橡膠混煉膠性能指標分析

一.拉伸強度
拉伸強度表征制品能夠抵抗拉伸破壞的極限能力
· 橡膠的拉伸強度:
未填充硫化膠:聚氨酯橡膠PUR>天然橡膠NR/異戊IR>氯丁橡膠CR>丁基橡膠IIR>氯磺化聚乙烯CSM>丁晴橡膠NBR/氟橡膠FKM>順丁橡膠BR>三元乙丙橡膠EPDM>丁苯橡膠SBR>丙烯酸酯橡膠ACM>氯醇橡膠CO>硅橡膠Q

填充硫化膠:聚氨酯橡膠PUR>聚酯型熱塑性彈性體>天然橡膠NR/異戊IR>SBS熱塑性彈性體>丁晴橡膠NBR/氯丁橡膠CR>丁苯橡膠SBR/三元乙丙橡膠EPDM/氟橡膠FKM>氯磺化聚乙烯CSM>丁基橡膠IIR>順丁橡膠BR/氯醇橡膠CO>丙烯酸酯橡膠ACM>硅橡膠Q


在快速形變下,橡膠的拉伸強度比慢速形變時高;高溫下測試的拉伸強度,遠遠低與室溫下的拉伸強度.

· 硫化體系的影響
對常用的軟質(zhì)硫化膠而言,欲通過硫化體系提高拉伸強度時,應(yīng)采用硫磺-促進劑的傳統(tǒng)硫化體系,并適當提高硫磺用量.同時促進劑選用噻唑類如M,DM與胍類并用,并適當增加用量.


· 填充體系的影響
*填料的粒徑越小,比表面積越大,表面活性越大,則補強效果越好.
*結(jié)晶型(如天然橡膠)為基礎(chǔ)的硫化膠,拉伸強度隨填充劑用量增大,可出現(xiàn)單調(diào)下降.
*非結(jié)晶型(如丁苯橡膠)為基礎(chǔ)的硫化膠,拉伸強度隨填充劑用量增大而增大,達到*大值,然后下降.
*低不飽和度橡膠(如三元乙丙橡膠,丁基橡膠)為基礎(chǔ)的硫化膠,拉伸強度隨填充劑用量增大而增大,達到*大值后可以保持不變.
*對熱塑型彈性體而言,填充劑使其拉伸強度降低.
*一般情況下,軟質(zhì)橡膠的碳黑用量在40-60份時,硫化膠的拉伸性能比較好.

· 軟化體系的影響
總的來說,加入軟化劑會降低硫化橡膠的拉伸強度.但軟化劑數(shù)量不超過5份時,硫化橡膠的拉伸強度有可能增大.因為含有少量軟化劑,可以使碳黑的分散效果好.

*芳氫油對非極性的不飽和橡膠(異戊橡膠,順丁橡膠,丁苯橡膠)硫化膠的拉伸強度影響小.用量5-15份
*石蠟油對非極性的不飽和橡膠(異戊橡膠,順丁橡膠,丁苯橡膠)硫化膠的拉伸強度影響大.
*對極性的不飽和橡膠(如丁晴橡膠,氯丁橡膠),*好采用芳氫油和酯類軟化劑(如DBP,DOP等)
· 提高硫化膠拉伸強度的其他方法:
*橡膠和某些樹脂共混;如天然膠,丁苯橡膠和高苯乙烯樹脂共混.天然膠和聚乙烯共混.丁晴橡膠和聚氯乙烯共混,乙丙橡膠與聚丙烯共混.
*橡膠的化學(xué)改性.
*填料的改性==>使用表面活性劑或偶聯(lián)劑.

二.撕裂強度
是由于材料中的裂紋或裂口受力時迅速擴大開裂而導(dǎo)致破壞的現(xiàn)象.

· 各種橡膠(硫化膠)的撕裂強度:
天然橡膠NR>聚酯型熱塑性彈性體>異戊橡膠IR>聚氨酯橡膠PUR>氯醇橡膠CO>丁晴橡膠NBR>丁基橡膠IIR>氯丁橡膠CR>氯磺化聚乙烯CSM>SBS熱塑性彈性體>順丁橡膠BR>丁苯橡膠SBR>三元乙丙橡膠EPDM>氟橡膠FKM>硅橡膠Q>丙烯酸酯橡膠ACM


· 撕裂強度和硫化體系的關(guān)系:
*撕裂強度和交聯(lián)密度的關(guān)系有一個極大值,一般隨交聯(lián)密度的增加,撕裂強度增大,并出現(xiàn)一個極大值;然后隨交聯(lián)密度的增加,撕裂強度急劇下降.和拉伸強度類似，但*佳撕裂強度的交聯(lián)密度不拉伸強度達到*佳值的交聯(lián)密度要低。

*應(yīng)采用硫磺-促進劑的傳統(tǒng)硫化體系,硫磺用量2.0-3.0份.
*促進劑選用中等活性,平坦性好的品種,如DM,CZ等; 過硫影響大.
*在天然橡膠中,如果用有效硫化體系代替普通硫化體系時,撕裂強度明顯降低.但過硫影響不大.

