硫化壓力對膠料性能的影響

1、硫化壓力對膠料性能的影響摘要：通過在試驗過程中改變天然橡膠膠料的硫化壓力，得出硫化壓力在硫化過程中的變化規(guī)律和硫化壓力的變化對膠料性能和減震橡膠產(chǎn)品性能的影響，并初步分析了其產(chǎn)生的原因。關鍵詞：硫化壓力。硫化體系橡膠件硫化的三大工藝參數(shù)是：溫度、時間和壓力。其中硫化溫度是對制品性能影響最大的參數(shù)。.橡膠件硫化的三大工藝數(shù)：溫度、時間和壓力。其中硫化溫度是對制品性能影響最大的參數(shù)。溫度對橡膠制品的影響，在很多文獻資料中都可以查找得到，但是很多文獻都忽略了硫化壓力對膠料硫化的影響。橡膠硫化壓力，是保證橡膠零件幾何尺寸、結構密度、物理機械性能的重要因素，同時也能保證零件表面光滑無缺陷，達到制品的密封

2、、氣密的要求。硫化壓力并不是隨意的，硫化壓力過大除了能損壞模具、設備、消耗電能外，同樣也會影響制品的性能。帶骨架件會損壞骨架。壓力小了會直接影響制品幾何尺寸和物理機械性能。橡膠制品需要硫化壓力的目的一般認為是： (1)防止膠料氣泡的產(chǎn)生，提高膠料的致密性； (2)使膠料流動，充滿模腔； (3)提高附著力，改善硫化膠物理性能1。 而外在研究硫化壓力時，已經(jīng)不單單局限于我們上面的一些研究，已經(jīng)通過調整硫化壓力的大小來達到產(chǎn)品的一些特殊性能的要求，根據(jù)本掌握的情況，國外橡膠廠家有如下一些對于硫化壓力的共識。 (1)模壓及移模注壓的硫化方式，其模腔內(nèi)的硫化壓力為：1020Mpa。 (2)注壓硫化方式其

3、模腔內(nèi)的硫化壓力為：0150Mpa。 (3)隨著硫化壓力的增大，產(chǎn)品的收縮率和產(chǎn)品的靜態(tài)剛度有如圖1的變化。 圖1 硫化壓力與產(chǎn)品的徑向剛度和膠料收縮率之間的關系圖從圖1中可以明顯的看到，隨著硫化壓力的增大，其產(chǎn)品的靜態(tài)剛度在逐漸增大，而隨著硫化壓力的增大，其膠料的收縮率在逐漸的減小。 在國內(nèi)的減振橡膠行業(yè)內(nèi)，對于調整產(chǎn)品的剛度，普遍采用的依然是增加或者降低產(chǎn)品所使用的膠料硬度，而在國外，已經(jīng)普遍采用了提高或者降低產(chǎn)品硫化時的膠料硫化壓力來調整產(chǎn)品的靜態(tài)剛度。 (4)隨著膠料的硫化壓力不斷提高，其膠料的收縮率會出現(xiàn)如圖2的現(xiàn)象： 圖2 產(chǎn)品硫化壓力與膠料的收縮率之間的關系圖隨著硫化壓力的不斷提

4、高，產(chǎn)品膠料的收縮率會出現(xiàn)一個反常的現(xiàn)象，即當產(chǎn)品膠料的硫化壓力達到83Mpa時，產(chǎn)品膠料的收縮率為0，若產(chǎn)品膠料的硫化壓力繼續(xù)不斷上升，產(chǎn)品膠料的收縮率會出現(xiàn)負值，也就是說，在種超高的產(chǎn)品膠料硫化壓力下，產(chǎn)品硫化出來經(jīng)停放后，其橡膠部分的尺寸比模具設計的尺寸還要大。 本文希望通過對天然橡膠硫化壓力改變的試驗，得出一些硫化壓力與膠料性能和產(chǎn)品性能之間的規(guī)律，并對得出的結論進行一些理論分析。 1 試驗部分 1.1 原材料及儀器 天然橡膠(3#煙片)，進口；高耐磨炭黑(N330)，天津海豚；其余助劑均為國產(chǎn)工業(yè)級。YH3350型50噸四柱油壓機，江西萍鄉(xiāng)無線電專用設備廠產(chǎn)品；WHX20025型30

