影响硫化橡胶压缩永久变形的因素

硫化橡胶压缩永久变形的影响因素摘要：随着社会经济快速发展，压缩永久变形是指橡胶材料及制品在长时间压缩状态下产生的永久性变形，是衡量密封材料及制品使用性能最直观的重要参数，也是评价其贮存老化性能的考核指标。

橡胶压缩永久变形与贮存时间的变化曲线既反映了橡胶材料及制品的贮存老化程度，又可预测出橡胶密封制品的贮存寿命。

但通常使用的橡胶压缩永久变形标准试样一般为厚度10mm及12.5mm的圆柱形试样，其压缩永久变形性能变化相对于密封圈等小型密封制品而言变化较慢，并不能真实反映橡胶制品的实际压缩永久变形性能及贮存寿命，因此，评价橡胶制品压缩永久变形性能需充分考虑制品的具体规格、装配空间、使用环境等因素的影响。

关键词：硫化；橡胶；压缩；永久变形；影响因素引言橡胶和金属的粘接在很多领域都有所涉及，但是橡胶和金属之间较大的极性差异导致二者的高强度粘接成为了一个难题。

进行表面改性以改善橡胶的表面性质是解决这一难题的有效手段，因此研究橡胶表面改性并改善其粘接性能具有重要意义。

紫外光表面接枝（UV-SG）的接枝链仅分布在表面浅的区域，因此可以达到表面改性而不对材料本体造成破坏的目的。

1橡胶材料本构模型研究1.1橡胶材料超弹性本构模型在较小的外力下，橡胶材料可以产生较大的变形，在卸载外力后，又可以恢复到原来的状态，这是橡胶材料的超弹性特性。

在工程应用中，超弹性本构模型一般用于表征橡胶材料的非线性弹性特性。

目前，在有限元软件中已经嵌入了各种形式的超弹性本构模型，但是由于不同的超弹性本构模型具有各自的特点，因此，在实际应用中，必须针对不同超弹性本构模型的特点选择最适合的本构模型。

一般采用应变势函数对应变不变量的导数来表示超弹性材料的应力-应变关系。

目前，超弹性本构模型的研究逐步完善，主要分为两类研究方法，一种为统计热力学方法，另一种为唯象理论方法。

对于不同种类、不同硬度的橡胶，其应力应变关系相差较大，需要基于材料的力学试验来研究橡胶超弹性本构模型。

EPDM硫化胶的压缩永久变形试验朱瑞;王东生【摘要】对采用不同硫化体系的EPDM硫化胶进行了压缩永久变形试验,挑选出压缩永久变形较小的EPDM硫化胶配方.并以此为基础,开发了物理性能、耐热性和压缩永久变形性能均符合设计要求的实用配方.【期刊名称】《世界橡胶工业》【年(卷),期】2012(039)012【总页数】3页(P39-41)【关键词】EPDM硫化橡胶;硫化体系;压缩永久变形试验;配方【作者】朱瑞;王东生【作者单位】天津市橡胶工业研究所,天津300384;天津市橡胶工业研究所,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TQ333.40 前言密封圈、密封垫等橡胶密封制品在各种机械装备中起着密封作用，这就要求胶料必须具有良好的弹性和低的永久变形。

作为静态密封制品，胶料尤其要具有优良的压缩永久变形性能，即压缩永久变形值要小。

橡胶的压缩永久变形与所选胶种、硫化体系、填料以及软化剂等多种因素有关。

本文在胶种、填料、软化剂、活性剂相同的条件下，研究了不同硫化体系对ЕРDМ硫化胶压缩永久变形性能的影响。

同时，也确定了综合性能优良的耐热密封胶料实用配方。

1 实验1.1 主要原材料及硫化胶试样制备胶种选用国产ЕРDМ3026，填料为炉法炭黑，软化剂为古马隆和沥青，活化剂为氧化锌和硬脂酸。

硫化采用硫磺+高促进剂、低硫磺+过氧化物及过氧化物三种硫化体系。

配方总量：200～217份；硫化条件：150 ℃×45 min，150 ℃×60 min。

1.2 性能测试按照GВ/Т 7759-1996测定硫化胶的压缩永久变形性，采用В型试样，试样直径13.0 mm±0.5 mm，试样高度6.3 mm±0.3 mm，试验条件有两种：（1）试验温度为室温，试验时间为22 h，压缩率为25%；（2）试验温度为120 ℃，试验时间为22 h、24 h，压缩率为25%。

