硬质橡胶的性能与配合研究

第32卷 第1期2011年2月特种橡胶制品Special P ur po se R ubber Pr oducts V o l.32 N o.1 F ebr uary 2011硬质橡胶的性能与配合研究杨护国,姚联国,路 斌(西北橡胶塑料研究设计院,陕西咸阳 712023)摘 要:通过对生胶胶种的分类试验,探讨了天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶以及丁腈橡胶等对硬质橡胶胶料物理机械性能的影响;通过对不同填充体系的试验,初步探讨了不同物理-化学特性的填充剂对硬质橡胶抗折断强度、冲击强度及马丁耐热性能的影响。

关键词:硬质橡胶;冲击强度;马丁耐热中图分类号:T Q332.6 文献标识码:A 文章编号:1005-4030(2011)01-0051-03收稿日期:2010-12-14作者简介:杨护国(1972-),男,陕西兴平人,高级工程师,在职硕士。

众所周知,硬质橡胶几乎是伴随着硫黄硫化橡胶技术的发明而诞生的。

远在1839年,Charles Goody ear 发现了软质橡胶的硫黄硫化技术;到了1843年,Thom as H ancock 在熔融硫黄中加热天然橡胶生胶片时发现了黑色角质物质,即硬质橡胶。

后来,Go ody ear 又对硬质橡胶进行了大量研究,并于1851年申请了专利,随即进行了商业化生产。

此后一段时间内,硬质橡胶得到了迅速发展,并成为橡胶工业的一个重要分枝。

在二次世界大战前后的几十年里,美国、前苏联及前西欧国家投入了大量资金对硬质橡胶进行了更深层次的研究,对其特性、反应机理和配合技术有了更深层次的认识。

时止今日,在橡胶衬里领域,硬质橡胶仍然是其主要胶种之一。

本工作通过对生胶胶种的分类试验,探讨了天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶以及丁腈橡胶等生胶对硬质橡胶胶料物理机械性能的影响,以其为后续相关研究工作提供借鉴。

1 实验部分1.1 原材料天然橡胶,1号标准胶,云南农垦集团公司;丁苯橡胶,SBR1500,齐鲁石化公司;顺丁橡胶,BR9000,北京燕山石化公司;丁腈橡胶,丙烯腈质量分数分别为18%,26%和40%,均为台湾南帝公司;其他原材料均为市售橡胶工业常用助剂。

常用检测设备功能介绍：
1、拉力机：测试橡胶伸长率
2、老化试验箱:可供橡塑产品、电气绝缘及其它材料的热空气老化试验，测试塑料的加速老化结果；
3、橡塑低温脆性试验机：可以对橡胶止水带材料在低温条件下的使用性能作比较性鉴定；
4、冲片机:供橡胶厂及科研单位进行拉力试验前冲切标准橡胶试片用；
5、裁刀：配合冲片机取样用，可裁取拉伸、撕裂等试样；
6、磨耗试验机：对橡胶材料进行磨耗试验；
7、硬度计：用于测定硫化橡胶和塑料制品的硬度；
8、测厚仪：用于测量硫化橡胶和塑料制品的厚度；
9、可塑度试验：切片机用于取直径16mm的试样，然后在可塑度试验机上做可塑性试验；
10、压缩永久变形器：用于硫化橡胶,热塑性橡胶在常温,高温和低温条件下,以一定压缩率,经一定的压缩时间后测定橡胶变形量；
11、冲击弹性试验机：测定硬度为30-85IRHD之间硫化橡胶的回弹数值；
12、无转子硫化仪：用于测定未硫化橡胶的特性，找出胶料的最适合硫化时间；
13、门尼粘度计：用来测定各种未硫化的天然橡胶，合成橡胶及再生橡胶的门尼粘度，焦烧时间和流化指数。

