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橡胶配方设计与性能的关系

2019-08-08

橡胶配方设计与硫化橡胶物理性能的关系

(一) 拉伸强度

拉伸强度表征硫化橡胶能够抵抗拉伸破坏的极限能力。虽然绝大多数橡胶制品在使用条件下,不会发生比原来长度大几倍的形变,但许多橡胶制品的实际使用寿命与拉伸强度有较好的相关性。

研究高聚物断裂强度的结果表明,大分子的主价健、分子间的作用力(次价健)以及大分子链的柔性、松弛过程等是决定高聚物拉伸强度的内在因素。

下面从各个配合体系来讨论提高拉伸强度的方法。

1. 橡胶结构与拉伸强度的关系

相对分子质量为(3.0~3.5)×105的生胶,对保证较高的拉伸强度有利。

主链上有极性取代基时,会使分子间的作用力增加,拉伸强度也随之提高。例如丁腈橡胶随丙烯腈含量增加,拉伸强度随之增大。

随结晶度提高,分子排列会更加紧密有序,使孔隙和微观缺陷减少,分子间作用力增强,大分子链段运动较为困难,从而使拉伸强度提高。胶套分子链取向后,与分子链平行方向的拉伸强度增加。

2. 硫化体系与拉伸强度的关系

欲获得较高的拉伸强度必须使交联密度适度,即交联剂的用量要适宜。

交联键类型与硫化橡胶拉伸强度的关系,按下列顺序递减:离子键>多硫键>双硫键>单硫键>碳-碳键。拉伸强度随交联键键能增加而减小,因为键能较小的弱键,在应力状态下能起到释放应力的作用,减轻应力集中的程度,使交联网链能均匀地承受较大的应力。

3. 补强填充体系与拉伸强度的关系

补强剂的用量与补强剂的性质、胶套特点以及配方中的其他组分有关:例如炭黑的粒径越小,表面活性越大,达到大的拉伸强度时的用量趋于减少;软质橡胶的炭黑用量在40~60份时,硫化胶的拉伸强度较好。

4. 增塑体系与拉伸强度的关系

总地来说,软化剂用量超过5份时,就会使硫化胶的拉伸强度降低。对非极性的不饱和橡胶(如NR、IR、SBR、BR),芳烃油对其硫化胶的拉伸强度影响较小;石蜡油对它则有不良的影响;环烷油的影响介于两者之间。对不饱和度很低的非极性橡胶如EPDM、IIR,使用不饱和度低的石蜡油和环烷油。对极性不饱和橡胶(如NBR,CR),采用酯类和芳烃油软化剂。

为提高硫化胶的拉伸强度,选用古马隆树脂、苯乙烯-茚树脂、高分子低聚物以及高黏度的油更有利一些。

5. 提高硫化胶拉伸强度的其他方法

(1) 橡胶和某些树脂共混改性 例如NR/PE共混、NBR/PVC共混、EPDM/PP共混等均可提高共混胶的拉伸强度。

(2) 橡胶的化学改性 通过改性剂在橡胶分子之间或橡胶与填料之间生成化学键和吸附键,胶套性能以提高硫化胶的拉伸强度。

(3) 填料表面改性 使用表面活性、偶联剂对填料表面进行处理,胶套材质以改善填料与橡胶大分子间的界面亲和力,不仅有助于填料的分散,而且可以改善硫化胶的力学性能。


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