按照GВ/Т 531.1-2008测定硫化橡胶的邵氏硬度，按照GВ/Т 528-2009进行硫化橡胶的拉伸性能测定，按照GВ/Т 3512-2001进行硫化橡胶的热空气老化试验，试验条件为120 ℃×24 h。

三元乙丙橡胶力学及压缩永久变形性能研究硫化胶力学性能越好,但耐老化性能差;蒙脱土和纳米凹凸棒粒径越小,硫化胶力学性能和耐老化性能越好,但压缩永久变形性能差;BaSO_4粒径越小,硫化胶力学性能和耐老化性能越好,压缩永久变形性能先增加后减小。

最后,本文通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)等手段,对填料的微观形貌、结构和化学性质进行了表征和分析,为填料的选择及应用提供了理论和实验依据。

4.3 结果与讨论4.3.1 硫化特性在本研究中，我们使用了两种不同的硫化系统，即常规硫化系统和高效硫化系统，并对其进行了比较。

结果表明，使用高效硫化系统可以显著提高硫化速率和交联密度，从而改善EPDM的硬度和强度。

此外，我们还研究了硫化剂种类和用量对硫化特性的影响。

结果表明，使用过量的硫化剂会导致硫化密度过高，从而降低EPDM的拉伸性能。

4.3.2 力学性能我们测试了EPDM的拉伸强度、断裂伸长率、硬度和抗撕裂性能，并比较了不同硫化条件下的结果。

结果表明，使用高效硫化系统可以显著提高EPDM的拉伸强度和硬度，但对断裂伸长率和抗撕裂性能的影响不大。

此外，我们还研究了填料对EPDM力学性能的影响。

结果表明，添加适量的填料可以显著提高EPDM的强度和硬度，但过量的填料会导致EPDM的断裂伸长率和抗撕裂性能下降。

4.3.3 耐老化性能我们使用热氧老化试验和紫外线老化试验来研究EPDM的耐老化性能，并比较了不同硫化条件下的结果。

结果表明，使用高效硫化系统可以显著提高EPDM的耐热老化性能和耐紫外线老化性能。

此外，我们还研究了填料对EPDM耐老化性能的影响。

结果表明，添加适量的填料可以显著提高EPDM的耐老化性能，但过量的填料会导致EPDM的老化速度加快。

4.3.4 压缩永久变形性能我们测试了EPDM的压缩永久变形率，并比较了不同硫化条件下的结果。

结果表明，使用高效硫化系统可以显著降低EPDM的压缩永久变形率。

橡胶制品压缩永久变形测试橡胶制品压缩永久变形测试1.定义和方法橡胶压缩永久变形，是指压缩橡胶试样在完全去掉引起其压缩形变的力之后所剩余的变形。

其用于判定橡胶材料的交织密度，受力状况下的物性。

试验方法通常有三种：1）方法A：在恒定压力作用下，空气中作压缩试验2）方法B：在空气中恒定形变压缩试验3）方法C：在空气（气体）或液体中，恒定形变压缩试验在方法的选择中一般选用B，但是方法B、C 不适合于IRHD＞90℃的硬度胶料中。

以上三种方法可以做常温、高温、低温或溶液中的形变测试。

2.简单的测试步骤如下：1）按照要求制作压缩永久变形的试块或直接用产品或部分产品（如O-ring，Washer，Disc 等）；2）用夹具将试块固定并压缩到一定的压缩量（压缩率），在一定试验条件（通常是一定温度和时间，有时会浸泡在溶液中测试）后取出； 3）在2的操作过程中记录相应数据，同时记录取出的产品在室温下放置30分钟后的数值（有些客户要求不松开夹具放置30分钟，后松开30分钟后测量）；4）按照压缩永久变形的公式计算在要求温度时间和变形量的前提下的压缩永久变形。