橡胶材料力学性能与应用研究橡胶材料是一种具有高度弹性和耐磨性的聚合物材料，广泛应用于各个领域。

在工业生产、汽车制造、建筑材料以及医疗器械等行业中，橡胶材料的力学性能是决定其应用效果的重要因素之一。

本文将从橡胶材料的力学性能与应用研究的角度展开讨论。

首先，橡胶材料的力学性能包括弹性模量、抗拉强度、延伸率、硬度等指标。

弹性模量是橡胶材料在受力后恢复原状的能力，通常以杨氏模量来表示。

抗拉强度是橡胶材料在拉伸状态下抵抗断裂的能力，是衡量其抗拉性能的指标。

延伸率是橡胶材料在受力后能够延展的程度，反映了其柔韧性。

而硬度是橡胶材料表面抗压的能力，一般使用杜氏硬度或希氏硬度进行测量。

其次，橡胶材料的力学性能与其材料组成密切相关。

橡胶材料通常由橡胶聚合物、填料和添加剂构成。

橡胶聚合物是橡胶材料的主体，其种类、分子结构和交联方式会直接影响橡胶材料的力学性能。

填料主要包括炭黑、二氧化硅等，它们可以增强橡胶材料的硬度、强度和耐磨性。

添加剂则是对橡胶材料进行功能调整的物质，如防老化剂、防油剂等，它们会改善橡胶材料的耐久性和耐热性。

另外，橡胶材料的力学性能还会受到温度、湿度、应变速率等因素的影响。

在不同的温度下，橡胶材料的力学性能会发生变化。

在低温下，橡胶材料会变得硬而脆弱，而在高温下，则会变得软化。

湿度会使橡胶材料发生吸水膨胀，从而降低其力学性能。

应变速率也会对橡胶材料的力学性能产生影响，快速加载会导致材料的应力-应变曲线发生变化。

基于对橡胶材料力学性能的研究，该材料在各个领域都有广泛的应用。

在工业领域，橡胶材料常用于密封件、橡胶管、输送带等，其优异的弹性和耐磨性能使其在密封装置中起到关键作用。

在汽车制造中，橡胶材料应用于轮胎、悬挂系统、密封件等，能够提供良好的减震和降噪效果。

在建筑材料方面，橡胶材料常用于防水涂料、防震垫等，具有较好的耐候性和耐腐蚀性。

在医疗器械领域，橡胶材料被广泛应用于医疗手套、导管等，其柔软性和生物相容性使其成为必不可少的材料之一。

硫化条件对硬质橡胶橡胶网络强度的影响前言硬质橡胶虽然已经被发现了很长一段时间，但其应用仍局限于一些家用产品。

最近，人们对硬质橡胶感兴趣，特别是由于它的可以调节的高强度和刚度。

利用适当的硫化条件，刚性可以提高数倍。

在此研究中，我们调查硫化条件的影响，各种不同的硫化时间内对硬质橡胶机械强度的影响。

在这之前和之后的压缩周期，计算在交联网络中的变化从而确定了交联密度。

预成形阶段之后，在硫化过程中继续压缩模具中，在空气烘箱中，在氮气气氛下。

压缩模具和氮气氛硫化，交联密度和压缩模量随硫化时间的增加显着，而空气烘箱硫化，只有轻微的增加。

完成4个压缩周期后，交联密度和机械性能保持高只有是在压缩模内硫化的。

因此，硫化时间的延长在压缩模具内提高硬质橡胶的机械性能。

综述天然橡胶已经在应用在一些建筑行业中，如在路面铺设橡胶沥青混合料，橡胶支座，桥梁减震器，橡胶板，和高大建筑物隔震橡胶块的设计等这样的承重结构，重要的是要了解的橡胶材料的机械性能，特别是抗压强度。

为了提高橡胶的压缩强度和其它常规性能，将橡胶用硫，促进剂和活化剂来交联。

当橡胶经历用超过25-40％的硫含量没有促进剂的硫化后，它变成具有高的交联密度的硬橡胶，或所谓的“硬质橡胶”。

硬质橡胶通常具有高介电功率，高耐化学性，高达摄氏50度的高刚性和一个明亮有光泽的外观。

在1958年提出的硬质橡胶的交联结构可表示为图中图1，其中硫原子无论是哪种形式链之间的交联或只连接一个单一的碳原子。

对SX基（可以是一个以上的硫原子形成的交联中的链接）。

其他S仅附加到一个链分子的原子。

图中的虚线表明范德华原子同样连接到相邻的链。

在1954年，Glazebrook等提出SX交联中的x可能是1或2，表示单或二硫化物的联系，这是目前已知的稳定的长期硫化。

从本研究中，在图2的硬质橡胶的硫化特性，意味着不同的交联网络硬质橡胶的多硫。

图1，一硬质橡胶的交联结构示意图硬质橡胶的潜在的应用之一就是取代铁路的裸露的硬质木材。

硬质橡胶(ebonite，又叫vulcanite，hard rub—ber)，是一种以相对分子质量为105～106的高度不饱和纯橡胶或再生胶做母体，与固化剂及一定配合剂混合，经长效硫化历程得到的杨氏模量大于500MPa、硬度大于100邵A或75邵D的黑色角质状硬质聚合物[1]。