· 撕裂強度和填充體系的關(guān)系:
*隨碳黑粒徑的減小，撕裂強度增加。
*結(jié)構(gòu)度低的碳黑對撕裂強度的提高有利。
*在天然橡膠中增加高耐磨碳黑的用量，可以使撕裂強度增大。
*在丁苯橡膠中增加高耐磨碳黑的用量（60-70份），出現(xiàn)*大值，然后逐漸下降。
*一般合成橡膠特別是丁基橡膠，使用碳黑補強時，都可以明顯的提高撕裂強度。
*使用各向同性的補強填充劑，如碳黑，白碳黑，白艷華，立德粉和氧化鋅等，可以獲得較高的撕裂強度。
*而使用各向異性的補強填充劑，如陶土，碳酸鎂等則不能獲得較高的撕裂強度。
*某些偶聯(lián)劑改性的無機填料，如用羧化聚丁二烯CPB改性的碳酸鈣，氫氧化鋁，也能提高丁苯橡膠的撕裂強度。

軟化體系對撕裂強度的影響
*通常加入軟化劑會使硫化膠的撕裂強度降低，尤其是石蠟油對丁苯橡膠硫化膠的撕裂強度極為不利。而芳氫油則可以保證丁苯橡膠硫化膠的撕裂強度。
*采用石油系軟化劑作為丁晴橡膠和氯丁橡膠的軟化劑時，應(yīng)使用芳氫含量高于50-60%的高芳氫油，而不能使用石蠟油。

三.定伸應(yīng)力和硬度

高定伸應(yīng)力橡膠:氯丁橡膠,丁晴橡膠,聚氨酯橡膠,結(jié)晶型橡膠如天然橡膠等.

·
*不論是純膠硫化還是填充硫化膠,隨交聯(lián)密度增加,定伸應(yīng)力和硬度也隨之直線上升.
交聯(lián)密度的大小通常是通過調(diào)整硫化體系中的硫化劑,促進劑,助硫化劑,活性劑等配合劑的品種和用量類實現(xiàn).

有的促進劑只有一種功能,有的促進劑具有多種功能;如秋蘭姆類,胍類和次磺酰胺類促進劑的活性很高.其硫化膠的定伸應(yīng)力也比較高.
TMTD具有多種功能,兼有活化,促進及硫化作用,因此TMTD可以有效的提高定伸應(yīng)力.

在配方設(shè)計中,為了保持硫化膠定伸應(yīng)力恒定不變,需要減少多硫鍵含量而減少硫磺用量時,應(yīng)當增加促進劑用量.使硫磺用量和促進劑用量之積(硫磺數(shù)量*促進劑用量)保持恒定.


· 填充體系和定伸應(yīng)力的關(guān)系:
*不同類型的填料對硫化膠定伸應(yīng)力和硬度的影響是不同的:粒徑小,活性大的填料,硫化膠定伸應(yīng)力和硬度提高的幅度較大.隨填料用量的增加,定伸應(yīng)力和硬度也隨之增大.

*結(jié)構(gòu)性高的碳黑其定伸應(yīng)力也高.
*一般來說,硫化膠的硬度隨填料用量的增加而增大.

四.磨耗
耐磨耗性表征硫化膠抵抗摩擦力作用下因表面破壞而使材料損耗的能力.
橡膠的磨耗主要以下三種形式:
1.磨損磨耗
2.疲勞磨耗
3.卷曲磨耗
硫化膠的耐磨耗性與拉伸強度,定伸應(yīng)力,撕裂強度,疲勞性能以及粘彈性能有關(guān).
定伸應(yīng)力對不同類型的磨耗有不同的影響.定伸應(yīng)力高時,摩擦表面上的凸它壓入橡膠深度小,抗變形能力強,摩擦系數(shù)小,而且橡膠表面剛性大,不易打皺而引起卷曲,對磨損磨耗和卷曲磨耗有利.
提高硫化膠的彈性,耐磨耗性也會隨之提高.

· 膠種的影響:
*在通用的二烯類橡膠中,其硫化膠的耐磨耗性如下:
*順丁橡膠>溶聚丁苯橡膠>乳聚丁苯橡膠>天然橡膠>異戊橡膠
順丁橡膠硫化膠的耐磨耗性隨順式鏈節(jié)(1,4結(jié)構(gòu))含量的增加而提高

*丁苯橡膠彈性,拉伸強度,撕裂強度都不如天然橡膠,但卻優(yōu)于天然橡膠.
丁苯橡膠耐磨耗性隨分子量的增加而提高.

