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橡膠的定伸應(yīng)力與硬度關(guān)系
發(fā)布時(shí)間：2025-04-13
硬度與定伸應(yīng)力均表征材料抵抗變形的能力，或者表征產(chǎn)生一定形變所需要的應(yīng)力。定伸應(yīng)力對(duì)應(yīng)于拉伸變形；硬度對(duì)應(yīng)于壓縮變形，也可以說(shuō)是硫化膠在極低變形下的彈性模量。實(shí)際上，硬度是應(yīng)該同模量、恢復(fù)、永久變形等幾個(gè)材料參數(shù)相關(guān)。硬度與定伸應(yīng)力都作為材料剛性的量度。增大橡膠大分子鏈的剛性與分子間力(為 NBR、CR、PU、ACM、FKM) 的方法是在橡膠中配人酚醛樹(shù)脂與環(huán)氧樹(shù)脂等并適度交聯(lián)，尼龍、PE、PS、EVA、PVC等塑料都能使剛性增大。NR 中加人補(bǔ)強(qiáng)酚醛樹(shù)脂(為Koregorte-5211)5份，硬度(邵爾A) 增22;加入HS- 860(PS)20 份取代NR, 硬度(邵爾A) 升18。增大橡膠的分子量，縮窄分子量分布也有相當(dāng)?shù)男Ч?/span>定伸應(yīng)力表征總交聯(lián)密度，它們之間有線性關(guān)系。即增加化 學(xué)交聯(lián)、大分子物理糾結(jié)、填料/橡膠大分子的“相互結(jié)合”,都相應(yīng)增大定伸應(yīng)力與硬度。交聯(lián)鏈類型影響橡膠應(yīng)力松弛速度。多硫鍵與離子鍵松弛快，硬度與定伸應(yīng)力相對(duì)低；碳碳鍵松弛慢，剛性相對(duì)大。硫化體系決定交聯(lián)密度與交聯(lián)鍵類型，務(wù)必細(xì)心調(diào)控。眾所周知，高硫用量是獲取高硬度的方法之一。此外，采用秋蘭姆類、氨基甲酸鹽類超速促進(jìn)劑會(huì)比噻唑類、次磺酰胺類有更高的 硬度與定伸應(yīng)力。DCP等過(guò)氧化物，配共硫化劑 HVA-2 、1,2- PBD,增大交聯(lián)密度，就能提高定伸應(yīng)力；若配以硫磺，定伸應(yīng)力就下降了。橡膠中加入填料將使剛性增大。就炭黑而論，同用量下，結(jié)構(gòu)性影響******(吸留橡膠效應(yīng))。結(jié)構(gòu)性高、粒子小、表面活性大的炭黑，結(jié)合橡膠量多，剛性就提高。白炭黑粒子小的硬度高，但相比同粒子大小的炭黑而言，如果交聯(lián)不足，就會(huì)使定伸應(yīng)力下降。海泡石等含硅填料，如加入 Si-69、KH-590、二乙醇胺等，政進(jìn)填料/橡膠的(硫化過(guò)程)結(jié)合，硬度與定伸應(yīng)力將顯著增大(伸長(zhǎng)率大大下降)。表4-1顯示加入填料后的硬度(邵爾A) 增大值。值得注意的是，強(qiáng)化填料的分散，往往降低定伸應(yīng)力；甲基丙烯酸的鋅、鎂鹽也常用作橡膠助劑提高硫化膠硬度，橡膠極性越大，鎂鹽的增硬效果越顯著。炭黑用量為85份，硬度達(dá)到90(邵爾A) 之后，硬度增大就很不明顯了。另外，填料量大，動(dòng)力消耗大，流動(dòng)性差，加工困難。對(duì)于密封壓力大或要求高硬度的密封件或制品，可以在加工時(shí)采用起臨時(shí)增塑作用及硫化時(shí)參與交聯(lián)反應(yīng)的軟化劑，例如用齊聚酯(硫化膠有復(fù)合醚鏈與鹽鏈交聯(lián)，可用DM、DTDM、DCP等引發(fā)交聯(lián))、白炭黑(75份)充填NBR,當(dāng)加入齊聚酯0～30份，γ為63s-1,溫度為100℃時(shí)的軟化指數(shù)S.I對(duì)應(yīng)為1.00～0.55,硬度(邵爾A) 則從87升至95。含齊聚酯的0形圈可用于50 MPa壓力下的密封,環(huán)氧樹(shù)脂(配用順丁烯二酸酐等固化劑)用于NBR也可獲得高硬度并利于加工。甲基二異氰酸酯二聚體對(duì)NBR也有增硬和增大撕裂強(qiáng)度的效果。無(wú)疑，這些方法比加大硫用量的方法便于硫化控制，強(qiáng)伸性能好，堅(jiān)韌不脆又耐老化。要獲得低硬度、低定伸應(yīng)力，首先要選用聚降冰片烯、聚己烯(純膠硬度僅為12)等低硬度橡膠，其次，同上述“反其道行之”也能達(dá)到目的，尤其是少用填料、減少總交聯(lián)度及調(diào)整交聯(lián)鍵類，例如使用M 、DM, 減少活性劑 Zn0 用量。但關(guān)鍵在于選準(zhǔn)軟化劑，并且采取多種軟化劑并用。例如，IR 每加入環(huán)烷油10份，硬度(邵爾 A) 大約降6;若采用古馬龍，反而提高定伸應(yīng)力 。制取15或30(即邵爾A) 硬度的CR 膠輥，常采用油膏/錠子油/DBP或油膏/白礦油/機(jī)油并用體系。