3.压缩永久变形CS的计算方法：CS=(h0-h2)/(h0-h1)h0：压缩前试样的高度，mmh1：限制器的高度，mmh2：试样恢复后的高度，mm4.结果判定：在压缩永久变形中，对于所测的每一个样品，都要在标准内，否则视为不合格。

在每一个数据都在标准内时，一般测三个样品的试验，最后数值以平均值记录，如果五个样品，一般去掉最大和最小的数值，其余求平均值一般测试需要4-5样品。

5. 压缩永久变形的影响因素：1) 橡胶配方，此决定压缩永久变形好坏的最大关键；如过氧化物硫化的EPDM压缩永久变形比硫磺硫化的小非常多，而且可以通过更高温度的测试；2）加硫程度，取决于橡胶成型三大因素-温度，时间，压力。

正常的橡胶随加硫程度的增加而压缩永久变形变小，到最低值后就开始变大，这时意味着橡胶产品开始过硫化了；特别需要说明的是硫磺硫化的NBR，EPDM等，一次加硫和二次加硫均对此影响非常大（尤其是温度）；而过氧化物硫化的NBR，EPDM，一次成型的温度尤其重要，建议在180摄氏度以上，如果一次加硫不足，二次加硫的补足有限；3）测试样品的形状和测试夹具，量具和试验设备的精密性均会影响最后的结果，但不是橡胶压缩永久变形的真因。

硫化橡胶的压缩永久变形性能引言硫化橡胶作为一种重要的弹性材料，广泛应用于汽车、建筑和电子等领域。

与其他弹性材料相比，硫化橡胶具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐老化性，在各个领域中扮演着重要角色。

压缩永久变形是硫化橡胶材料的一个重要性能指标，本文将详细阐述硫化橡胶的压缩永久变形性能。

背景压缩永久变形是指材料在受到压缩后，在压力解除后不能完全恢复到原始状态而产生的塑性变形。

硫化橡胶的压缩永久变形性能是评估其使用寿命和可靠性的重要指标之一。

使用硫化橡胶制造的密封件、减震器等零部件在实际应用中需要经受长时间的压缩作用，如果硫化橡胶的压缩永久变形性能不好，很容易导致零部件失效，影响设备的正常运行和使用寿命。

影响因素硫化橡胶的压缩永久变形性能受多种因素的影响，下面列举了一些主要因素：1.材料硬度：硬度较高的硫化橡胶在受到相同的压缩力后，其压缩永久变形量往往较小。

2.环境温度：环境温度升高，硫化橡胶的压缩永久变形量通常会增加。

3.压缩速率：较高的压缩速率可能会增加硫化橡胶的压缩永久变形量。

4.压缩程度：较大的压缩程度往往会导致较大的压缩永久变形量。

实验方法为了评估硫化橡胶的压缩永久变形性能，常常采用以下实验方法：1.压缩永久变形实验：使用一定的压缩力将硫化橡胶样品压缩一定时间，然后解除压力，测量样品的恢复程度，计算压缩永久变形率。

2.热氧老化实验：将硫化橡胶样品置于高温和氧气环境中进行老化处理，然后进行压缩永久变形实验，观察变形率的变化。

实验结果及分析根据实验数据统计，我们得到了以下结果：•硫化橡胶材料A在25℃下的压缩永久变形率为10%，而材料B的压缩永久变形率为15%。

•硫化橡胶材料A经过热氧老化处理后，其压缩永久变形率上升到12%。

根据实验结果分析，硫化橡胶材料的硬度、环境温度和压缩速率等因素对压缩永久变形性能有一定影响。

此外，热氧老化处理也会导致硫化橡胶材料的压缩永久变形性能变差。

应用前景硫化橡胶广泛应用于各个领域，压缩永久变形性能的优化对于提高设备的正常运行和使用寿命具有重要意义。

作者简介：尤黎明（1993-），男，从事胶筒模具设计与胶筒制造工艺方面工作。

收稿日期：2023-02-02硫化橡胶因其拥有独特的高弹性能，被广泛应用于各种行业，其中密封行业占据重要比重，作为密封产品使用时，要求其拥有优异的密封性能，优异的密封性能来自于橡胶自身优异的高弹性，而随着压缩时间延长，橡胶材料内部会发生物理变化及化学变化，橡胶内应力逐渐松弛，弹性变差，当外力撤销后，橡胶无法靠自身应力恢复到原来状态，从而导致无法恢复形变。

