硫化参考资料压力对胶料性能的影响.pdf

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1、1 硫化压力对胶料性能的影响 橡胶件硫化的三大工艺参数是：温度、时间和压力。 其中硫化温度是对制品 性能影响最大的参数。 温度对橡胶制品的影响， 在很多文献资料中都可以查找得 到，但是很多文献都忽略了硫化压力对胶料硫化的影响。橡胶硫化压力， 是保证 橡胶零件几何尺寸、 结构密度、 物理机械性能的重要因素， 同时也能保证零件表 面光滑无缺陷，达到制品的密封、气密的要求。硫化压力并不是随意的，硫化压 力过大除了能损坏模具、设备、消耗电能外，同样也会影响制品的性能。带骨架 件会损坏骨架。压力小了会直接影响制品几何尺寸和物理机械性能。 橡胶制品需要硫化压力的目的一般以为是： (1) 防止胶料气泡的产生

2、，进步胶料的致密性； (2) 使胶料活动，布满模腔； (3) 进步附着力，改善硫化胶物理性能1 。 而国外在研究硫化压力时， 已经不单单局限于我们上面的一些研究，已经通 过调整硫化压力的大小来达到产品的一些特殊性能的要求，根据本人把握的情 况，国外橡胶厂家有如下一些对于硫化压力的共叫。 (1) 模压及移模注压的硫化方式，其模腔内的硫化压力为：10 20Mpa 。 (2) 注压硫化方式其模腔内的硫化压力为：0150Mpa 。 (3) 随着硫化压力的增大，产品的收缩率和产品的静态刚度有如图1 的变 化。 2 图 1 硫化压力与产品的径向刚度和胶料收缩率之间的关系图 从图 1 中可以明显的看到，随着

3、硫化压力的增大，其产品的静态刚度在逐 渐增大，而随着硫化压力的增大，其胶料的收缩率在逐渐的减小。 在国内的减振橡胶行业内， 对于调整产品的刚度， 普遍采用的依然是增加或 者降低产品所使用的胶料硬度， 而在国外，已经普遍采用了进步或者降低产品硫 化时的胶料硫化压力来调整产品的静态刚度。 (4) 随着胶料的硫化压力不断进步，其胶料的收缩率会出现如图2 的现象： 图 2 产品硫化压力与胶料的收缩率之间的关系图 随着硫化压力的不断进步， 产品胶料的收缩率会出现一个变态的现象，即当 产品胶料的硫化压力达到83Mpa时，产品胶料的收缩率为0，若产品胶料的硫 化压力继续不断上升， 产品胶料的收缩率会出现负值

4、，也就是说， 在这种超高的 产品胶料硫化压力下， 产品硫化出来经停放后， 其橡胶部分的尺寸比模具设计的 尺寸还要大。 本文希看通过对自然橡胶硫化压力改变的试验，得出一些硫化压力与胶料性 能和产品性能之间的规律，并对得出的结论进行一些理论分析。 3 1 试验部分 1.1 原材料及仪器 自然橡胶 (3# 烟片)，进口；高耐磨炭黑 (N330)，天津海豚；其余助剂均为 国产产业级。 YH3350型 50 吨四柱油压机，江西萍乡无线电专用设备厂产品； WHX20025型 300 吨油压注压机，无锡阳明橡胶机械厂产品；X(S)K160型 开炼机，上海橡胶机械厂产品； PT124B100型压力传感器，上海

5、朝辉压力仪器 制造厂产品； CSS55300型电子万能拉力机，美国TMS 公司产品； LXA 型硬 度计； UR2010型无转子硫化仪，台湾育肯科技股份有限公司产品； Radio1644A高阻电桥测试仪。 1.2 测试方法 胶料性能测试均按照国家有关标准进行。 1.3 试验工艺 1.3.1 胶料混炼工艺： 配合各种材料，在开炼机上混炼。加料顺序为： 生胶炭黑及其它助剂硫化剂薄通下片。混炼温度为40 至 50 ，时间为 30 分钟；硫化试片测试。 4 1.3.2 常规模压性能测试试片的制作： 图 3 胶料常规性能模压试片模具 图 3 显示的是常规试片模具，本试验在常规试片模具的上模板处加装了压

6、力传感器，用以测试试样在模腔中的压力变化。 1.3.3 常规注压性能测试试片的制作： 注压常规试片制作如图4，是在常规模压模具的上模板上开注胶孔，在注压 过程中包括了两个压力参数： 一是锁模力、 一是注胶压力， 因而不能使用平板硫 化机。注压的时候需要锁模力先把模具锁紧，注胶压力再把胶料注进模腔中，于 是实验选择在注压机上进行。注压机先给模具一个120MPa的锁模力，同时调 节注胶压力从 3MPa 到 20MPa 。同模压常规制片一样，通过压力传感器记录模 腔内的实际压力。 图 4 胶料常规性能注压试片制作示意图 5 1.3.4 模压恒压压缩永久变形试样的制备： 模压恒定压缩永久变形试样的制备

7、与GB/T7759-1996要求相同，为了丈 量模腔内的实际压力， 试验在模具内的一边钻一个孔， 保证压力传感器和其中的 一个模腔相连。 1.3.5 注压恒压压缩永久变形试样的制备： 这一实验也是在平板硫化机上完成，所用模具和模压恒压模具基本相同，见 图 5， 只需要把上模板换成注胶缸就可以了。 实验的时候把未硫化胶料放在70oC 的烘箱中 20min ，这是为了保证胶料在注压过程中较好的活动性。 图 5 胶料恒定压缩永久变形注压试样模具图 1. 导向销； 2. 下模板； 3. 压力传感器； 4、5. 上模板； 6. 注胶缸； 7. 顶出杆 2. 结果与讨论 2.1 硫化压力在模腔中的变化：

