壓縮*變形是橡膠制品的重要性能指標之一。硫化橡膠壓縮*變形的大小,涉及到硫化橡膠的彈性與恢復。有些人往往簡單地認為橡膠的彈性好,其恢復就快,*變形就小。這種理解是不夠的,彈性與恢復是相互關聯的兩種性質。但有時候,橡膠的本質沒有發生根本的變化,*變形的大小主要是受橡膠恢復能力的變化所支配。影響恢復能力的因素有分子之問的作用力(粘性)、網絡結構的變化或破壞、分子問的位移等。當橡膠的變形是由于分子鏈的伸張引起的,它的恢復(或*變形的大小)主要由橡膠的彈性所決定:如果橡膠的變形還伴有網絡的破壞和分子鏈的栩對流動,這部分可以說是不可恢復的,它是與彈性無關的。所以,凡是影響橡膠彈性與恢復的因素,都是影響硫化橡膠壓縮*變形的因素。
有幾個概念,如彈性、打擊彈性(回彈性)、彈性與模量、壓縮*變形、扯斷*變形等,它們之問的關系,不易表述清楚現把我個人的理解提出與大家討論。
彈性——橡膠的彈性應是琿論上的一個概念,它表示橡膠分子鏈段和側基內旋轉的難易程度,或是橡膠分子鏈柔順及分子問作用力的大小。對于硫化橡膠,其彈性還與交聯網絡密度及規整性有關。
彈性與扯斷*變形——我們常說天然橡膠的彈性很好,但它的扯斷*變形往往是很大的,這主要是天然橡膠仲長率很大,仲長過程中造成網絡的破壞及分子鏈的位移很大,斷裂后的恢復歷程長和不可恢復的部分增加。如果以定仲長的*變形作比較,天然橡膠的*變形就不一定很大了。
打擊彈性或回彈性是在定負荷(或定能量)條件下測定的,其彈性的大小與硫化膠的交聯程度或模量有直接的關系,表述的是橡膠彈性和粘性(或吸收)的綜合。
壓縮*變形是在定變形條件下測定的,其值的大小與橡膠的彈性及恢復能力有關。下面談談有關橡膠彈性與恢復的個人認識
一、橡膠的彈性
1.橡膠的種類
彈性取決于橡膠分子鏈的內旋轉難易,分子問作用力的大小。如天然膠、順丁膠、丁基膠、硅橡膠等被認為足彈性好的橡膠。
2.分子量的大小
影響分子鏈的卷曲程度、無用未端的數量。分子量大,彈性較好。
3.共聚橡膠的化學組成及結構
丁苯膠、丁腈膠中隨苯乙烯和丙烯腈含量的增加彈性變差。乙丙橡膠中,丙烯的含量為4O~5O%時彈性,這時形成的共聚物是無規共聚物,如果乙烯含量超過7O%,形成較長的乙烯嵌段,長乙烯嵌段易形成結品而使乙丙膠失去彈性。
二、補強填充劑對硫化膠彈性的影響
非炭黑補強填充劑會損害橡膠的彈性,增大壓縮*變形。這與在應力作用下,橡膠分子在非活性填充劑表面滑動,除去應力以后,又阻礙分子鍵的恢復有關。偶聯荊的應用可以大大地改善非補強填充劑對硫化膠彈性的影響(改善填充荊的分敝性和表面活性)大多文獻資料中都說,隨著炭黑粒徑的增大,硫化膠的彈性增強,但往往忽略了填充量對硫化橡膠彈性的影響。實際上各種橡膠產品都有一定的硬度和強度要求,如單一地
使用低補強性炭黑時,用量需要增大,這樣同樣會損害橡膠的彈性和恢復。在一定變形量的硫化橡膠中,填充的橡膠分子鏈的變形量要比實際變形量大,擴大的數值與填充量成比例。變形量的增大同樣會影響橡膠分子鏈的位移位置和恢復,增大*變形。采用適當地補強劑并用和適當地混合工藝,使混煉膠獲得理想的結構形態,可以得到高彈性的硫化橡膠。
三、軟化荊和增塑荊
軟化荊通常指與橡膠桕容性火是很好的汕類或樹脂,增塑荊指與橡膠桕容性好的油或樹脂。它們既可增加橡膠的彈性(降低分子問的作用力、增加分子鏈柔順性),又可能提高分子鏈的移動性。但是這兩種影響可以通過軟化劑、增塑劑的合理用量和并用,以及適當的加工工藝來調節,使得到彈性良好的硫化橡膠。在某些場合,可以起到特殊的效果。四、硫化橡膠的交聯程度和硫化膠結構
對壓縮*變肜的影響
1.交聯程度的影響
橡膠分子鏈在應力長時問作用下,會發生分子鏈的桕對位移,產生應力松弛,有些情況甚至可以松弛至零,應力除去后,橡膠分子的回復能力降低甚至失去,產生*變形。較高的交聯程度可減少橡膠分子的位移和應力松弛,保持較高的恢復能力、降低壓縮*變形。
2.硫化作用的影響
硫化橡膠的壓縮*變形通常在較高的溫度下進行。未消耗的硫化劑產生的后硫化作用,使變形后的橡膠分子被新形成的交聯鍵所束縛,除去應力后的橡膠分子的恢復受阻,產生較大的*變形。這種后交聯作用與第l點所講的交聯程度是不同的。
3.交聯結構與化學應力松弛
多硫交聯鍵在高溫長時問的氧化作用下,產生交聯鍵的斷裂,致使發生化學應力松弛,分子鏈產生位移。斷裂的交聯鍵在不受力的地方形成新的交聯。這種化學應力松弛所造成的壓縮*變形增大是由于分子鏈位移和分子鏈恢復受阻雙重作用造成的。解決的方法是改變交聯結構和加強抗氧化作用。
五、低溫壓縮*變形(耐寒系數)
影響硫化橡膠的低溫壓縮*變形的囚素依然可以說是彈性與恢復。表現形式是橡膠分子鏈的結品與玻璃化,解決的方法:一是降低橡膠的玻璃化溫度:二是破華橡膠的結品性。對于不同的橡膠品種,所采取得措施足不同,如對于易結品的天然橡膠,可用改性劑或高溫硫化使其產生一定量的反式結構,破壞它的低溫結品性。對于氯丁橡膠、乙丙橡膠,就要選用難結品的品種,同時應用耐寒增塑劑,以降低其玻璃化溫度。對于丁腑橡膠主要足選用耐寒增塑劑降低其玻璃化溫度,有時候可能要采用一些非常規的方法才能達目的。
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