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橡胶硫化改性中定伸强度和硬度变化

2018/10/09 11:29
导读: 概要 根据定义,橡胶弹性物转化为弹性体弹性物的过程叫做硫化。硫化过程给弹性体弹性物的性质以决定性影响。特别是定伸强度、硬度、弹性、抗溶胀性等,在硫化过程中有相当大的变化。
概要
根据定义,橡胶弹性物转化为弹性体弹性物的过程叫做硫化。硫化过程给弹性体弹性物的性质以决定性影响。特别是定伸强度、硬度、弹性、抗溶胀性等,在硫化过程中有相当大的变化。这一变化的大小与加入橡胶中产生硫化作用之硫化助剂的选择和硫化条件有关。其他性质如抗张强度、气密性、低温屈挠以及电绝缘性能,在硫化程度变化时变化比较小。为使橡胶产品尽可能有最好的性能(这种性能根据实际使用而异),总是需要最适当的硫化助剂配合和最适当的硫化条件,尽管经济上的考虑也是必要的。下面将讨论与橡胶交联程度有关的一些最重要的性能。
1.定伸强度
由于橡胶单个分子之间相互没有固定,特别在高温下,它们内部相互之间就能或多或少地进行相对的自由运动(大量的布朗运动):橡胶本质是塑性的。橡胶在力学和热力学上表现为不可逆的牛顿流动,而且在其塑性范围内对施加的外力并无多大的反抗作用,定伸强度非常小。
由于硫化交联而结合在一起的单个大分子越多,产生一定形变(如拉伸至原来长度的300%)时所需要的力就越大,硫化胶也就越硬。使物质形变所需的力常称之为“模数”然而因为这一模数和弹性模数并不一样,所以为了避免引起混乱,一般不用这种表示方法,而采用“定伸强度”代替之。
仍然常用的另一个词是“模数特性”,它表示硫化时间对硫化胶在一定伸长下(如300%伸长)抗张应力(模数)的影响。其实,用“定伸强度特性”的说法是比较好的。
硫化胶的定伸强度基本上与交联键数亦即与“硫化度或交联度”成比例。定伸强度和交联度之间的关系可用方程式1表示:
方程式1:
定伸强度=f(交联密度)
该方程式中f是产生一定伸长比λ所需要的力,ρ是橡胶的密度,R是气体常数,T是绝对温度,A0为试片未拉伸时的横断面积,Mc是两个交联键之间橡胶分子的平均分子量。
在固定的密度、试验温度、试片形状和伸长之下,根据方程式1,伸长比为λ时的抗张应力f与两个交联键之间橡胶分子的分子量成反比,也就是与交联数成正比。因此,网络越密,交联键间的分子链段越短,定伸强度也就越高。
定伸强度与高分子的化学结构和交联键的性质基本上没有关系。
作为伸长比入函数的抗张应力可以根据单位体积中的网络链数v按方程式1a计算出来:
方程式1a
这一经典公式首先由库恩(Kuhn)、沃尔(Wall)、詹姆斯(James)和古斯(Guth)、特雷洛尔(Treloar)以及弗洛里(Flory)与雷纳(Rehner)提出的。
2.硬度
随交联度的上升,与定伸强度一样,硬度也逐渐增加,并达到钢弹性状态,材料变为硬质胶。这是因为硬度和定伸强度是以同样方式进行度量的。定伸强度是由测定产生一定形变所需要的力确定的,而测定硬度时也要用针或球产生一个固定的形变,形变所需要的力通过弹簧秤指示出来。所以上面所说的关于定伸强度的一些情况也基本上适用于硬度。

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