8、通过试验，得出了硫化常规试片过程中， 模压硫化方式模腔内硫化压力的变 化情况结果如图 6 所示，注压硫化方式模腔内硫化压力的变化情况结果如图7 所示。 6 图 6常规模压模腔内硫化压力的变化情况图 7常规注压模腔内硫化压力的变化情况 根据以上的试验结果可以看出， 常规模压和注压试片在硫化时， 压力首先升 高，到达峰值后再降低并达到平坦状态。分析为：当将胶料放进模腔内后，胶料 受热膨胀， 模腔内的胶料压力快速升高，当胶料硫化达到正硫化点后， 由于胶料 已经发生了硫化交联， 束缚了大分子链的活动， 微观发生的现象是， 同一时间撞 击压力传感器探头的分子数目减小，宏观的表现是压力下降并达到平坦状态。

9、 同时从图 6 和图 7 还可以比较看出，胶料在注压方式下 (硫化压力相对较大 ) 到达胶料硫化压力的最高点比模压方式下(硫化压力相对较小 )要早，这种现象也 就说明，硫化压力的进步会明显的进步胶料的硫化速率。 2.2 硫化压力对硫化胶常规性能的影响： 通过试验得出，模压硫化方式与注压硫化方式随着硫化时硫化压力的进步， 其胶料的 300% 定伸应力、拉伸强度、扯断伸长率和撕裂强度变化趋势一致， 以下是以模压硫化方式时， 随着硫化时硫化压力的进步， 其胶料性能的变化情况： 2.2.1 硫化压力对硫化胶的300% 定伸应力、拉伸强度和扯断伸长率变化 情况如下： 7 从图 8、 图 9 和图 10

10、可以看出，随着硫化压力的不断增加， 其胶料的 300% 定伸应力逐渐增大，拉伸强度逐渐增大，扯断伸长率逐渐减小。分析现象为：随 着硫化压力的不断增大， 其大分子链之间的间隔逐渐减小，导致硫化交联效率的 进步，从而引起胶料的交联密度增大，这一微观的变化导致了300% 定伸应力 逐渐增大、拉伸强度逐渐增大和扯断伸长率逐渐减小的现象。 图 8硫化压力对胶料300%定伸应力的影响图 9硫化压力对胶料拉伸强度的影响 8 图 10硫化压力对胶料扯断伸长变化率的影响 2.2.2 硫化压力对硫化胶撕裂强度的影响： 通过试验，其胶料随着硫化时硫化压力的不断进步，其胶料的撕裂强度如图 11 所示。 图 11 硫化

11、压力对胶料撕裂强度的影响 可以从图 11 看出，随着胶料在硫化时的硫化压力不断进步，其撕裂强度随 之却不断降低， 分析原由于： 根据传统的硫化理论， 硫化胶之间的交联键既有多 9 硫键，也有单、双硫键。因多硫键比单、双硫键有更高的撕裂强度2 。所以， 当多硫键增加时胶料的撕裂强度会增加，当单、双硫键增加时胶料的撕裂强度会 减小。本试验当中随着硫化压力的不断进步，橡胶大分子链间隔减小和交联密度 增加， 这也就是说硫化后的橡胶大分子链之间的均匀间隔减小了。均匀间隔减小， 使得单、双硫键的数目增加，单、双硫键数目增加，多硫键的减少导致硫化胶的 撕裂强度不断降低。 2.3 硫化压力对胶料的压缩永久变形

12、的影响： 随硫化压力的增加，其胶料的压缩永久变形变化如图12 所示，可以看出， 随着产品硫化压力的增大， 其胶料的压缩永久变形也随之下降，分析现象为： 随 着硫化压力的不断增大， 其大分子链之间的间隔逐渐减小，橡胶大分子链双键之 间发生交联的机率增大， 从而导致硫化交联效率的进步。宏观表现为胶料的交联 密度增大，胶料的压缩永久变形明显减小。 图 12硫化压力对胶料压缩永久变形的影响 2.4 硫化压力对减震橡胶产品性能的影响： 10 对于硫化压力对减震橡胶产品的影响，我们以最常见的减震橡胶垫进行了相 应的试验，在模具的型腔面打孔并安装压力传感器。对比了模压和注压两种硫化 方式下硫化压力的变化对产

13、品性能的影响，试验结果如下：通过表1 可以看出， 注压硫化方式其胶料硫化时的压力比模压硫化方式要高一倍以上。另外，达到相 同的产品静刚度，注压方式的硫化胶料要明显比模压方式时的硫化胶料硬度低， 这对减震橡胶制品高硬度胶料静刚度的调节提供了另外一种途径。最为重要的 是，产品的压缩永久变形减少了42 ，这就相应的进步了减震橡胶产品在变形 方面的寿命。 表 1 硫化压力对减震橡胶产品的性能影响 3. 小结 1. 在模压和注压方式下， 模腔内胶料的硫化压力随着时间的延长，其硫化压 力总是先增高后减小，并终极处于平坦状态。 2. 随着胶料硫化压力的进步，其胶料的300 定伸和拉伸强度均随之进步， 11 其胶料的扯断伸长率、撕裂强度和压缩永久变形却随之下降。 3. 在减震橡胶制品硫化过程中， 注压硫化方式中模腔内胶料的压强比模压硫 化方式的压强高一倍以上。产品达到相同的静刚度所需的胶料硬度有较大差别。 随产品硫化时的硫化压力进步，产品在压缩永久变形性能方面有明显的进步。