在早期，硫是唯一的固化剂[2]，现在已出现了无硫硬质橡胶[3]。

1839年，C．Goodyear发明橡胶硫化的方法为硬质橡胶的出现开启了大门；从1843年}{an —cock通过加入高剂量硫获得了硬质橡胶制品开始，硬质橡胶就在工业中广泛应用[4]。

1930年以前，对硬质橡胶的理论研究不多，但也逐渐因其防腐制品和绝缘制品的广泛应用而开始被关注[6J]。

随着合成橡胶的发展，各地学者掀起了对硬质橡胶研究的热潮，研究主要集中于配方中各组分用量和种类变化及硫化工艺对硫化过程的影响，其中代表性的有日本的Seiiti Numaziri[8]、英国的B．L．Davies[9]和英国的Scott研究组[10,11]等。

硬质橡胶因其优越的性能在二战期间广泛应用，但是其结构本身所固有的特点造成的耐热性能和冲击性能的局限性限制了其应用范围，因此通过研究结构改善其性能的理论的研究逐渐兴起，俄国的A S．Kuzminskii和L V．Borkova[12,13],美国的T．H．Meltzer和W．J．Dermody[14～17]，英国的R．w．Glazebrook和R．W．Saville[18]，印度的M．L．Bhaumik[19]以及Scott研究组都有较多研究[1,20]，并建立了一些基础理论；70年代后，随着树脂应用的兴起，硬质橡胶的理论研究逐渐减缓。

目前硬质橡胶作为特种橡胶制品的一种，因其优异的耐化学品性和绝缘性，仍广泛应用于防腐衬里等耐化学品材料[21,22]以及绝缘材料中[23]，在工业中有重要的作用，但是国内的理论研究较少，并且对其结构的认识还不很完善，甚至存在一些误解。

橡胶品种及特性一、生橡胶的品种及特性天然橡胶（nr）、异戊橡胶（ir）、丁苯橡胶（sbr）、氯丁橡胶（cr）、丁基橡胶（iir）、丁氰橡胶（nbr）、顺丁橡胶（br）、乙丙橡胶（epr）、氯磺化聚乙烯橡胶（csm）、异丁烯橡胶（pib）等.1.天然橡胶按照橡胶的硫化程度可以分成软质橡胶（含硫量2--4%）、半硬质橡胶（含硫量12--20%）、和硬质橡胶（含硫量30--45%）。

软质橡胶可耐80℃以下的非氧化性酸、碱类、无机盐类水溶液、醇类、和部分有机酸；对浓盐的耐蚀性能特别优异，这是由于盐酸作用在其表面生成一层氯化橡胶的缘故。

硬质橡胶具有硬度高使介质难于渗透，在脂肪族及环烷系碳氢化合物种不溶胀，对酸、碱、盐类水溶液均呈化学稳定等特点，使用温度约100℃。

2.异戊橡胶聚异戊二烯橡胶简称异戊橡胶，也称为合成天然橡胶，一般可用异戊橡胶取代天然橡胶来使用。

3.丁苯橡胶软质丁苯橡胶不耐盐酸的促进作用，而硬质丁苯橡胶可以在80℃、36%的盐酸中长期采用。

在湿氯气和醋酸介质中丁苯橡胶的化学稳定性较好。

4.氯丁橡胶特点是耐酸、耐碱、耐磨、耐油、耐燃，机械强度高，抗氧化性比天然橡胶好，使用温度可达到110℃，主要用于铁路槽车衬里，供储运65%硫酸、磷酸和48%烧碱等强腐蚀性化学药品；还可用于醋酸贮槽和管道、二氧化硫气体设备及管道衬里防腐。

但它对盐酸接触时会有扩散现象，另外有氨存在的场合不宜使用氯丁橡胶衬里。

由于氯丁橡胶在100℃以下的温度容易进行硫化，所以适合于不宜加压的硫化的衬胶工艺。

5.丁基橡胶特点就是耐热臭氧、耐候性不好、渗透性高、饱和度低和极性高，化学稳定性少于天然橡胶，在磷酸、盐酸、稀硫酸（65%以下）和叶唇柱硝酸中化学稳定性低：耐碱性极好，对浓苛性钠和氨水等不起作用。

氯化丁基橡胶衬里设备应用领域在磷酸生产中特别就是碰触磷酸和氢氟酸的环境就是十分顺利的。

6.丁晴橡胶能耐受烃类气体、链烃及低芳烃等石油系溶剂的作用，成为典型的耐油橡胶应用。