随着使用时间的延长，当橡胶内应力降低到一定程度时，可恢复形变量较少，对于密封产品而言，产品对密封边缘的应力降低，密封性能下降，从而产生泄露现象，失去使用价值，导致安全事故。

因此密封产品压缩永久变形的大小是反应产品密封性能优劣的重要指标之一，压缩永久变形的密封性检测对密封产品设计、密封产品寿命预测有着重要意义。

橡胶密封产品压缩永久变形测试结果与众多因素有关，产品配方设计、加工工艺、测试温度、测试时间、试样尺寸等因素对压缩永久变形影响较为明显。

压缩永久变形是橡胶密封制品最为关注的性能之一，不同试验标准测得压缩永久变形试验结果有所不同，下面将对4个常用压缩永久变形标准进行对比与总结。

1　压缩永久变形常用标准简介（1）IS0 815-1:2019(常温或高温条件下,硫化橡胶或热塑性橡胶压缩永久变形测定):于2008年进行第三次修订，此次修订将压缩永久变形常温和高温试验方法分开，形成了ISO 815-1和ISO815-2两个标准。

本次解读最新修订版本IS0 815-1:2019，与上一版相比，主要变化如下：在第2条中更新了规范参压缩永久变形试验标准分析解读尤黎明，程文佳，刘明泰，靳浩楠，李权(中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津 300450)摘要：为对橡胶密封产品压缩永久变性能进行研究，找到合适实验标准，对O 型密封圈进行压缩永久变形试验，对比分析了4种常用的压缩永久变形标准(IS0 815-1:2019，ASTM D395-2018，GB/T 7759.1-2015，GB/T 1683-2018)，从实验方法、试样尺寸、试验步骤等角度进行分析，为选取合适的试验标准提供参考。

弹性体的压缩永久变形TPE的压缩永久变形压缩永久变形值是材料在一定温度下被压缩至一定形状，并维持一定时间后而发生永久性变形的量。

通常采用的ASTM测试方法(ASTM D395)要求使材料变形（压缩）达25%并保持一定的时间。

任其复原30分钟后再测量此样品。

23 °C（室温）22小时，70小时，168小时（1星期），1000小时（42天）。

70 °C22小时，70小时，168小时（1星期），1000小时（42天）。

121 °C22小时，70小时，168小时（1星期），1000小时（42天）。

.150 °C22小时，70小时，168小时（1星期），1000小时（42天）。

所得的测试值是材料样品未能恢复到它原有高度的百分比。

例如，40%压缩永久变形表示，此热塑性弹性体只恢复了被压缩厚度的60%。

100%压缩永久变形则表示此热塑性弹性体无丝毫恢复，也就是说，它保持了被压缩的状态。

往往压缩永久变形易与蠕变相混淆。

然而，压缩永久变形是在某一恒定的应变条件下所发生变形的量，而蠕变则是在某一恒定应力条件下所发生变形的量。

变形是橡胶制品的重要性能指标之一。

硫化橡胶压缩永久变形的大小，涉及到硫化橡胶的弹性与恢复。

有些人往往简单地认为橡胶的弹性好，其恢复就快，永久变形就小。

这种理解是不够的，弹性与恢复是相互关联的两种性质。

但有时候，橡胶的本质没有发生根本的变化，永久变形的大小主要是受橡胶恢复能力的变化所支配。

影响恢复能力的因素有分子之问的作用力(粘性)、网络结构的变化或破坏、分子问的位移等。

当橡胶的变形是由于分子链的伸张引起的，它的恢复(或永久变形的大小)主要由橡胶的弹性所决定：如果橡胶的变形还伴有网络的破坏和分子链的相对流动，这部分可以说是不可恢复的，它是与弹性无关的。

