁睛、氯丁。丁苯與丁基較差。
A：彈性與交聯密度有關：
隨著交聯密度的增加，硫化膠的彈性增加，并出現最大值，交聯密繼續增加彈性呈下的趣勢。適當地提高流化程度對彈性有利。在高彈性配合中選用硫黃與CZ并用、與促進D并用硫化膠的回彈性較高，滯后損失小。
B：彈性與填充體系有關：
提高含膠率是提高彈性的最直接、最有效的辦法，補強性越好的填充對彈性越不利。
C：彈性與軟化劑的關系：
軟化劑與橡膠的相溶性有關，相溶性越小，彈性越差。如天然、順丁、丁基加石臘油，優于加環烷油。丁睛加DOP優于使用環烷油、芳烴油。一般來說增塑劑會降低橡膠的彈性，應盡量少用增塑劑。
7：扯斷伸長率（延伸率）：
A：扯斷伸長率與拉伸強度有關：
只有具有較高的拉伸強度，保證其在變形過程中不受破壞，才會有較高的伸長率。一般隨著定伸應力和硬度增大則扯斷伸長率下降，回彈性大、永久變形小，則扯斷伸長率大。不同的橡膠，它的扯斷伸長率不同，天然膠它的含膠率在80%以上時它的扯斷伸長率可達1000%。在形變時易產生塑性流動的橡膠也會有較高的伸長率。如丁基橡膠。
B：扯斷伸長率隨著交聯密度的提高而降低。制造高定伸制品，硫化程度不宜過高，可以稍欠硫或降低硫化劑用量。增加填充劑的用量會降低扯斷伸長率，結構越高的補強劑，扯斷伸長率越低，曾加軟化劑的用量，可以獲較大的扯斷伸長。
轉自：橡膠技術網，橡膠行業門戶網站！
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