影響硫化橡膠壓縮永久變形的因素

      壓縮永久變形是橡膠制品的重要性能指標之一。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(fù)。有些人往往簡單地認為橡膠的彈性好，其恢復(fù)就快，永久變形就小。這種理解是不夠的，彈性與恢復(fù)是相互關(guān)聯(lián)的兩種性質(zhì)。但有時候，橡膠的本質(zhì)沒有發(fā)生根本的變化，永久變形的大小主要是受橡膠恢復(fù)能力的變化所支配。影響恢復(fù)能力的因素有分子之問的作用力(粘性)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化或破壞、分子問的位移等。當(dāng)橡膠的變形是由于分子鏈的伸張引起的，它的恢復(fù)(或永久變形的大小)主要由橡膠的彈性所決定：如果橡膠的變形還伴有網(wǎng)絡(luò)的破壞和分子鏈的栩?qū)α鲃樱@部分可以說是不可恢復(fù)的，它是與彈性無關(guān)的。所以，凡是影響橡膠彈性與恢復(fù)的因素，都是影響硫化橡膠壓縮永久變形的因素。

      有幾個概念，如彈性、打擊彈性(回彈性)、彈性與模量、壓縮永久變形、扯斷永久變形等，它們之問的關(guān)系，不易表述清楚現(xiàn)把我個人的理解提出與大家討論。

      彈性——橡膠的彈性應(yīng)是琿論上的一個概念，它表示橡膠分子鏈段和側(cè)基內(nèi)旋轉(zhuǎn)的難易程度，或是橡膠分子鏈柔順及分子問作用力的大小。對于硫化橡膠，其彈性還與交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)密度及規(guī)整性有關(guān)。

      彈性與扯斷永久變形——我們常說天然橡膠的彈性很好，但它的扯斷永久變形往往是很大的，這主要是天然橡膠仲長率很大，仲長過程中造成網(wǎng)絡(luò)的破壞及分子鏈的位移很大，斷裂后的恢復(fù)歷程長和不可恢復(fù)的部分增加。如果以定仲長的永久變形作比較，天然橡膠的永久變形就不一定很大了。

      打擊彈性或回彈性是在定負荷(或定能量)條件下測定的，其彈性的大小與硫化膠的交聯(lián)程度或模量有直接的關(guān)系，表述的是橡膠彈性和粘性(或吸收)的綜合。

      壓縮永久變形是在定變形條件下測定的，其值的大小與橡膠的彈性及恢復(fù)能力有關(guān)。下面談?wù)動嘘P(guān)橡膠彈性與恢復(fù)的個人認識

      一、橡膠的彈性

      1．橡膠的種類

      彈性取決于橡膠分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)難易，分子問作用力的大小。如天然膠、順丁膠、丁基膠、硅橡膠等被認為足彈性好的橡膠。

      2．分子量的大小

      影響分子鏈的卷曲程度、無用未端的數(shù)量。分子量大，彈性較好。

      3．共聚橡膠的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)

      丁苯膠、丁腈膠中隨苯乙烯和丙烯腈含量的增加彈性變差。乙丙橡膠中，丙烯的含量為4O～5O％時彈性最好，這時形成的共聚物是無規(guī)共聚物，如果乙烯含量超過7O％，形成較長的乙烯嵌段，長乙烯嵌段易形成結(jié)品而使乙丙膠失去彈性。