所以，凡是影响橡胶弹性与恢复的因素，都是影响硫化橡胶压缩永久变形的因素。

有几个概念，如弹性、打击弹性(回弹性)、弹性与模量、压缩永久变形、扯断永久变形等，它们之间的关系，不易表述清楚，现将个人的理解提出与大家讨论。

浅谈部分种类橡胶压缩永久变形的影响因素摘要：密封橡胶制品是橡胶工业制品的重要组成部分，为获得可靠的长期密封性，一般对胶料的压缩永久变形都有严格的要求。

本文选用了几种常用作密封制品的橡胶作为综述对象，浅述了目前对此类橡胶压缩永久变形的研究概况。

前言：压缩永久变形是橡胶制品的重要性能指标之一，与橡胶密封制品的密封性能密切相关，因此技术人员在设计配方时总是希望能够尽可能地降低压缩永久变形，以达到最佳的密封效果。

硫化橡胶压缩永久变形的大小，涉及到硫化橡胶的弹性与恢复。

有些人往往简单地认为橡胶的弹性好，其恢复就快，永久变形就小。

这种理解是不够的，弹性与恢复是相互关联的两种性质。

但有时候，橡胶的本质没有发生根本的变化，永久变形的大小主要是受橡胶恢复能力的变化所支配。

影响恢复能力的因素有分子之问的作用力、网络结构的变化、分子间的位移等【1】。

当橡胶的变形是由于分子链的伸张引起的，它的恢复(或永久变形的大小)主要由橡胶的弹性所决定，如果橡胶的变形还伴有网络的破坏和分子链的相对划移，这部分可以说是不可恢复的，它是与弹性无关的。

所以，凡是影响橡胶弹性与恢复的因素，都是影响硫化橡胶压缩永久变形的因素。

当然橡胶压缩变形的测试方法一定意义上决定了所测数值的大小。

如杨红卫等人【2】根据对不同形状的试样进行研究，发现由于B型试样截面直径较小，而相反它的曲率半径较大，顶部受压缩的程度也就越严重，且在相同体积下，B型试样与空气接触面积是A型试样的2.2倍，这就是说在实验过程中，B型试样的老化机会要大于A 型试样，因此B型试样的压缩永久变形大于A型，同时橡胶的热空气老化是由表及里的，试样越大，内部的老化就会越慢，这也是A型试样的压缩永久变形小于B型试样的一个因素。

而对于10×10mm试样，因为是在室温下恢复，此时的橡胶分子活性较低，难以充分恢复，因此压缩变形相对于A型、B型的高温下恢复而较大。

因此，按GB／T 7759—1996进行试验，B型试样的压缩永久变形大于A型试样；按GB／T 7759—1996对B型试样进行试，按GB／T 1683—1981对10×l0mm试样进行试验，10×l0mm试样的压缩永久变形大于B型试样。

橡胶工艺原理-复习思考题-+答案(总12页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《橡胶工艺原理》复习思考题名词解释碳链橡胶、硬质橡胶、杂链橡胶、混炼胶、硫化胶、冷冻结晶、拉伸结晶、极性橡胶杂链橡胶:碳－杂链橡胶: 主链由碳原子和其它原子组成全杂链橡胶:主链中完全排除了碳原子的存在，又称为“无机橡胶”，硅橡胶的主链由硅、氧原子交替构成。

混炼胶:所谓混炼胶是指将配合剂混合于块状、粒状和粉末状生胶中的未交联状态，且具有流动性的胶料硫化胶 : 配合胶料在一定条件下(如加硫化剂、一定温度和压力、辐射线照射等)经硫化所得网状结构橡胶谓硫化胶，硫化胶是具有弹性而不再具有可塑性的橡胶，这种橡胶具有一系列宝贵使用性能。

硬质橡胶：玻璃化温度在室温以上、简直不能拉伸的橡胶称为硬质橡胶一般来说，塑料、橡胶、纤维的分子结构各有什么特点影响橡胶材料性能的主要因素有哪些？橡胶性能主要取决于它的结构，此外还受到添加剂的种类和用量、外界条件的影响。

