橡胶的配方研究

一、 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致破坏的现象,这是衡量橡胶制品抵抗破坏能力的特性指标之一。

  1、 撕裂强度与橡胶分子结构的关系

  随相对分子质量增加,分子间的作用力增大,相当于分子间形成了物理交联点,因而撕裂强度增大;但当相对分子质量增高到一定程度时,其强度不再增大,逐渐趋于平衡。结晶性橡胶在常温下的撕裂强度比非结晶性橡胶高。

  2、 撕裂强度与硫化体系的关系

  撕裂强度随交联密度增大而增大,但达到最大值后,交联密度再增加,则撕裂强度下降,交联密度比拉伸强度达到最佳值时要低。多硫键具有较高的撕裂强度,故在选用硫化体系时,要尽量使用传统的硫黄-促进剂硫化体系。硫黄用量以2.0~3.0质量份为宜,促进剂选用中等活性、平坦性较好的品种,如 DM、CZ 等。

  3、撕裂强度与填充体系的关系

  随炭黑粒径减小,撕裂强度增加。在粒径相同的情况下,能赋予高伸长率的炭黑,也

  即结构度较低的炭黑对撕裂强度的提高有利。在天然橡胶中增加高耐磨炭黑的用量,可使撕裂强度增大。在丁苯橡胶中增加高耐磨炭黑时,出现最大值,然后逐渐下降。一般合成橡胶使用炭黑补强时,都可明显的提高撕裂强度。一般来说,撕裂强度达到最佳值时所需的炭黑用量,比拉伸强度达到最佳值所需的炭黑用量高。使用各向同性的补强填充剂,如炭黑、白炭黑、白艳华、立德粉和氧化锌等,可获得较高的撕裂强度;而使用各向异性的

  填料,如陶土、碳酸镁等则不能得到高撕裂强度。

  一、 定伸应力和硬度

  定伸应力和硬度都是表征橡胶材料刚性(刚度)的重要指标,两者均表征硫化胶产生一定形变所需要的力。定伸应力与较大的拉伸形变有关,而硬度则与小的压缩形变有关。

  二、 耐磨耗性

  耐磨耗性表征硫化胶抵抗摩擦力作用下因表面破坏而使材料损耗的能力。耐磨耗性是与橡胶制品使用寿命密切相关的力学性能。其影响因素很多。橡胶的磨耗主要有如下三种形式。

  磨损磨耗橡胶在粗糙表面上摩擦时,由于摩擦表面上凸出的尖锐粗糙物不断切割、刮擦,致使橡胶表面局部接触点被切割、扯断成微小的颗粒,从橡胶表面上脱落下来,形成磨损磨耗(又称磨粒磨耗、磨蚀磨耗)。

  疲劳磨耗 与摩擦面相接触的硫化胶表面,在反复的摩擦过程中受周期性压缩、剪切、拉伸等形变作用,使橡胶表面层产生疲劳,并逐渐在其中生成疲劳微裂纹。这些裂纹的发展造成材料表面的微观剥落。

  卷曲磨耗 橡胶与光滑表面接触时,由于摩擦力的作用,使硫化胶表面的微凹凸不平的地方发生变形,并被撕裂破坏,成卷的脱落表面。

  三、 疲劳与疲劳破坏

  硫化胶受到交变应力(或应变)作用时,材料的结构和性能发生变化的现象叫疲劳。随着疲劳过程的进行,导致材料破坏的现象叫疲劳破坏。

  四、 弹性

  影响硫化胶弹性的因素,除形变大小、作用时间、温度等因素外,橡胶分子的结构以及各配合体系均有不同程度的影响。

  1、弹性与橡胶分子结构的关系

  相对分子质量越大,不能承受应力的对弹性没有贡献的游离末端数就越少;另外相对分子质量大,分子链内彼此缠结而导致的“准交联”效应增加。因此,相对分子质量大有利于弹性的提高相对分子质量分布窄的高相对分子质量级分多,对弹性有利;相对分子质量分布宽的,则对弹性不利。分子链的柔顺性越大,弹性越好。橡胶之所以有高弹性,是由于其链运动能够比较迅速地适应所受外力而改变分子链的构象,也即分子链的柔性增大,分子链的形态数增加。

  2、弹性与硫化体系的关系

  随交联密度增加,硫化胶弹性增大,并出现最大值,交联密度继续增大,弹性则呈下降趋势。因为分子链间无交联时,易在力场的作用下产生分子链间的相对滑动,形成不可逆形变,此时弹性较差。适度的交联,可以减少或消除分子链间彼此的滑移,有利于弹性的提高。交联过度又会因分子链的活动受阻,而使弹性下降。因此适当提高硫化程度对弹性有利,也就是说硫化剂和促进剂的用量可适当地增加。

  3、弹性与填充体系的关系

  硫化胶的弹性完全是橡胶分子提供的,所以提高含胶率是提高弹性最直接、最有效的方法。因此为了获得高弹性,应尽量减少填充剂用量而提高生胶含量。

  炭黑粒径越小、表面活性越大、补强性能越好的炭黑,对硫化胶的弹性越是不利。补强性高的活性炭黑对硫化胶的回弹性有不利的影响;随各种炭黑用量增加,回弹性均下降。

  4、软化剂(或增塑剂)对硫化胶弹性的影响

  软化剂的影响与软化剂和橡胶的相容性有关。软化剂与橡胶的相容性越小,硫化胶的弹性越差。

  一般说来,增加软化剂或增塑剂的用量,可使硫化胶的弹性降低(但三元乙丙橡胶是个例外)。所以在高弹性橡胶制品的配方设计中,应尽可能不加或少加软化剂。

  五、 扯断伸长率

  扯断伸长率与某些力学性能有一定的相关性,尤其是和拉伸强度密切相关。只有具有较高的拉伸强度,保证在形变过程中不破坏,才能有较高的伸长率,所以具有较高的拉伸强度是实现高扯断伸长率的必要条件。一般随定伸应力和硬度增大,则扯断伸长率下

  降;回弹性大、永久变形小的,扯断伸长率则大。