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橡膠的定伸應力與硬度關系
發(fā)布時間：2025-04-13
硬度與定伸應力均表征材料抵抗變形的能力，或者表征產生一定形變所需要的應力。定伸應力對應于拉伸變形；硬度對應于壓縮變形，也可以說是硫化膠在極低變形下的彈性模量。實際上，硬度是應該同模量、恢復、永久變形等幾個材料參數(shù)相關。硬度與定伸應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脂與環(huán)氧樹脂等并適度交聯(lián)，尼龍、PE、PS、EVA、PVC等塑料都能使剛性增大。NR 中加人補強酚醛樹脂(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?shù)男Ч?/span>定伸應力表征總交聯(lián)密度，它們之間有線性關系。即增加化 學交聯(lián)、大分子物理糾結、填料/橡膠大分子的“相互結合”,都相應增大定伸應力與硬度。交聯(lián)鏈類型影響橡膠應力松弛速度。多硫鍵與離子鍵松弛快，硬度與定伸應力相對低；碳碳鍵松弛慢，剛性相對大。硫化體系決定交聯(lián)密度與交聯(lián)鍵類型，務必細心調控。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劑會比噻唑類、次磺酰胺類有更高的 硬度與定伸應力。DCP等過氧化物，配共硫化劑 HVA-2 、1,2- PBD,增大交聯(lián)密度，就能提高定伸應力；若配以硫磺，定伸應力就下降了。橡膠中加入填料將使剛性增大。就炭黑而論，同用量下，結構性影響******(吸留橡膠效應)。結構性高、粒子小、表面活性大的炭黑，結合橡膠量多，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，就會使定伸應力下降。海泡石等含硅填料，如加入 Si-69、KH-590、二乙醇胺等，政進填料/橡膠的(硫化過程)結合，硬度與定伸應力將顯著增大(伸長率大大下降)。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，強化填料的分散，往往降低定伸應力；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，硬度達到90(邵爾A) 之后，硬度增大就很不明顯了。另外，填料量大，動力消耗大，流動性差，加工困難。對于密封壓力大或要求高硬度的密封件或制品，可以在加工時采用起臨時增塑作用及硫化時參與交聯(lián)反應的軟化劑，例如用齊聚酯(硫化膠有復合醚鏈與鹽鏈交聯(lián)，可用DM、DTDM、DCP等引發(fā)交聯(lián))、白炭黑(75份)充填NBR,當加入齊聚酯0～30份，γ為63s-1,溫度為100℃時的軟化指數(shù)S.I對應為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NBR也有增硬和增大撕裂強度的效果。無疑，這些方法比加大硫用量的方法便于硫化控制，強伸性能好，堅韌不脆又耐老化。要獲得低硬度、低定伸應力，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”也能達到目的，尤其是少用填料、減少總交聯(lián)度及調整交聯(lián)鍵類，例如使用M 、DM, 減少活性劑 Zn0 用量。但關鍵在于選準軟化劑，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/機油并用體系。
