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              硫化促進劑對氯丁橡膠壓變的影響

              硫化促進劑對氯丁橡膠壓變的影響

              • 分類:化工
              • 作者:黃良平 黃自華
              • 來源:株洲時代新材料科技股份有限公司技術中心
              • 發布時間:2015-09-01 15:16
              • 訪問量:

              【概要描述】壓縮永久變形是硫化橡膠重要的性能之一,硫化橡膠壓縮永久變形的大小,涉及到硫化橡膠的彈性與恢復。影響恢復能力的因素有分子之間的作用力(粘性)、網絡結構的變化或破壞、分子間的位移等。橡膠分子鏈在應力長時間作用下,會發生分子鏈的相對位移,產生應力松弛,應力除去后,橡膠分子的回復能力降低甚至失去,產生永久變形

              硫化促進劑對氯丁橡膠壓變的影響

              【概要描述】壓縮永久變形是硫化橡膠重要的性能之一,硫化橡膠壓縮永久變形的大小,涉及到硫化橡膠的彈性與恢復。影響恢復能力的因素有分子之間的作用力(粘性)、網絡結構的變化或破壞、分子間的位移等。橡膠分子鏈在應力長時間作用下,會發生分子鏈的相對位移,產生應力松弛,應力除去后,橡膠分子的回復能力降低甚至失去,產生永久變形

              • 分類:化工
              • 作者:黃良平 黃自華
              • 來源:株洲時代新材料科技股份有限公司技術中心
              • 發布時間:2015-09-01 15:16
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              詳情

                壓縮永久變形是硫化橡膠重要的性能之一,硫化橡膠壓縮永久變形的大小,涉及到硫化橡膠的彈性與恢復。影響恢復能力的因素有分子之間的作用力(粘性)、網絡結構的變化或破壞、分子間的位移等。橡膠分子鏈在應力長時間作用下,會發生分子鏈的相對位移,產生應力松弛,應力除去后,橡膠分子的回復能力降低甚至失去,產生永久變形。較高的交聯程度可減少橡膠分子的位移和應力松弛,保持較高的恢復能力、降低壓縮永久變形[1、2]。資料表明,有關氯丁膠壓縮永久變形的研究報道較少。王福坤[3]摘譯的“低壓縮永久變形氯丁橡膠的配方研究”中,探索了改進氯丁膠壓縮永久變形的硫化體系,發現鄰苯二酚和硼酸生成的酯(CTOB)與三甲基硫脲(TMU)并用的硫化體系可獲得低壓縮永久變形的硫化膠。氯丁橡膠壓縮永久變形的大小涉及到生膠、硫化體系、填料、增塑劑、加工助劑、硫化工藝等因素,但硫化體系無疑是最為重要、也是我們最為關注的影響因素之一,本工作研究了硫化體系及偶聯劑對氯丁膠壓縮永久變形的影響,希望對低壓縮永久變形氯丁膠的配方設計有一定的借鑒作用。
                1 試驗
                1.1 主要原材料
                氯丁橡膠S40V,日本電氣化學公司產品;促進劑乙烯基硫脲(ETU),浙江超細微化工有限公司產品;促進劑三甲基硫脲(TMU),日本大內新興公司產品;偶聯劑KH550,南京曙光化工公司產品;防老劑辛基化二苯胺(ODA);其他材料均為橡膠工業常用材料。
                1.2 試驗儀器與設備
                160×320開煉機,上海橡膠機械廠產;Y33-50A平板硫化機,江西萍鄉無線電專用設備廠;EK-2000無轉子硫化儀,臺灣育肯公司產。
                1.3 基本配方
                基本配方:S40V 100,MgO 4,硬脂酸0.5,ODA 2,N330 20,DOP 8,氧化鋅5,ETU 1。
                1.4 試驗方法
                壓縮永久變形按GB/T7759-1996試驗,使用A型試樣,試驗條件為:壓縮率25%,100℃,22h。
                2 結果與討論
                氯丁膠常用5份氧化鋅和4份氧化鎂硫化,可以得到綜合性能較好的硫化膠。在此基礎上,試驗了增大硫化劑氧化鋅用量對氯丁膠壓縮永久變形的影響,結果(圖1)顯示,隨氧化鋅用量的增大,氯丁膠的壓縮永久變形沒有明顯的變化,300%定伸強度變化也不明顯。氧化鋅作為氯丁膠的硫化劑,在沒有促進劑的情況下,可能發生下列反應:

               

                氧化鋅通過上述反應使氯丁膠硫化[4]。顯然,在配方中增加氧化鋅的用量,在一定程度上可能會加快硫化速度,但并不會改變交聯鍵的結構,同時對交聯密度的影響

               

                圖2為硫黃用量對氯丁膠壓縮永久變形的影響,結果表明,隨硫黃用量的增加氯丁膠壓縮永久變形增大,而且增大的幅度較大。硫黃可以硫化二烯類橡膠如天然膠、丁苯膠、順丁膠等,卻不能硫化氯丁膠,但這并表示硫黃不能參與氯丁膠硫化過程中的硫化反應。Tobolsky[5]等人提出的橡膠在高溫下壓縮永久變形的“雙網絡模型”理論,硫化膠在高溫下的壓縮永久變形與交聯密度及交聯網結構的熱穩定性有關。表1的結果表明,在氯丁膠配方中加入硫黃后,膠料的硬度和定伸強度增加,表明硫化膠交聯程度的增大。但交聯鍵結構也有所改變,因為硫黃的加入可能導致交聯結構中出現S-S鏈結構,而這種S-S鏈結構不穩定,容易在熱和力的作用下產生斷鏈,因此使硫化膠的壓縮永久變形增大。

               

              硫黃用量/份

              0

              0.5

              1.0

              1.5

              2.0

              邵A硬度/度

              64

              66

              67

              68

              68

              300%定伸強度/MPa

              7.2

              7.9

              8.2

              8.2

              8.4

              扯斷伸長率/%

              739

              718

              707

              705

              707

              拉伸強度/ MPa

              25.0

              23.7

              24.0

              24.6

              23.9

                圖3為促進劑ETU用量對氯丁膠壓縮永久變形的影響,結果表明,隨ETU用量的增大,硫化膠的300%定伸強度逐漸增大,壓縮永久變形逐漸減小。促進劑ETU用量的增加將導致交聯程度的增大,從而使壓縮永久變形減小。
                圖4比較了促進ETU和TMU對氯丁膠壓縮永久變形的影響,顯而易見,在等用量的前提下,促進劑ETU具有更小的壓縮永久變形性能。
                圖5為偶聯劑KH550用量對氯丁膠壓縮永久變形的影響,結果表明,隨偶聯劑用量的的增加,氯丁膠的壓縮永久變形先是減小,到最小值后逐漸增大。本試驗配方中,KH550用量1.5份時,壓縮永久變形達到最小值。
                眾所周知,偶聯劑是一種具有特殊結構的有機硅化合物,在它的分子中,同時具有能與無機材料結合的反應性基團和與有機材料結合的反應性基團。偶聯劑在氯丁膠體系中起著偶聯和填充的雙重作用,當偶聯劑用量較少時,橡膠大分子受束縛較小,易滑動取向,應力分布均勻,因而能提高拉伸強度,同時減小壓縮永久變形;隨著偶聯劑用量的增加,橡膠分子的束縛程度進一步加深,膠料的交聯程度進一步提高,因而壓縮永久變形逐漸減??;偶聯劑用量繼續增加,偶聯劑則顯現出明顯的填充作用,使橡膠大分子鏈容易滑動,在應力的作用下易產生不可恢復的變形,導致壓縮永久變形的增大。

               

                結論
                配方因素對氯丁膠的壓縮永久變形的影響研究結果表明:在氧化鋅用量5份的基礎上再增加其用量不能降低氯丁膠的壓縮永久變形;硫黃用量增加壓縮永久變形增大;促進劑ETU用量增加壓縮永久變形減小,TMU作促進劑的硫化膠比ETU有更小的壓縮永久變形;隨偶聯劑用量的的增加,氯丁膠的壓縮永久變形先是減小,到最小值后逐漸增大,本試驗中偶聯劑用量為1.5份時氯丁膠的壓縮永久變形最小。

               

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