硫化条件对硬质橡胶橡胶网络强度的影响

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。对于这种应用，抗压性能更比拉伸更重要。硬质橡胶用于生产厚和笨重的试件，由于其刚性及硫化时间长。这种缓慢硫化厚的样品，是必不可少的，因为它可以防止过硫化的上表面和下硫化的内芯。硫化时间长的缺点是高能源成本，因此，在这项研究中，我们还调查了在降低能源成本的替代品，在更短的硫化时间的硫化并提高机械性能。硫化方法中压缩模内硫化，空气烘箱硫化，和富氮空气中硫化。对于每种方法，硫化时间对压缩弹性模量的影响，并对交联密度进行了研究。实验原料天然橡胶（STR20），炭黑（N-220，的粒径22纳米），硬脂酸和氧化锌（Zn0）。N-（1,3-二甲基丁基）-N'-苯基-对-苯二胺（6PPD）样品制备及复合在硬质橡胶橡胶母炼胶的配方如表Ⅰ所示，对母料进行混炼是在具有为每分钟40转的转子速度和起始温度为500C的布拉德混合器中进行。通过以下方式获得的橡胶化合物两级混合。在第一阶段中，天然橡胶在布拉德内部混合器混合约3分钟，然后通过连续添加化学品的混合2-3分钟间隔。该添加的化学物质的先后序列依次是填料，Zn0和硬脂酸，然后6-PPD。将批料然后除去的橡胶化合物，然后进行铺展，在双辊碾磨机和剪切成小条在第二个阶段，切割的橡胶片，混炼约3分钟。前加入硫。的化合物，然后混合另外2分钟。从搅拌机中取出之前。该化合物是立即成片并准备成型。表I色母粒配方组成从分析中，硫化特性通过最佳的硫化时间，焦烧时间，最大值和最小值得到的扭矩来表征。在这项研究中的填充的橡胶复合物的硫化特性，在图2中给出，并总结在表Ⅱ中。由于最小硫化特性的相对扭矩都无法使用，因此，重新定义％的治愈率扭矩达到最大扭矩的x％时的时间，即时间的扭矩值达到最大扭矩的90％。硫化特性被用于的交联密度和设置硫化条件的定性指示。图2一填充NR胶的硫化特性（160°C）硫化后，在30分钟的压缩模具中在160°C的预成型，硫化过程继续通过三种不同的方法的压缩模内硫化，空气烘箱硫化，富氮空气硫化。对于所有的硫化方法，继续在160°C硫化达到62％，72％，81％，89％和94％的硫化程度。这里检测的是填充硫化样品的机械性能，硬度和抗压性能。通过使用D型硬度的硬度试验进行根据ASTM2240。压缩应力应变性能的测定按照BS903部分A4方法，样品在经过连续4压缩周期频率0.026赫兹和25％的幅度。测试样品的形状是圆柱形的直径为29mm的土0.5毫米，高度为12.5毫米土0.5毫米。的压缩弹性模量在应变兆帕（Mpa）。例如，压缩在10％的应变模量，牛顿应用引起的压缩应变。A是原始截面积，单位是平方毫米。£的压缩应变表示为一小部分的高度为测试枚£％表示为100的一小部分的压缩应变。交联密度的测定硫化橡胶的交联密度是通过苯饱和溶液中浸泡78小时，快速确定溶胶排气膨胀测量硫化橡胶样品的交联密度。Flory-Rehner公式被广泛的应用于计算未填充硫化橡胶的近似交联密度。在我们的研究中，我们仍然可以使用这个公式进行定性比较子，因为增强填料（炭黑）和硫的量是相等的。不同于常见的惰性填料，硫不仅参与交联反应，但也溶于甲苯。结果与讨论硫化特性通过调整硫化时间填充硬质橡胶的橡胶样品具有相同的配方，其结果只受到交联密度的影响。在这里，硬质橡胶的交联密度的改变是通过前面提到的三个硫化方法并调整硫化时间而实现的。硬质胶的机械性能和三个硫化的橡胶样品的交联密度如表III所示。表面硬度图3表示出了表面硬度，D型的橡胶样品在三种硫化的方法作为硫化时间的函数。从该图中，随着硫化时间的增加，压缩模内硫化的表面硬度显示出最高值;其次氮硫化和空气烘箱。