丁晴橡膠硫化膠的耐磨耗性比異戊橡膠好,其耐磨性隨丙烯晴含量增加而提高.羧基丁晴膠耐磨耗性好.

乙丙橡膠硫化膠的耐磨耗性,和丁苯橡膠相當,隨生膠門尼粘度的提高,其耐磨耗性也隨之提高.

丁基橡膠硫化膠的耐磨耗性,在20度時和異戊橡膠相近;但當溫度升至100度時,耐磨耗性急劇降低.丁基橡膠采用高溫混煉時,硫化膠的耐磨耗性顯著提高.


以氯磺化聚乙烯為基礎(chǔ)的硫化膠,具有較高的耐磨耗性,高溫下的耐磨耗也好.

丙烯酸酯橡膠為基礎(chǔ)的硫化膠,比丁晴橡膠硫化膠稍微差一點

聚氨酯橡膠是所有橡膠中在常溫下耐磨耗性*好的一種.在高溫下耐磨耗性急劇下降.

膠種: 磨耗量/MG

PUR 0.5-3.5
NBR 44
CR: 280
NR 146
SBR 177
IIR 205

· 硫化體系和耐磨耗性的關(guān)系
硫化膠的耐磨耗性隨硫化劑用量增大有一個*大值,耐磨耗性達到*佳狀態(tài)時的*佳硫化程度,隨碳黑用量增大及結(jié)構(gòu)性提高而降低.

一般硫磺+促進劑CZ體系的耐磨耗性比較好.
以DTDM+硫磺(低于1.0份)+促進劑NOBS體系硫化膠耐磨耗性和其他力學(xué)性能比較好
以硫磺+CZ(主促進劑)+TMTD+DM+D(副促進劑)硫化天然膠時,硫磺用量1.8-2.5份.
以順丁膠為主的膠料,硫磺用量為1.5-1.8份.

· 填充體系和耐磨耗性的關(guān)系
通常硫化膠的耐磨耗性隨碳黑粒徑減小，表面活性和分散性的增加而提高。
在EPDM 膠料中添加50質(zhì)量份的SAF 和ISAF碳黑的硫化膠，其耐磨耗性比填充等量FEF碳黑的耐磨性提高一倍。
各種橡膠的*佳填充量：BR》充油SBR》不充油SBR》IR》NR

用硅烷偶聯(lián)劑處理的白碳黑也可以提高硫化膠的耐磨耗性。

· 軟化劑對硫化橡膠耐磨耗性的影響
通常在膠料中加入軟化劑能降低硫化膠的耐磨耗性。
充油丁苯橡膠（SBR-1712）的硫化膠耐磨耗性比SBR-1500高1-2倍。
總的來說，在天然橡膠中和丁苯橡膠中采用芳徑油，對耐磨耗的損失較小。

· 耐磨耗性與防護體系的關(guān)系

在疲勞磨耗的條件下，膠料中添加防老劑可以提高硫化膠的耐磨耗性。
防老劑*好選用能防止疲勞老化的品種，具有優(yōu)異的防臭老化的對苯二胺類防老劑，尤其是1019NA，效果突出。防老劑H，DPPD也有防止疲勞老化的效果，但因為噴霜限制其使用。

防老劑D對NR也有防止疲勞老化的效果。但對SBR無效。
在SBR中，防老劑IPPO對其疲勞老化有防護效果。
除N010NA 外，UOP588（6PPD），DTPD，DPPD/H等也均有一定的防止疲勞老化的效果。

五.彈性
在通用橡膠中,順丁橡膠，天然橡膠的彈性*好.
為降低天然橡膠的結(jié)晶能力,在天然橡膠中并用順丁橡膠,可以使硫化膠的彈性增加.
· 彈性和硫化體系的關(guān)系
隨交聯(lián)密度的增加,硫化膠彈性增大,并出現(xiàn)*大值,交聯(lián)密度繼續(xù)增大,彈性則呈下降趨勢.適當提高硫化程度對彈性有利,也就是說硫化劑和促進劑的用量可以適當增加.

高彈性硫化體系的配合.選用硫磺+次磺酰胺例如S:CZ=2:1.5或硫磺/胍類S:DOTG=4:1.0

· 彈性和填充體系的關(guān)系
橡膠的彈性完全是橡膠分子提供的,所以提高含膠率是提供高彈性的*直接*有效的方法.但為了降低成本,還要選用適當?shù)奶盍?
碳黑粒徑越小,表面活性越大,補強性能越好的碳黑,對硫化膠的彈性越不利.