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乐通lt118-开炼机:有关影响硫化胶压缩永久变形性能的辨析

发布时间:2018-05-18 21:33:00 点击:    关键词:密炼机,捏炼机,开炼机,橡胶机械

泰州科德橡胶机械-开炼机2018年5月18日讯:众所周知,硫化胶的压缩永久变形是橡胶制品的一项重要物理力学性能指标,它决定着橡胶制品的使用性能和使用寿命。

  压缩永久变形的决定因素很多,也很复杂,不但取决于生胶,而且还取决于配方和工艺等方面。因此,大家要认真仔细的加以分析和研究,找出其内在因素,才能找出其解决的方法。

  首先取决于生胶的品种,因为生胶是橡胶制品的主要的原材料,如果没有生胶,则就成为“无米之炊”了。生胶的品种不同则其结构也不同,结构不同则其性能就不同。

  生胶的分类,有结晶性与非结晶性的;有极性与非极性的;有饱和的与不饱和的;有自补强性的与非自补强性的;有热塑性的与非热塑性的等等,总之,结构不同、组成不同、所含基因不同,其性能就不同。

  下面是各种生胶的压缩永久变形的大小顺序如下:

BR<NR<CR<FKM<NBR<CSM<PV<TR<IIR<SBR(由小到大)

一般来说,弹性大的、强度高的、结晶自补强性的生胶,它的变形容易恢复,压缩永久变形就较小;而结构中侧链、支链多、基因多的,则内阻大,变形后不易恢复,残留部分变形的则压缩永久变形较大。如BR、NR、CR、FKM的压缩永久变形就较小,而TR、IIR、SBR的压缩永久变形就较大,因为SBR的滞后损失大,所以它的压缩永久变形就大。

  其次是含胶率的高低。含胶率高的(60%以上),填料少的,硫化后硫化胶的交联键的空间网状结构中的空隙大,受力后容易塌陷,压缩永久变形就较大。含胶率低(30%以下),填料多,硫化后其硫化胶的空间网状结构的空隙小。受力后挺性大,不易变形,因此其压缩久变形就较小。含胶率中等的则其压缩永久变形居中,介于两者之间。

  以下为胶料的硬度、硫化程度、交联键的类型、炭黑、填料粒子的形状等。

  胶料的硬度:

  胶料的硬度取决于硫化剂、补强剂、填充剂用量的多少。一般来说,用量多则硫化胶的硬度就高,其压缩永久变形就小,适全于高硬度的制品;而用量少则硫化胶的硬度就较低,其压缩永久变形就大,适合于低硬度的制品。应指出的是,硬度高的橡胶制品,其收缩率较小,硬度低的橡胶制品,其收缩率则较大。而85°,以上的高硬度橡胶制品,其收缩率则有所增大。所以在设计配方时应加以考虑。

  而补强剂、填充剂(增硬性的)用量中等(适中)的,则其压缩永久变形居中。

  胶料的硫化程度:

  胶料的硫化程度决定硫化胶的物理机械性能的高低,也包括压缩永久变形的大小。一般来说,胶料的硫化程度高,则硫化胶的交联密度大,硫化胶的网状结构的空隙小,不容易变形,变形时容易恢复,因此压缩永久变形就较小;而硫化程度低,则硫化胶的交联密度小,硫化胶的空间网状结构的空隙大,受力后容易变形,且伸长率较大,容易变形,不易恢复,因此压缩永久变形就较大;硫化程度中等,其交联密度居中,压缩永久变形则居中。

  硫化胶的交联键的类型:

  大家知道,胶料的硫化体系不同,硫化胶的交联键的结构就不同,交联键的结构不同,其交联键的键能和键长就不同,它决定硫化胶的物理力学性能,也决定着受力后的压缩永久变形。一般来说,交联键的键能低的、键长越长的,受力后容易变形,变形后的恢复也缓慢,压缩永久变形就较大;交联键的键能高的、键长越短的,受力后不易变形,变形后的恢复也较快,压缩永久变形就较小。如多硫键(-C-Sx-)的键能低(54千卡/摩尔),键长(2.04×n,A)大,压缩永久变形大;而碳碳键(-C-C-)的键能高(84千卡/摩尔),键长短(1.54A),压缩永久变形就较小。

  下面是不同硫化体系、交联键类型的硫化胶的压缩永久变形的大小:

  硫化体系:

  硫黄硫化体系>半有效硫化体系>有效硫化体系>树脂硫化体系>有机过氧化物硫化体系。

  交联键的类型:

  多硫键(-C-Sx-C-)>双硫键(-C-S-S-C-)>单硫键(-C-S-C-)>醚键(-C-O-C-)>碳一碳键(-C-C-)。

  炭黑、填充剂的形状:

