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影響橡膠性能因素有哪些
閱讀：5985發(fā)布時(shí)間：2022-9-8
橡膠是高分子材料的一種，高彈態(tài)是橡膠的特性，生膠，即尚未被交聯(lián)的橡膠低溫下變硬，高溫下變軟，沒(méi)有保持形狀的能力且力學(xué)性能較低，基本無(wú)使用價(jià)值，必須經(jīng)過(guò)硫化才具有使用價(jià)值。
生膠或混煉膠的黏度，可用來(lái)表征半成品在硫化前的成型性能，它影響生產(chǎn)效率和成品質(zhì)量，適宜的黏度對(duì)膠料混煉、壓延、壓出、硫化等工藝至關(guān)重要。
影響橡膠性能因素有哪些
1、焦燒時(shí)間
焦燒時(shí)間是在特定溫度(或熱歷程)下膠料開(kāi)始交聯(lián)所需的時(shí)間。焦燒時(shí)間反映膠料的加工安全性，該時(shí)間越長(zhǎng)，膠料越不易出現(xiàn)焦燒(scorch)現(xiàn)象，加工過(guò)程中越安全。
通常測(cè)試門尼焦燒時(shí)間：在121 ℃下，從開(kāi)始加熱起至膠料的門尼從至低值上升5個(gè)門尼值所需要的時(shí)間，用T5表示。膠料在工廠加工的過(guò)程中由于暴露于給定的熱歷程而達(dá)到焦燒點(diǎn)后,膠料就不能在煉膠機(jī)、擠出機(jī)、壓延機(jī)等上繼續(xù)加工。因此,焦燒時(shí)間對(duì)于判斷橡膠膠料可否在特定條件下加工至關(guān)重要。
2、門尼粘度
用門尼粘度計(jì)測(cè)量的橡膠的本體黏度，該值越大，膠料的黏度越高。常用ML1+4100℃表示。其中M表示門尼，L表示用大轉(zhuǎn)子，1—預(yù)熱時(shí)間為1min；4—轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試時(shí)間為4min；100℃—試驗(yàn)溫度為100℃。門尼數(shù)值越大，表示粘度越大，其可塑性越低。
門尼粘度反映橡膠加工性能的好壞和分子量高低及分布范圍寬窄。門尼粘度高膠料不易混煉均勻及擠出加工，其分子量高、分布范圍寬。門尼粘度低膠料易粘輥，其分子量低、分布范圍窄。門尼粘度過(guò)低則硫化后制品抗拉強(qiáng)度低。
3、格林強(qiáng)度
格林強(qiáng)度是指未硫化膠料的拉伸強(qiáng)度。格林強(qiáng)度是一個(gè)重要的加工性能，它在膠料的擠出、壓延以及成型過(guò)程中起非常重要的作用。如輪胎成型需要受到比較大的拉伸，如果一拉就斷了，那么這類工藝就很難實(shí)施了。
分子量高，高應(yīng)變下易結(jié)晶的橡膠(如NR)有較好的格林強(qiáng)度。NR格林強(qiáng)度高的原因，一方面它有好的拉伸結(jié)晶性；另一方面可能是因?yàn)樗心z,特別是緊密凝膠的貢獻(xiàn)。
4、剪切變稀
剪切變稀是非牛頓流體(如橡膠膠料)的粘度隨剪切力的增加而降低的特性。
剪切變稀產(chǎn)生的原因：高分子在流動(dòng)時(shí)各液層間總存在一定的速度梯度，細(xì)而長(zhǎng)的大分子若同時(shí)穿過(guò)幾個(gè)流速不等的液層時(shí)，同一個(gè)大分子的各個(gè)部分就要以不同速度前進(jìn)，這種情況顯然是不能持久的。因此，在流動(dòng)時(shí)，每個(gè)長(zhǎng)鏈分子總是力圖使自己全部進(jìn)入同一個(gè)流速的流層。不同流速液層的平行分布就導(dǎo)致了大分子在流動(dòng)方向上的取向。這種現(xiàn)象猶如河流中隨同流水一起流動(dòng)的繩子(細(xì)而長(zhǎng))一樣，它們總是自然地順著水流方向縱向排列的，聚合物在流動(dòng)過(guò)程中隨剪切速率或剪切應(yīng)力的增加，由于分子的取向使黏度降低。
5、膠料彈性
對(duì)于*彈性的材料,施加變形的速率對(duì)測(cè)量的應(yīng)力沒(méi)有影響。當(dāng)然,橡膠即使在硫化的狀態(tài)下也不是*彈性的。橡膠是黏彈性的,在硫化和未硫化狀態(tài)都具有黏性和彈性。不過(guò)橡膠膠料硫化后,黏性與彈性之比(V/E的比值)會(huì)大大降低。
未硫化橡膠具有彈性主要是因?yàn)榉肿渔湹睦p繞。高彈性的未硫化橡膠具有所謂的“抗變形性”。具有高“抗變形性”(高彈性)的橡膠會(huì)阻礙加工。有時(shí),兩種橡膠具有相同的黏性,但其中一種具有較高的彈性,而較高的彈性會(huì)影響橡膠的混煉、填料的分散、混煉周期的長(zhǎng)短以及最終膠料的黏彈性能。例如,高彈性的混煉膠料在擠出過(guò)程中可能口型膨脹較大,尺寸穩(wěn)定性較差。
6、硫化速率
