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橡胶压缩永久变形、压变的影响因素

嘉峪检测网 2024-11-08 13:51

导读:本文介绍了橡胶压缩永久变形、压变的影响因素。

  压缩永久变形是橡胶制品的重要性能指标之一。硫化橡胶压缩永久变形的大小,涉及到硫化橡胶的弹性与恢复。有些人往往简单地认为橡胶的弹性好,其恢复就快,永久变形就小。这种理解是不够的,弹性与恢复是相互关联的两种性质。但有时候,橡胶的本质没有发生根本的变化,永久变形的大小主要是受橡胶恢复能力的变化所支配。影响恢复能力的因素有分子之问的作用力(粘性)、网络结构的变化或破坏、分子问的位移等。当橡胶的变形是由于分子链的伸张引起的,它的恢复(或永久变形的大小)主要由橡胶的弹性所决定:如果橡胶的变形还伴有网络的破坏和分子链的栩对流动,这部分可以说是不可恢复的,它是与弹性无关的。所以,凡是影响橡胶弹性与恢复的因素,都是影响硫化橡胶压缩永久变形的因素。

 

  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。

 

  首先取决于生胶的品种,因为生胶是橡胶制品的最主要的原材料,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。

 

  橡胶的耐压缩永久变形性能与各变量之间的关系

  

  硫化胶的耐热压缩性能主要决定于橡胶类型、交联键结构和密度,以及试验条件。填充剂、增塑剂、防老剂和其他配合剂的影响较为次之。

 

  各种生胶的压缩永久变形的大小顺序:

 

  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的滞后损失最大,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:

 

  我们知道,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:

 

  我们知道,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。

 

 

来源:Internet

关键词: 橡胶

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