5、0噸油壓注壓機，無錫陽明橡膠機械廠產(chǎn)品；X(S)K160型開煉機，上海橡膠機械廠產(chǎn)品；PT124B100型壓力傳感器，上海朝輝壓力儀器制造廠產(chǎn)品；CSS55300型電子萬能拉力機，美國TMS公司產(chǎn)品；LXA型硬度計；UR2010型無轉子硫化儀，臺灣育肯科技股份有限公司產(chǎn)品；Radio1644A高阻電橋測試儀。 1.2 測試方法 膠料性能測試均按照國家有關標準進行。 1.3 試驗工藝 1.3.1 膠料混煉工藝： 配合各種材料，在開煉機上混煉。加料順序為： 生膠炭黑及其它助劑硫化劑薄通下片?；鞜挏囟葹?0至50，時間為30分鐘；硫化試片測試。 1.3.2 常規(guī)模壓性能測試試片的制作： 圖3 膠料常

6、規(guī)性能模壓試片模具圖3顯示的是常規(guī)試片模具，本試驗在常規(guī)試片模具的上模板處加裝了壓力傳感器，用以測試試樣在模腔中的壓力變化。 1.3.3 常規(guī)注壓性能測試試片的制作： 注壓常規(guī)試片制作如圖4，是在常規(guī)模壓模具的上模板上開注膠孔，在注壓過程中包括了兩個壓力參數(shù)：一是鎖模力、一是注膠壓力，因而不能使用平板硫化機。注壓的時候需要鎖模力先把模具鎖緊，注膠壓力再把膠料注入模腔中，于是實驗選擇在注壓機上進行。注壓機先給模具一個120MPa的鎖模力，同時調節(jié)注膠壓力從3MPa到20MPa。同模壓常規(guī)制片一樣，通過壓力傳感器記錄模腔內(nèi)的實際壓力。 圖4 膠料常規(guī)性能注壓試片制作示意圖1.3.4 模壓恒壓壓縮永

7、久變形試樣的制備： 模壓恒定壓縮永久變形試樣的制備與GB/T7759-1996要求相同，為了測量模腔內(nèi)的實際壓力，試驗在模具內(nèi)的一邊鉆一個孔，保證壓力傳感器和其中的一個模腔相連。 1.3.5 注壓恒壓壓縮永久變形試樣的制備： 這一實驗也是在平板硫化機上完成，所用模具和模壓恒壓模具基本相同，見圖5，只需要把上模板換成注膠缸就可以了。實驗的時候把未硫化膠料放在70oC的烘箱中20min，這是為了保證膠料在注壓過程中較好的流動性。 圖5 膠料恒定壓縮永久變形注壓試樣模具圖 1.導向銷；2.下模板；3.壓力傳感器；4、5.上模板； 6.注膠缸；7.頂出桿2.結果與討論 2.1 硫化壓力在模腔中的變化：

8、 通過試驗，得出了硫化常規(guī)試片過程中，模壓硫化方式模腔內(nèi)硫化壓力的變化情況結果如圖6所示，注壓硫化方式模腔內(nèi)硫化壓力的變化情況結果如圖7所示。 圖6常規(guī)模壓模腔內(nèi)硫化壓力的變化情況圖7常規(guī)注壓模腔內(nèi)硫化壓力的變化情況根據(jù)以上的試驗結果可以看出，常規(guī)模壓和注壓試片在硫化時，壓力首先升高，到達峰值后再降低并達到平坦狀態(tài)。分析為：當將膠料放入模腔內(nèi)后，膠料受熱膨脹，模腔內(nèi)的膠料壓力快速升高，當膠料硫化達到正硫化點后，因為膠料已經(jīng)發(fā)生了硫化交聯(lián)，束縛了大分子鏈的活動，微觀發(fā)生的現(xiàn)象是，同一時間撞擊壓力傳感器探頭的分子數(shù)量減小，宏觀的表現(xiàn)是壓力下降并達到平坦狀態(tài)。 同時從圖6和圖7還可以比較看出，膠料在

