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泰州科德橡胶机械-开炼机厂家:原来橡胶配方体系对拉伸扯断强度有这么大影响

发布时间:2018-09-25 20:18:00 点击:    关键词:密炼机,捏炼机,开炼机,橡胶机械

泰州科德橡胶机械-开炼机厂家2018年9月25日讯  拉伸强度是表征制品能够抵抗拉伸破坏的能力,是评价硫化胶性能最重要的依据之一。

1橡胶的拉伸破坏理论

橡胶制品一般是在错综复杂使用条件下,承受各种应力作用产生各种形变。材料的破坏是一种极为复杂的力学现象。橡胶的拉伸断裂破坏理论主要有分子理论(Taylor理论)和裂缝理论(Griffith理论)两种。

Taylor从微观结构出发,认为材料的断裂在微观上必然有原子间键的断裂,即主价键的断裂,对橡胶来讲,主要取决于受力方向上的分子链段。随着近代测试技术的发展已能直接观测到共价键断裂这样的微观过程。它大致分为三个阶段:第一阶段由于结构的不均匀性,使负载分布不均匀,结果在一些共价键上应力集中,形成局部断裂点;第二阶段是在集中了应力的共价键上,由于热涨落而断裂,同时生成微裂缝;第三阶段是初始微裂缝聚集成大的主裂缝,从而引起最终的断裂。

Griffith强度理论认为,由于在材料的表面和结构中存在着某些缺陷(如表面划痕、微孔、气泡、内部杂质等),这些缺陷很容易造成空穴和裂缝,使应力局部集中于裂缝的尖端处,当达到和超出某一临界条件时,裂缝便失去稳定性而发生扩展,最终引起材料的断裂。

研究高聚物断裂强度的结果表明,大分子链的主价键,分子间力(次价键)以及高分子链的柔性是决定高聚物拉伸强度的内在因素。

2拉伸强度与橡胶结构的关系

分子间作用力的影响:一般分子间作用力越大,拉伸强度越高。当主链上有极性取代基时,分子键次价键力大大提高,拉伸强度高。例如CRPU均有较高的强度,NBR随丙烯腈含量的增加,分子间作用力的增大,拉伸强度也随之增大。当主链上有芳基存在时,如主链上有芳环的PU橡胶,因分子间的范德华力大大增加,主链刚性增加,因而拉伸强度大大增加。

分子量的影响:随着分子量的增大,分子间的范德华力增大,链段不易滑移,因此拉伸强度一般随分子量的增大而增大,但当分子量增加到一定程度时,拉伸强度趋于一极限值,说明分子量对强度的影响有一定限度。

微观结构的影响:在聚合过程中产生的支链会使大分子排列不规整,或聚合过程中生成的凝胶颗粒破坏了橡胶分子的规整性,使橡胶的拉伸强度降低。因此必须严格控制合成橡胶中凝胶的含量。

结晶的影响:一般随结晶度的增加,拉伸强度提高。由于结晶度提高,晶体中分子链排列紧密有序,孔隙率低,分子间作用力增强,使得链段运动较为困难。对于结晶型橡胶,当被拉伸时,能诱发橡胶结晶,使得分子间作用力增强并能阻止裂口的增长,从而拉伸强度增大,即自补强作用。

3拉伸强度与硫化体系的关系

交联密度的影响:随着交联密度的增加,拉伸强度一般会增大并出现一个极大值,后随着交联密度的进一步增加,拉伸强度下降。

拉伸强度出现极大值可能是因为交联度适度时,分子链易于定向排列,且单位面积上承载的网链数随交联度增加而增多,拉伸强度随之上升;而交联密度过高时,网链不能均匀承载,易集中于局部网链上,使有效网链数减少。这种承载的不均匀性随交联密度增加而加剧,同时增加交联密度则阻碍了橡胶分子链的定向排列或结晶,因此拉伸强度随之下降。一般为了获得较高的拉伸强度,必须适当选择交联剂的用量,以控制交联密度。

交联键类型的影响:对于硫黄/促进剂硫化体系所用的硫黄与促进剂的配比可分为普通硫化(CV)、半有效硫化(Semi-EV)和有效硫化(EV)体系,分别形成多硫键、低硫键为主的交联键。一般硫化胶的拉伸强度随交联键能的增加而减小,多硫键为主的硫化胶具有较高的拉伸强度。因为多硫键在受到外力的作用,其中的弱键能起到释放应力的作用,减轻应力集中的程度,使交联网能均匀地承受较大的应力,即应力疏导效应。对于能产生拉伸结晶的橡胶,交联键的早期断裂,还有利于主链的定向结晶,这就使具有弱键的硫化胶具有较高的拉伸强度。其次断裂的多硫键还能够重新结合,具有互换重排效应

4拉伸强度与填充体系的关系

硫化胶的基本物理机械化学性能与填料的品种和用量密切相关。而且填料对某些性能的影响是相互矛盾的,例如,在一定用量范围内,填料粒径小,表面活性大,硫化胶的拉伸强度会升高,但扯断伸长率、永久变形、耐热性则较差。因此,各性能达到综合平衡尤为重要。

填充剂对橡胶的补强作用与填充剂的粒径、表面活性、结构性有关。试验结果表明:粒径越小,表面活性越大,结构性越高,对橡胶的补强的效果越好。

对于非结晶橡胶,硫化胶的拉伸强度随填充剂的用量增加而增大,达到最大值后,然后下降。填料的粒径小,表面活性大,达到最佳用量性能相对较少,加入增塑剂,活性填料的最佳用量则要增加。

炭黑和白炭黑是橡胶工业中最重要的补强剂。其他任何非补强材料,如陶土、滑石粉、CaCO3等,在橡胶中主要起填充作用,降低胶料的成本。

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5拉伸强度与增塑体系的关系

一般来说,增塑剂的加入将损失拉伸强度,相比之下,高粘度的增塑剂对拉伸强度的影响不明显。不同种类的增塑剂对胶种有选择性,比如芳烃油在SBR中效果较好,环烷油对EPDM较好,极性增塑剂适合极性橡胶。

增塑剂的使用与填充体系的选择应该同时考虑。例如,对于炭黑等补强剂大量填充的橡胶,适量的增塑剂还有可能引起硫化胶的应力疏导效应,从而有可能提高硫化胶的拉伸强度和伸长率。


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