然而，在最适宜的硫化时间（94％），然而，在最适宜的硫化时间（94％），在氮气氛下硫化的样品具有最大的表面硬度。图3。相对硫化时间对表面硬度的影响压缩应力应变性能。图4和图5比较压缩模量。（在第1次压缩循环）的橡胶样品的硫化方法为一个函数硫化时间，分别在10％和20％的。可以看出，无论是在压缩模量10％和20％的对应以及与图3中的表面硬度，氮气硫化和压缩模硫化的硫化时间内压缩模量增加，空气烘箱硫化只有略微的增加。空气烘箱硫化较低的表面硬度，以及压缩模量的表明，发生氧化降解的速率与交联形成率相差不多。图4。硫化时间（在1周期）10％应变时的压缩弹性模量的效果。图5一压缩弹性模量在200Io应变硫化时间的影响（在1秒的周期）在4H压缩循环，10％应变时的氮气氛中硫化的样品的压缩模量大幅减少，而压缩模内硫化，模量基本保持不变（图6）。这一结果表明，交联网络对氮气硫化是削弱的，并不能承受高应变压缩周期。然而，在20％以上应变（图7），压缩模量仍高达1周期，这意味着没有经历过整个均匀20％的压缩应变振幅橡胶试验片，而是从表面一定深度处，并逐步延伸而在较大的周期数。图6。压缩模块在100lo应变时硫化时间的影响（40周期）。图7。硫化时间在20％应变时的压缩模量（在40周期）的效果。图8中所示的时间。可以看出，在较长的大致增加交联密度硫化时间后的表面硬度的情况下，类似的趋势和1个周期的施加压模量。我们发现的表面硬度和周期压缩模量，以及交联密度，最高的是压缩模内硫化，其次是氮气氛硫化。空气烘箱硫化，它的模量和交联密度不随着硫化时间的增加而显着改善，这是由于氧化降解率很高。对于压缩模内硫化，交联网络密度仍高。交联密度高可能是由于橡胶基体被密集的包覆。此外，在高压下在压缩模具硫化，样品完整地从氧气氧化降解的是主要原因。从肉眼观察，样品的横截面非常光滑。对于空气烘箱硫化，交联密度的样品压缩后仍然偏低。横截面表面的目视检查表明表面光滑，有弹性，预期是从轻交联的硬质橡胶。另一方面，氮气氛中硫化，交联网络的密度在随着硫化时间的大幅增大而急剧减少。减少后交联密度的压缩试验支持交联网络氮硫化永久损坏这一假设。即使样品并没有受到氧气，里面内置橡胶样品的热量可能会导致样本扩大，并有较高的孔隙率导致较弱的交联网络。据报道，使用含硫量高，硫化的橡胶化合物，通常是多硫交联网络的类型。在对比单一和二硫化物网作品中，多硫网络不稳定，容易老化。他们还发现，在更高的硫化温度，缩短多硫交联，形成二或单硫化物，考虑循环压缩后的网络不稳定，我们认为硫化样品在空气和氮气气氛下的交联结构为多硫结构。另一方面，从得到的交联网络的强度压模硫化意味着更高的压力和在压缩更好的热传递模具可能已经引起更高的温度下硫化，从而将多硫形成单或二硫化物交联。图8未处理的橡胶的交联密度随硫化时间的影响结论硬质橡胶的机械性能主要由交联的类型和网络决定。在这项研究中，硬质橡胶的交联密度是通过改变硫化时间来改变。在三种不同的硫化条件下，压缩模内硫化，氮气气氛硫化，空气烘箱硫化。我们发现，其表面硬度、加压弹性模量以及交联密度，最高的是在压缩模内硫化，其次是氮气氛硫化。对于在空气烘箱硫化，在较长的硫化时间内模量和交联密度的提高并不显著，这是由于氧化降解率很高。要研究交联网络的影响，将进行第四周期后和第一周期后的橡胶的交联密度来比较，经过4个连续的压缩周期的橡胶进与未处理的橡胶来比较。我们发现在保持高压缩模硫化时压缩模量和交联密度都显着氮气减少而减少。这一结果表明，压缩模内硫化的交联网络是最强的。在相同的硫化压力下，在压缩模没有氧气的情况下延长硫化时间有利于提高机械性能，从而形成具有高强交联网络的硬质橡胶。