(1) 化学组成：单体，具有何种官能团(2) 分子量及分子量分布(3) 大分子聚集状况：空间结构和结晶(4) 添加剂的种类和用量(5) 外部条件：力学条件、温度条件、介质简述橡胶分子的组成和分子链结构对橡胶的物理机械性能和加工性能的影响。

答:各种生胶的MWD曲线的特征不同，如NR一般宽峰所对应的分子量值为30~40万，有较多的低分子部分。

低分子部分可以起内润滑的作用，提供较好的流动性、可塑性及加工性，具体表现为混炼速率快、收缩率小、挤出膨胀率小。

分子量高部分则有利于机械强度、耐磨、弹性等性能。

简述橡胶的分类方法。

答:按照来源用途分为天然胶和合成胶，合成胶又分为通用橡胶和特种橡胶；按照化学结构分为碳链橡胶、杂链橡胶和元素有机橡胶；按照交联方式分为传统热硫化橡胶和热塑性弹性体。

简述橡胶的分子量和分子量分布对其物理机械性能和加工性能的影响。

硫化三要素橡胶硫化压力橡胶件硫化的三大工艺参数是：温度、时间和压力。

其中硫化温度是对制品性能影响最大的参数，硫化温度对橡胶制品的影响的研究也比比皆是。

但对硫化压力比较少进行试验。

硫化压力是指，橡胶混炼胶在硫化过程中，其单位面积上所承受的压力。

一般情况下，除了一些夹布件和海绵橡胶外，其他橡胶制品在硫化时均需施加一定的压力。

橡胶硫化压力，是保证橡胶零件几何尺寸、结构密度、物理机械的重要因素，同时也能保证零件表面光滑无缺陷，达到橡胶制品的密封要求。

作用主要有以下几点：1.防止混炼胶在硫化成型过程中产生气泡，提高制品的致密性；2.提供胶料的充模流动的动力，使胶料在规定时间内能够充满整个模腔；3.提高橡胶与夹件（帘布等）附着力及橡胶制品的耐曲绕性能;4.提咼橡胶制品的物理力学性能。

硫化压力的选取需要考虑如下几个方面的因素：1.胶料的配方；2.胶料可塑性的大小；3.成型模具的结构形式（模压，注压，射出等）4.硫化设备的类型（平板硫化机，注压硫化机，射出硫化机，真空硫化机等；5.制品的结构特点。

硫化压力选取的一般原则：1.胶料硬度低的（50-Shore A以下或更低），压力宜选择小，硬度高的选择大；2.薄制品选择小，厚制品选择大；3.制品结构简单选择小，结构复杂选择大；4.力学性能要求高选择大，要求低选择小；5.硫化温度较高时，压力可以小一些，温度较低时，压力宜高点。

对硫化压力，国内外一些橡胶厂家有如下一些经验值供参考：1.模压及移模注压的硫化方式，其模腔内的硫化压力为：10~20Mpa2.注压硫化方式其模腔内的硫化压力为：0~150Mpa3.硫化压力增大，产品的静态刚度也随之增大，而收缩率随之逐渐减小；（在国内的减振橡胶行业内，对于调整产品的刚度，普遍采用的依然是增加或者降低产品所使用的胶料硬度，而在国外，已经普遍采用了提高或者降低产品硫化时的胶料硫化压力来调整产品的静态刚度。

4.随着硫化压力的不断提高，产品胶料的收缩率会出现一个反常的现象，即当产品胶料的硫化压力达到83Mpa时，产品胶料的收缩率为0,若产品胶料的硫化压力继续不断上升，产品胶料的收缩率会出现负值，也就是说，在这种超高的产品胶料硫化压力下，产品硫化出来经停放后，其橡胶部分的尺寸比模具设计的尺寸还要大；5.在模压和注压方式下，模腔内胶料的硫化压力随着时间的延长，总是先增高后减少，并最终处于平坦状态；6.随着胶料硫化压力的提高，其胶料的300%定伸和拉伸强度均随之提高，其胶料的扯断伸长率、撕裂强度和压缩永久变形却随之下降；7.在减震橡胶制品硫化过程中，注压硫化方式中模腔内胶料的压强比模压硫化方式的压强高一倍以上。