硫化膠的力學(xué)性能

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1、硫化膠的力學(xué)性能硫化膠能作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用，首先在于它具有獨(dú)特的性能：在很小的機(jī)械作用下，變形可高達(dá)百分之?dāng)?shù)百而不損壞；在機(jī)械作用下，形狀發(fā)生變化而體積保持不變：除去外力后，能恢復(fù)原來的形狀：在變形過程中吸收機(jī)械能，在隨后的恢復(fù)中又釋放出機(jī)械能。硫化膠的力學(xué)性能和金屬的性能截然不同，金屬在其變形不大于1%的情況下，才能保持彈性和具有高的抗變形性。塑料和化學(xué)纖維與硫化膠的區(qū)別在于：它們除去機(jī)械力后，不能迅速恢復(fù)原來的形狀。硫化膠的力學(xué)性能決定于它的高彈性和松弛性質(zhì)，即決定于應(yīng)力與負(fù)荷作用的時(shí)間和變形速度的依賴關(guān)系。在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)荷下，硫化膠均呈現(xiàn)出這些性質(zhì)。硫化膠力學(xué)性能的研究，是以研究

2、其物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)、高彈變形和松弛過程的性質(zhì)為基礎(chǔ)的。雖然有許多著作研究了分子水平或超分子水平的橡膠結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，但所得結(jié)果尚不能具體地預(yù)告成分復(fù)雜的復(fù)合材料——硫化膠的力學(xué)性能。因此，雖然在大多數(shù)情況下，在理論上可以解釋具體硫化膠力學(xué)行為的特點(diǎn)，但卻不能作為制備具有指定力學(xué)性能的硫化膠的充分根據(jù)。下面闡述硫化膠的力學(xué)性能與橡膠品種、膠料配方以及制品所用膠料的工藝特點(diǎn)的關(guān)系。這里所介紹的在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)荷下，硫化膠行為的主要規(guī)律性，僅只是對(duì)于制造具有指定力學(xué)性能的硫化膠時(shí)，為解決工藝方面問題所必需的。硫化膠在靜態(tài)負(fù)荷下的力學(xué)性能硫化膠在靜態(tài)負(fù)荷下，具有強(qiáng)度和彈性松弛兩種性能。強(qiáng)度

3、性能指標(biāo)表示硫化膠在機(jī)械力的作用下，抵抗破壞的能力。通常測(cè)定拉伸強(qiáng)度(fg)和撕裂強(qiáng)度(B)。硬度、蠕變和應(yīng)力松弛指標(biāo)表示彈性松弛性能。常常用拉伸強(qiáng)度指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)，比較鑒定不向的硫化膠和控制硫化膠的質(zhì)量。這種方法驟然看來似乎是錯(cuò)謬的，因?yàn)橄鹉z制品在使用條件下，不會(huì)發(fā)生在做拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的那樣大的變形。但是許多橡膠制品的實(shí)際使用壽命與拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度卻有比例關(guān)系。例如，變形受骨架材料限制的通舊運(yùn)輸帶復(fù)蓋膠的耐磨性和硫化膠的拉伸強(qiáng)定戒正比。大多數(shù)受力的和耐沖擊的橡膠制品、橡膠支座、管接頭和緩沖器，共耐久性嶼隨硫化膠強(qiáng)度的提高而增加。對(duì)密封制品來說，硫化膠的撕裂強(qiáng)度低，會(huì)使橡膠在結(jié)合

4、面間的縫隙處被擠撕而破壞密封?？磥?，拉伸強(qiáng)度指標(biāo)能反映硫化膠的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定著使用條件下實(shí)際變形較小時(shí)硫化膠的行為。最近有人提出了在有限變形條件下，測(cè)定硫化膠強(qiáng)度性能的新方法。據(jù)稱，用切斷法測(cè)定的硫化膠強(qiáng)度性能和拉伸強(qiáng)度相比，能更好地表征制品的硫化膠的性能。但這并不總是能得到制品使用結(jié)果的證實(shí)，例如，當(dāng)運(yùn)輸帶復(fù)蓋膠使用結(jié)晶型橡膠和活性炭黑時(shí)，其耐用性和耐磨性顯著提高，雖然硫化膠的切斷強(qiáng)度與橡膠的結(jié)晶能力、填充劑的類型和用量關(guān)系不大，而且，使用活性炭黑時(shí)切斷強(qiáng)度還可能降低。以拉伸結(jié)晶橡膠為基礎(chǔ)的最高。隨著滯后損失的增大，其小包括在非結(jié)晶型橡膠的膠料中加入填充劑，拉伸強(qiáng)度均會(huì)

5、增大。所以，提高溫度和降低拉伸速度，在膠料中加入軟化劑，以及降低定向能力和滯后損失的其他因素，都可導(dǎo)致強(qiáng)度降低。通常扯斷伸長(zhǎng)率(ep)低的硫化膠，其拉伸強(qiáng)度也低。在許多情況下，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度成正比。撕裂強(qiáng)度通常隨扯斷伸長(zhǎng)率和滯后損失的降低，以及硫化膠因過硫或老化時(shí)硬度增大而降低。配方和工藝因素對(duì)撕裂強(qiáng)度的影響，要比對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響大。在選擇制造豫膠工業(yè)制品山的硫化膠時(shí)，剛性是其主要判斷標(biāo)準(zhǔn)之一。例如，受力的減震像膠制品往負(fù)荷下，結(jié)構(gòu)部件的變形取決于剛性。密封件的最適宜的剛性值，取決于必須的或允許的壓縮應(yīng)力、硫化膠擠撕于間隙的可能性和在高溫及高壓介質(zhì)中機(jī)械損壞的可能性。剛性可理解為

6、試樣的抗變形性。因此，模量值是硫化膠的剛性表征之一，通常采項(xiàng)給定拉伸速度下的定伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)里作為模量。常用硫化膠的硬度來評(píng)定硫化膠的剛性，硬度表示硫化膠變形極小時(shí)的彈性模量。根據(jù)應(yīng)力—應(yīng)變曲線的形狀，不同的硫化膠，300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率可能相同，但這些硫化膠的定伸應(yīng)力與負(fù)荷的依賴關(guān)系可能完全不同。因此，硫化膠剛性的評(píng)定，應(yīng)當(dāng)在變形值一定應(yīng)力-應(yīng)變依賴關(guān)系一定的條件下進(jìn)行。甚至同一配方的硫化膠由于膠料制造工藝的差異，其應(yīng)力—應(yīng)變曲線的形狀也可能不同。定伸應(yīng)力值完全取決于試樣變形的程度。例如，變形由2%增加到20%時(shí)，定伸應(yīng)力可能增大一倍。硫化膠的強(qiáng)度和硬度與膠料所用膠種、

7、配方和硫化程度有關(guān)(表2—1)。從表中可以看出，每種橡膠均可制成強(qiáng)度和硬度各不相同的硫化膠。這些性能與填充劑和軟化劑的類型和用量關(guān)系甚大，而硫化體系的影響則較小。當(dāng)膠料的含膠率低時(shí)，通常硫化膠的強(qiáng)度指標(biāo)也比較低(圖2—1)，但膠科的成本也低。