橡胶配方设计与物理性能的关系描述.doc

橡胶配方设计与性能的关系 橡胶配方设计与硫化橡胶物理性能的关系 拉伸强度 拉伸强度表征硫化橡胶能够抵抗拉伸破坏的极限能力。虽然绝大多数橡胶制品在使用条件下，不会发生比原来长度大几倍的形变，但许多橡胶制品的实际使用寿命与拉伸强度有较好的相关性。如输送带的盖胶、橡胶减震器的持久性都是随着拉伸强度的增加而提高的。 研究高聚物断裂强度的结果表明，大分子的主价健、分子间的作用力（次价健）以及大分子链的柔性、松弛过程等是决定高聚物拉伸强度的内在因素。 下面从各个配合体系来讨论提高拉伸强度的方法。 橡胶结构与拉伸强度的关系 相对分子质量为（3.0~3.5）×105的生胶，对保证较高的拉伸强度有利。 主链上有极性取代基时，会使分子间的作用力增加，拉伸强度也随之提高。例如丁腈橡胶随丙烯腈含量增加，拉伸强度随之增大。随结晶度提高，分子排列会更加紧密有序，使孔隙和微观缺陷减少，分子间作用力增强，大分子链段运动较为困难，从而使拉伸强度提高。橡胶分子链取向后，与分子链平行方向的拉伸强度增加。 分子量较小时，分子间相互作用的次价健就较小。所以在外力大于分子间作用时、就会产生分子间的滑动而使材料破坏。反之分子量大、分子间的作用力增大，胶料的内聚力提高，拉伸时链段不易滑动，那么材料的破坏程度就小。凡影响分子间作用力的其它因素均对拉伸强度有影响。如NR/CR/CSM这些橡胶主链上有结晶性取代基，分子间的价力大大提高，拉伸强度也随着提高。也就是这些橡胶自补强性能好的主要原因之一。一般橡胶随着结晶度提高，拉伸强度增大。 硫化体系与拉伸强度的关系 欲获得较高的拉伸强度必须使交联密度适度，即交联剂的用量要适宜。 交联键类型与硫化橡胶拉伸强度的关系，按下列顺序递减：离子键＞多硫键＞双硫键＞单硫键＞碳-碳键。拉伸强度随交联键键能增加而减小，因为键能较小的弱键，在应力状态下能起到释放应力的作用，减轻应力集中的程度，使交联网链能均匀地承受较大的应力。 随着交联密度的增加，拉伸强度增加，出现最大值后继续增加交联密度，拉伸强度会大幅下降。硫化橡胶的拉伸强度随着交联键能增加而减小。能产生拉伸结晶的天然橡胶，弱键早期断裂，有利于主健的取向结晶，因此会出现较高的拉伸强度。通过硫化体系，采用硫黄硫化，选择并用促进剂，DM/M/D也可以提高拉伸强度，（碳黑补强除外，因为碳黑生热作用）。 补强填充体系与拉伸强度的关系 补强剂的最佳用量与补强剂的性质、胶种以及配方中的其他组分有关：例如炭黑的粒径越小，表面活性越大，达到最大拉伸强度时的用量趋于减少；软质橡胶的炭黑用量在40~60份时，硫化胶的拉伸强度较好。 结晶橡胶的硫化胶，出现单调下降因为是自补强性非结晶橡胶如丁苯随着用量增加补强性能增加、过度使用会有下降趋向。低不饱和橡胶随着用量的增加达到最在值可保持不变。 增塑体系与拉伸强度的关系 总地来说，软化剂用量超过5份时，就会使硫化胶的拉伸强度降低。对非极性的不饱和橡胶（如NR、IR、SBR、BR），芳烃油对其硫化胶的拉伸强度影响较小；石蜡油对它则有不良的影响；环烷油的影响介于两者之间。对不饱和度很低的非极性橡胶如EPDM、IIR，最好使用不饱和度低的石蜡油和环烷油。对极性不饱和橡胶（如NBR，CR），最好采用酯类和芳烃油软化剂。 加入软化剂会降低拉伸强度，但少量加入，一般在开练机7份以下，密练机在5份以下会改善分散，有利于提高拉伸强度。软化剂的不同对拉伸强度降低的程度也不同。一般天然橡胶适用于植物油类。非极性橡胶用芳烃油如SBR/IR/BR. 。如IIR /EPDM用石腊油、环烷油。NBR/CR用DBP/DOP.之类。 提高拉伸强度的其它方法有，用橡胶与树脂共混、橡胶化学改性、填料表面改性（如加桂烷等） 为提高硫化胶的拉伸强度，选用古马隆树脂、苯乙烯-茚树脂、高分子低聚物以及高黏度的油更有利一些。 提高硫化胶拉伸强度的其他方法 橡胶和某些树脂共混改性 例如NR/PE共混、NBR/PVC共混、EPDM/PP共混等均可提高共混胶的拉伸强度。 橡胶的化学改性 通过改性剂在橡胶分子之间或橡胶与填料之间生成化学键和吸附键，以提高硫化胶的拉伸强度。 填料表面改性 使用表面活性、偶联剂对填料表面进行处理，以改善填料与橡胶大分子间的界面亲和力，不仅有助于填料的分散，而且可以改善硫化胶的力学性能。 总结： 橡胶的拉伸强度: 未填充硫化胶:聚氨酯橡胶PU天然橡胶NR/异戊IR氯丁橡胶CR丁基橡胶IIR氯磺化聚乙烯CSM丁晴橡胶NBR/氟橡胶FKM顺丁橡胶BR三元乙丙橡胶EPDM丁苯橡胶SBR丙烯酸酯橡胶ACM氯醇橡胶CO硅橡胶Q 填充硫化胶:聚氨酯橡胶PU聚酯型热塑性弹性体天然橡NR/异戊IRSBS热塑性弹性体丁晴橡胶NBR/氯丁橡胶CR丁苯橡胶SBR/三元乙丙橡胶EPDM/氟橡胶FKM氯磺化聚乙烯C