9、注壓方式下(硫化壓力相對較大)到達膠料硫化壓力的最高點比模壓方式下(硫化壓力相對較小)要早，這種現(xiàn)象也就說明，硫化壓力的提高會明顯的提高膠料的硫化速率。 2.2 硫化壓力對硫化膠常規(guī)性能的影響： 通過試驗得出，模壓硫化方式與注壓硫化方式隨著硫化時硫化壓力的提高，其膠料的300%定伸應力、拉伸強度、扯斷伸率和撕裂強度變化趨勢一致，以下是以模壓硫化方式時，隨著硫化時硫化壓力的提高，其膠料性能的變化情況： 2.2.1 硫化壓力對硫化膠的300%定伸應力、拉伸強度和扯斷伸長率變化情況如下： 從圖8、圖9和圖10可以看出，隨著硫化壓力的不斷增加，其膠料的300%定伸應力逐漸增大，拉伸強度逐漸增大，扯斷伸

10、長率逐漸減小。分析現(xiàn)象為：隨著硫化壓力的不斷增大，其大分子鏈之間的距離逐漸減小，導致硫化交聯(lián)效率的提高，從而引起膠料的交聯(lián)密度增大，這一微觀的變化導致了300%定伸應力逐漸增大、拉伸強度逐漸增大和扯斷伸長率逐漸減小的現(xiàn)象。 圖8硫化壓力對膠料300%定伸應力的影響圖9硫化壓力對膠料拉伸強度的影響圖10硫化壓力對膠料扯斷伸長變化率的影響2.2.2 硫化壓力對硫化膠撕裂強度的影響： 通過試驗，其膠料隨著硫化時硫化壓力的不斷提高，其膠料的撕裂強度如圖11所示。 圖11硫化壓力對膠料撕裂強度的影響可以從圖11看出，隨著膠料在硫化時的硫化壓力不斷提高，其撕裂強度隨之卻不斷降低，分析原因為：根據(jù)傳統(tǒng)的硫化

11、理論，硫化膠之間的交聯(lián)鍵既有多硫鍵，也有單、雙硫鍵。因多硫鍵比單、雙硫鍵有更高的撕裂強度2。所以，當多硫鍵增加時膠料的撕裂強度會增加，當單、雙硫鍵增加時膠料的撕裂強度會減小。本試驗當中隨著硫化壓力的不斷提高，橡膠大分子鏈距離減小和交聯(lián)密度增加，這也就是說硫化后的橡膠大分子鏈之間的平均距離減小了。平均距離減小，使得單、雙硫鍵的數(shù)目增加，單、雙硫鍵數(shù)目增加，多硫鍵的減少導致硫化膠的撕裂強度不斷降低。 2.3 硫化壓力對膠料的壓縮永久變形的影響： 隨硫化壓力的增加，其膠料的壓縮永久變形變化如圖12所示，可以看出，隨著產(chǎn)品硫化壓力的增大，其膠料的壓縮永久變形也隨之下降，分析現(xiàn)象為：隨著硫化壓力的不斷增

12、大，其大分子鏈之間的距離逐漸減小，橡膠大分子鏈雙鍵之間發(fā)生交聯(lián)的機率增大，從而導致硫化交聯(lián)效率的提高。宏觀表現(xiàn)為膠料的交聯(lián)密度增大，膠料的壓縮永久變形顯著減小。 圖12硫化壓力對膠料壓縮永久變形的影響2.4 硫化壓力對減震橡膠產(chǎn)品性能的影響： 對于硫化壓力對減震橡膠產(chǎn)品的影響，我們以最常見的減震橡膠墊進行了相應的試驗，在模具的型腔面打孔并安裝壓力傳感器。對比了模壓和注壓兩種硫化方式下硫化壓力的變化對產(chǎn)品性能的影響，試驗結果如下：通過表1可以看出，注壓硫化方式其膠料硫化時的壓力比模壓硫化方式要高一倍以上。另外，達到相同的產(chǎn)品靜剛度，注壓方式的硫化膠料要明顯比模壓方式時的硫化膠料硬度低，這對減震橡膠制品高硬度膠料靜剛度的調節(jié)提供了另外一種途徑。最為重要的是，產(chǎn)品的壓縮永久變形減少了42，這就相應的提高了減震橡膠產(chǎn)品在變形方面的壽命。 表1硫化壓力對減震橡膠產(chǎn)品的性能影響 3.結論 1.在模壓和注壓方式下，模腔內(nèi)膠料的硫化壓力隨著時