  大家知道,为了使橡胶制品获得优良的物理力学性能,一般要填加一定量的补强剂,以提高硫化胶的拉伸强度、定伸应力、耐磨性等。另外,为了降低生产成本,还需要加入一些能增加体积的填充剂,以增加容积,降低含胶率。但是,补强剂和填充剂的粒子结构、形态,对硫化胶的物理力学性能,特别是压缩永久变形起着重要作用。如炭黑粒子表面粗糙度大,表面有许多微小孔隙度,容易与混炼胶形成炭黑凝胶(吸留或包容橡胶),可以提高硫化胶的拉伸强度、定伸应力、硬度、耐磨性能等,其抗压缩永久变形的能力就大,压缩永久变形就小。还有,填料的粒子的形态与胶料的相容性好,对硫化胶有某些补强作用,能提高硫化胶的定伸应力,也会降低硫化胶的压缩永久变形。一般来说,炭黑和填料的粒子形态对硫化胶的压缩永久变形大小如下:

  针状、纺锤形(碳酸镁、陶土、含水硅酸钙等)>片状粒子(碳酸钙、滑石粉、石墨等)>园状球形(各类炭黑、新工艺炭黑等)。

  所以,在选择补强剂炭黑和填充剂时,要根据橡胶制品的不同性能要求来加以选用。如压出制品,可选择快压出炭黑(FEF),通用炉黑(CPF)和半补强炉黑(SRF)、硬质陶土(软质陶土的粒径大,只能增容,不能补强);耐磨的制品,可选择高耐磨炉黑(HAF)、白炭黑、硬质陶土等。这样既使硫化胶具有一定的物理力学性能,又具有较低的压缩永久变形,可以获得较好的使用效果,使橡胶制品具有较好的使用性能和使用寿命。

 

 

对《如何控制硫化胶的压缩永久变形》一文的有关批评讨论:

看了《如何控制硫化胶的压缩永久变形》一文,不知胶友们有何不同看法,我看后觉得该文在理论和实践上都存在不少谬误,提出几点看法和各位商讨,没有起草稿也非深思熟虑,错漏之处请胶友们指正。

1、把各胶种放在一起比较压变大小和排队是不科学的,也不实际。因为各胶种的试验条件不同,如温度,由23℃变化到200℃(还有低温弾性试验),如果把BR和FKM放在同一条件下进行试验可以吗,比如23℃和200℃?

2、NR的弾性虽然很好,做压变测试时其压变并不是低的。弾性并不是压变的唯一影响因素,只是影响因素之一。NR中的非橡胶成分(约7%的蛋白质、天然树脂、矿物质)在实验时加速了硫化橡胶的蠕变,实验终了时又会防碍分子链的恢复。NR易老化也是影响压度大小的另一个因素,做过实验的都知道NR的压变并不小。

3、弹性大、强度高、能够结晶自补强的橡胶压变小,这又缺乏实践的依据了。如丙烯腈含量50%的丁腈橡胶硫化胶的强度远高于NBR-18;又比如高乙烯基含量(65%)的EPDM强度既高又可结晶自?强,其和乙烯基含量50%左右的EPDM相比,压变大小又如何?还有快结晶和难结晶的CR。

4、SBR的滞后损失大,所以压变大,这又缺乏考虑了!给出资料上的一组橡胶的损失糸数数据:NR为0.05~0.15,SBR为0.15~0.3,CR为0.15~0.3,NBR为0.25~0.4,IIR为0.25~0.4。

5、含?率高硫化?交联键的空间网状结构的空隙大,受力后容易塌陷,压変大。这不知是谁提出的理论,高分子理论中有自由空间的理论,这是由于分子链的热运动或高分子链段和侧基的内旋转引起的,并不存在自由空间塌陷的说法;倒是存在由于填料多且分散不均(存在大团粒),硫化胶受力变形时,产生应力软化的现象,这是由于分子链在填料表面滑移和填料粒子破裂引起的。含胶率和压变并不存在线性关糸,但和填料的性质(表面活性及形态)关系密切。高硬度、低含胶率的硫化橡胶压变较大倒是事实。

6、压变实验时的压缩变形量是一定的。硬度高压永小,硬度低压永大,这可能与材料的压缩模量或柔量搞混了吧!

7、交联密度高→网状结构空间小不容易变形→压变小。从理论上讲这是概念模糊,理论上并没有这种说法,交联密度大小和压变直接的关系是应力松驰速度的快慢。是否容易变是力学上的应力应变即材料的模量问题。

8、键能大小不好与压变直接挂钩,它会影响化学应力松弛(蠕变),在常温或低温测试时,键能影响就不显著了。

说了不少,错漏难免 ,欢迎指正。


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