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橡胶硫化改性中的弹性和低温屈挠性能变化

2018/10/11 10:38
导读: 弹性 弹性体弹性是链节之间位置的可逆变化(微布朗运动)所致,而在应用小力发生高弹形变时表现出来。 在塑性状态下的橡胶分子发生位移以后没有回到原来位置的趋势。反之,它们之间的
弹性
        弹性体弹性是链节之间位置的可逆变化(微布朗运动)所致,而在应用小力发生高弹形变时表现出来。
        在塑性状态下的橡胶分子发生位移以后没有回到原来位置的趋势。反之,它们之间的位置倘因交联而相互固定,则发生位移后,它们就趋向于回到原来位置。交联键增加时,高分子或其链节更加牢固地相互连系在一起,而使形变停止之后回到原来位置的趋势亦即弹性体弹性变得更加显著。
方程式2
        如方程式2所示,弹性和交联键密度之间的关系与交联密度和定伸强度之间的关系非常相似。
        方程式2中,W是弹性,p为橡胶密度,R是气体常数,T为绝对温度,M是两个交联键之间橡胶分子的平均分子量。A1、2和λ3是试片在三个坐标上拉伸与未拉伸边缘长度之比。方程式2与方程式1同样表明弹性体弹性主要依赖于交联键数目而与交联键的化学性质无关。
        诚然,方程式2只在一定的交联范围内适用。如果硫化胶严重过硫(为保证使硫化胶具有高弹性而压缩变形又比较低,往往有意稍加过硫,见1.1.3.4节),弹性体弹性就降低。若交联度继续增加,就变成所谓钢弹性(在硬质胶范围内)(见图2)。
        转化为钢弹性意味着高分子被牢固地固定住,以致连微布朗运动实际上都不可能进行。这种固定作用可能是由于过度交联,也可能因分子被低温冷冻,而使“弹性/温度”曲线达到所谓冷冻区域的弹性最低点(见图3)。钢弹性也以低温区域中曲线上升为其特征。
        钢弹性的特点是在链、侧链或交联键内原子间距离可发生变化。它在力学和热力学上是可逆的,而且遵守虎克Hooke)定律。
        然而弹性体弹性虽然在力学上是可逆的,但在热力学上是不可逆的。这是一个伴随着熵变的过程,并因而增加自由能。
        如前所述,塑性形变与此不同,它在力学上和热力学上皆是不可逆的。
低温屈挠性能
        图3表明硫化胶之弹性体弹性随温度降低而下降,如前所述,这种变化一直到达弹性最低点或者二级转化温度而成为钢弹性。在此温度时,硫化胶弹性体弹性消失;在这个温度以上,硫化胶是柔靭的。因此低温屈挠性能与弹性的关系十分密切。硫化胶与硫化胶之间的二级转化温度犹如弹性一样,的确各不相同。在室温下初始弹性比较高的硫化胶直到非常低的温度才冻结,因而其低温屈挠性也比较好。由于硫化程度相当高的硫化胶通常有比较高的弹性,所以低温屈挠性能也是比较好的。

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