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如何控制硫化膠的壓縮永久變形?

如何控制硫化膠的壓縮永久變形?

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  眾所周知,硫化膠的壓縮永久變形是橡膠制品的一項重要物理力學性能指標,它決定著橡膠制品的使用性能和使用壽命。

  壓縮永久變形的決定因素很多,也很復雜,不但取決于生膠,而且還取決于配方和工藝等方面。因此,我們要認真仔細的加以分析和研究,找出其內在因素,才能找出其解決的方法。

  首先取決于生膠的品種,因為生膠是橡膠制品的最主要的原材料,如果沒有生膠,則就成為“無米之炊”了。生膠的品種不同則其結構也不同,結構不同則其性能就不同。

  生膠的分類,有結晶性與非結晶性的;有極性與非極性的;有飽和的與不飽和的;有自補強性的與非自補強性的;有熱塑性的與非熱塑性的等等,總之,結構不同、組成不同、所含基因不同,其性能就不同。

  各種生膠的壓縮永久變形的大小順序:

  一般來說,彈性大的、強度高的、結晶自補強性的生膠,它的變形容易恢復,壓縮永久變形就較小;而結構中側鏈、支鏈多、基因多的,則內阻大,變形后不易恢復,殘留部分變形的則壓縮永久變形較大。如BR、NR、CR、FKM的壓縮永久變形就較小,而TR、IIR、SBR的壓縮永久變形就較大,因為SBR的滯后損失最大,所以它的壓縮永久變形就大。

  其次是含膠率的高低。含膠率高的(60%以上),填料少的,硫化后硫化膠的交聯鍵的空間網狀結構中的空隙大,受力后容易塌陷,壓縮永久變形就較大。含膠率低(30%以下),填料多,硫化后其硫化膠的空間網狀結構的空隙小。受力后挺性大,不易變形,因此其壓縮久變形就較小。含膠率中等的則其壓縮永久變形居中,介于兩者之間。

  以下為膠料的硬度、硫化程度、交聯鍵的類型、炭黑、填料粒子的形狀等。

  膠料的硬度:

  膠料的硬度取決于硫化劑、補強劑、填充劑用量的多少。一般來說,用量多則硫化膠的硬度就高,其壓縮永久變形就小,適全于高硬度的制品;而用量少則硫化膠的硬度就較低,其壓縮永久變形就大,適合于低硬度的制品。應指出的是,硬度高的橡膠制品,其收縮率較小,硬度低的橡膠制品,其收縮率則較大。而85°,以上的高硬度橡膠制品,其收縮率則有所增大。所以在設計配方時應加以考慮。

  而補強劑、填充劑(增硬性的)用量中等(適中)的,則其壓縮永久變形居中。

  膠料的硫化程度:

  膠料的硫化程度決定硫化膠的物理機械性能的高低,也包括壓縮永久變形的大小。一般來說,膠料的硫化程度高,則硫化膠的交聯密度大,硫化膠的網狀結構的空隙小,不容易變形,變形時容易恢復,因此壓縮永久變形就較小;而硫化程度低,則硫化膠的交聯密度小,硫化膠的空間網狀結構的空隙大,受力后容易變形,且伸長率較大,容易變形,不易恢復,因此壓縮永久變形就較大;硫化程度中等,其交聯密度居中,壓縮永久變形則居中。

  硫化膠的交聯鍵的類型:

  我們知道,膠料的硫化體系不同,硫化膠的交聯鍵的結構就不同,交聯鍵的結構不同,其交聯鍵的鍵能和鍵長就不同,它決定硫化膠的物理力學性能,也決定著受力后的壓縮永久變形。一般來說,交聯鍵的鍵能低的、鍵長越長的,受力后容易變形,變形后的恢復也緩慢,壓縮永久變形就較大;交聯鍵的鍵能高的、鍵長越短的,受力后不易變形,變形后的恢復也較快,壓縮永久變形就較小。如多硫鍵(-C-Sx-)的鍵能低(54千卡/摩爾),鍵長(2.04×n,A)大,壓縮永久變形大;而碳碳鍵(-C-C-)的鍵能高(84千卡/摩爾),鍵長短(1.54A),壓縮永久變形就較小。

  下面是不同硫化體系、交聯鍵類型的硫化膠的壓縮永久變形的大?。?/p>

  硫化體系:

  硫黃硫化體系>半有效硫化體系>有效硫化體系>樹脂硫化體系>有機過氧化物硫化體系。

  交聯鍵的類型:

  多硫鍵(-C-Sx-C-)>雙硫鍵(-C-S-S-C-)>單硫鍵(-C-S-C-)>醚鍵(-C-O-C-)>碳一碳鍵(-C-C-)。

  炭黑、填充劑的形狀:

  我們知道,為了使橡膠制品獲得優良的物理力學性能,一般要填加一定量的補強劑,以提高硫化膠的拉伸強度、定伸應力、耐磨性等。另外,為了降低生產成本,還需要加入一些能增加體積的填充劑,以增加容積,降低含膠率。但是,補強劑和填充劑的粒子結構、形態,對硫化膠的物理力學性能,特別是壓縮永久變形起著重要作用。如炭黑粒子表面粗糙度大,表面有許多微小孔隙度,容易與混煉膠形成炭黑凝膠(吸留或包容橡膠),可以提高硫化膠的拉伸強度、定伸應力、硬度、耐磨性能等,其抗壓縮永久變形的能力就大,壓縮永久變形就小。還有,填料的粒子的形態與膠料的相容性好,對硫化膠有某些補強作用,能提高硫化膠的定伸應力,也會降低硫化膠的壓縮永久變形。一般來說,炭黑和填料的粒子形態對硫化膠的壓縮永久變形大小如下:

  針狀、紡錘形(碳酸鎂、陶土、含水硅酸鈣等)>片狀粒子(碳酸鈣、滑石粉、石墨等)>園狀球形(各類炭黑、新工藝炭黑等)。

  所以,在選擇補強劑炭黑和填充劑時,要根據橡膠制品的不同性能要求來加以選用。如壓出制品,可選擇快壓出炭黑(FEF),通用爐黑(CPF)和半補強爐黑(SRF)、硬質陶土(軟質陶土的粒徑大,只能增容,不能補強);耐磨的制品,可選擇高耐磨爐黑(HAF)、白炭黑、硬質陶土等。這樣既使硫化膠具有一定的物理力學性能,又具有較低的壓縮永久變形,可以獲得較好的使用效果,使橡膠制品具有較好的使用性能和使用壽命。

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