硫化速率是橡膠膠料在特定的硫化溫度下交聯(lián)密度增大的速率。硫化時(shí)間是指在特定的硫化溫度下達(dá)到特定狀態(tài)所需要的時(shí)間。一般情況，硫化時(shí)間可定義為在給定的溫度下給定的膠料達(dá)到最終硫化狀態(tài)的90%時(shí)所需要的時(shí)問(wèn)。當(dāng)然,硫化儀確定的硫化試片的最佳硫化時(shí)間不同于在工廠中確定大型和厚橡膠制品的最佳硫化時(shí)間。原因是硫化儀通常接近于等溫硫化(在相同的溫度下硫化),然而厚橡膠制品的中心卻是變溫?zé)崃蚧瘹v程。
橡膠工程師必須考慮各種因素,比如使用的硫化儀的溫度恢復(fù)時(shí)間、在工廠硫化時(shí)橡膠制品的厚度、膠料的熱傳導(dǎo)、制品中心變化的熱歷程、膠料的硫動(dòng)力學(xué)、膠料的過(guò)硫穩(wěn)定性等等。根據(jù)這些因素去決定橡膠制品的最適硫化溫度和時(shí)間。如果硫化時(shí)間太短,就會(huì)導(dǎo)致較差的物理性能,尤其是那些厚制品的中心,因?yàn)樗?jīng)歷較少的熱歷程。相反,如果厚制品的硫化時(shí)間太長(zhǎng),也會(huì)降低硫化膠的物理性能,尤其是經(jīng)過(guò)多次熱歷程的制品表面。同時(shí),較長(zhǎng)的硫化時(shí)間也導(dǎo)致較低的生產(chǎn)效率。
7、抗硫化返原性
抗硫化返原性是指橡膠膠料抵抗由于硫化時(shí)間延長(zhǎng)而引起的硫化膠性能的下降的性質(zhì)。當(dāng)橡膠部件或橡膠膠料在硫化過(guò)程中經(jīng)歷太多熱歷程時(shí)，這個(gè)性質(zhì)尤其重要。例如,一個(gè)厚制品的外表面暴露于過(guò)度的熱歷程,這就會(huì)發(fā)生硫化返原。天然橡膠膠料通常在較高的硫化溫度下硫化返原。
8、分散性
分散性是指混合過(guò)程中填料顆粒在橡膠膠料中分散好壞的性能，這種性質(zhì)不僅與炭黑的分散百分?jǐn)?shù)有關(guān)、而且與非炭黑填料(如陶土、白炭黑、二氧化鈦、碳酸鈣等)的分散百分?jǐn)?shù)有關(guān)。
橡膠硫化劑如促進(jìn)劑和硫磺在膠料中的分散性不好。這有時(shí)是特別嚴(yán)重的問(wèn)題,因?yàn)樗鼈兺ǔＪ窃诨旌系淖詈箅A段添加,一批膠料的分散性差會(huì)引起硫化膠的物理性能(如最終拉伸強(qiáng)度)變化很大。分散性不好會(huì)降低耐磨性、抗撕裂性和耐疲勞性,也會(huì)影響屈撓生熱和其他的動(dòng)力學(xué)性能。
9、自黏性
自黏性指未硫化膠料在短的保壓時(shí)間內(nèi),適度的壓力下自黏或與其他膠料黏結(jié)的能力。這個(gè)性質(zhì)在橡膠制品中非常重要,比如,輪胎或傳送帶的成型是將一層擠出或壓延的膠料平鋪在另一層膠料的上而。在被放置在模具或平板硫化機(jī)硫化之前,這些未硫化制品必須粘在一起。
通常,天然橡膠膠料有較好的成型自黏性;而含EPDM的膠料通常成型自黏性較差。一般在膠料中添加增黏劑來(lái)改善自黏性。橡膠膠料中包含許多不同溶解度的組分。在一定的冷卻條件下,一些組分可能從膠料中分離出來(lái),滲出膠料表面形成“噴霜”。噴霜往往會(huì)破壞成型自黏性?？赡芤饑娝囊恍┡浜蟿┤缌蚧?、促進(jìn)劑、防老劑、石油、硬脂酸鋅和石蠟等。
10、黏合性
黏合性是指橡膠膠料黏結(jié)金屬或織物等非橡膠表面的性質(zhì)。金屬黏合性太強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致膠料在開(kāi)煉機(jī)和壓延機(jī)粘輥,也會(huì)在其他的加工設(shè)備中出現(xiàn)問(wèn)題。
然而,沒(méi)有足夠的黏合性會(huì)導(dǎo)致膠料在壓延機(jī)或密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的金屬表而打滑。調(diào)節(jié)溫度有時(shí)可以控制黏合性。某些配料(如外用潤(rùn)滑劑或脫模劑)有時(shí)被用來(lái)控制黏合性。但是，應(yīng)該謹(jǐn)慎使用潤(rùn)滑劑,因?yàn)樗赡苡绊戰(zhàn)ず闲缘耐瑫r(shí)影響膠料的其他性能。
11、存儲(chǔ)穩(wěn)定性
儲(chǔ)存穩(wěn)定性是指混合膠料存放在車間中能保持可用的時(shí)間。焦燒時(shí)間會(huì)影響膠料的性能。一般情況下,混煉膠的儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng)，加工時(shí)焦燒安全性越差。
在儲(chǔ)存過(guò)程中,橡膠和炭黑間相互作用的增大改變了膠料的流變性能。這種變化我們可以通過(guò)膠料的門尼黏度或振蕩圓盤流變儀測(cè)定的最小轉(zhuǎn)矩(ML)的上升看出。不僅混煉膠,未加工的彈性體(如天然橡膠)的流變性能在儲(chǔ)存過(guò)程中也會(huì)發(fā)生變化,例如天然橡膠的儲(chǔ)存會(huì)使其黏度升高、硬度增大等。
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