      二、補強填充劑對硫化膠彈性的影響

      非炭黑補強填充劑會損害橡膠的彈性，增大壓縮永久變形。這與在應(yīng)力作用下，橡膠分子在非活性填充劑表面滑動，除去應(yīng)力以后，又阻礙分子鍵的恢復(fù)有關(guān)。偶聯(lián)荊的應(yīng)用可以大大地改善非補強填充劑對硫化膠彈性的影響(改善填充荊的分敝性和表面活性)大多文獻資料中都說，隨著炭黑粒徑的增大，硫化膠的彈性增強，但往往忽略了填充量對硫化橡膠彈性的影響。實際上各種橡膠產(chǎn)品都有一定的硬度和強度要求，如單一地使用低補強性炭黑時，用量需要增大，這樣同樣會損害橡膠的彈性和恢復(fù)。在一定變形量的硫化橡膠中，填充的橡膠分子鏈的變形量要比實際變形量大，擴大的數(shù)值與填充量成比例。變形量的增大同樣會影響橡膠分子鏈的位移位置和恢復(fù)，增大永久變形。采用適當(dāng)?shù)匮a強劑并用和適當(dāng)?shù)鼗旌瞎に嚕够鞜捘z獲得理想的結(jié)構(gòu)形態(tài)，可以得到高彈性的硫化橡膠。

       三、軟化荊和增塑荊

      軟化荊通常指與橡膠桕容性火是很好的汕類或樹脂，增塑荊指與橡膠桕容性好的油或樹脂。它們既可增加橡膠的彈性(降低分子問的作用力、增加分子鏈柔順性)，又可能提高分子鏈的移動性。但是這兩種影響可以通過軟化劑、增塑劑的合理用量和并用，以及適當(dāng)?shù)募庸すに噥碚{(diào)節(jié)，使得到彈性良好的硫化橡膠。在某些場合，可以起到特殊的效果。

      四、硫化橡膠的交聯(lián)程度和硫化膠結(jié)構(gòu)

      對壓縮永久變肜的影響

      1．交聯(lián)程度的影響

      橡膠分子鏈在應(yīng)力長時問作用下，會發(fā)生分子鏈的桕對位移，產(chǎn)生應(yīng)力松弛，有些情況甚至可以松弛至零，應(yīng)力除去后，橡膠分子的回復(fù)能力降低甚至失去，產(chǎn)生永久變形。較高的交聯(lián)程度可減少橡膠分子的位移和應(yīng)力松弛，保持較高的恢復(fù)能力、降低壓縮永久變形。

       2．硫化作用的影響

       硫化橡膠的壓縮永久變形通常在較高的溫度下進行。未消耗的硫化劑產(chǎn)生的后硫化作用，使變形后的橡膠分子被新形成的交聯(lián)鍵所束縛，除去應(yīng)力后的橡膠分子的恢復(fù)受阻，產(chǎn)生較大的永久變形。這種后交聯(lián)作用與第l點所講的交聯(lián)程度是不同的。

      3．交聯(lián)結(jié)構(gòu)與化學(xué)應(yīng)力松弛

       多硫交聯(lián)鍵在高溫長時問的氧化作用下，產(chǎn)生交聯(lián)鍵的斷裂，致使發(fā)生化學(xué)應(yīng)力松弛，分子鏈產(chǎn)生位移。斷裂的交聯(lián)鍵在不受力的地方形成新的交聯(lián)。這種化學(xué)應(yīng)力松弛所造成的壓縮永久變形增大是由于分子鏈位移和分子鏈恢復(fù)受阻雙重作用造成的。解決的方法是改變交聯(lián)結(jié)構(gòu)和加強抗氧化作用。

      五、低溫壓縮永久變形(耐寒系數(shù))

       影響硫化橡膠的低溫壓縮永久變形的囚素依然可以說是彈性與恢復(fù)。表現(xiàn)形式是橡膠分子鏈的結(jié)品與玻璃化，解決的方法：一是降低橡膠的玻璃化溫度：二是破華橡膠的結(jié)品性。對于不同的橡膠品種，所采取得措施足不同，如對于易結(jié)品的天然橡膠，可用改性劑或高溫硫化使其產(chǎn)生一定量的反式結(jié)構(gòu)，破壞它的低溫結(jié)品性。對于氯丁橡膠、乙丙橡膠，就要選用難結(jié)品的品種，同時應(yīng)用耐寒增塑劑，以降低其玻璃化溫度。對于丁腑橡膠主要足選用耐寒增塑劑降低其玻璃化溫度，有時候可能要采用一些非常規(guī)的方法才能達目的。