天然橡胶硫化胶的物理机械性能研究

发布日期:2015-06-05 10:30:51
分别为胶粉(片)/天然橡胶硫化胶的拉伸强度、300%定伸强度、 扯断伸长率图和硬度图,分别比较了由机械力化学改性的胶粉(即胶片)、只在机 械力作用下改性的胶粉(即无TT胶片)、胶粉与基质胶制备的硫化胶的物理机械性 能。由图4.4〜图4.6可以看出,胶片/天然橡胶硫化胶比胶粉/天然橡胶明显表现 出更好的拉伸强度、300%定伸强度、扯断伸长率。这是由于胶料中掺用胶粉后, 复合胶料硫化后存在一个交联梯度,形成强度集中区[9],在拉伸外力作用下,强 度集中区易产生裂纹,从而引发胶料断裂。而胶粉在机械力化学作用下,分子链 断裂,产生活性点,而且促进剂TT分子链断裂也会产生活性基团,易与断裂的 胶粉分子链结合,在与基质胶共混时相容性较好,在硫化期生成更多的交联键, 硫化胶的综合力学性能有明显地提高。机械力化学方法对胶粉改性有很好的效果。
由图4.4可以看出,随着胶粉(片)质量份的增加,胶粉(片)/天然橡胶的拉伸强 度逐渐减小,当胶粉(片)为20phr,胶片/天然橡胶硫化胶的拉伸强度达到 22.73MPa,当胶粉(片)为lOOphr,胶片/天然橡胶硫化胶的拉伸强度为17.84MPa, 比相同质量份下的无TT胶片/天然橡胶硫化胶的拉伸强度提高了 1倍,比胶粉/ 天然橡胶有更明显地提高。当胶粉在硫化胶中的含量较少时,胶粉充当填充剂, 其拉伸强度比无TT胶片/天然橡胶的拉伸强度稍大。由图4.5可以看出,随着胶 粉(片)质量份的增加,胶片/天然橡胶的300%定伸强度是逐渐增强的,而胶粉/天
然橡胶和无TT胶片/天然橡胶300%定伸强度变化不是太大。三者比较,胶片/天 然橡胶有较高的300%定伸强度,当胶片的质量份为lOOphr,胶片/天然橡胶的 300%定伸强度达到7.58MPa,而胶粉/天然橡胶的300%定伸强度只有2.46MPa。 由图4.6可以看出,随着胶粉(片)质量份的增加,胶粉(片)/天然橡胶的扯断伸长率 均呈现下降的总体趋势。由图4.7看出,当胶粉和胶片为相同质量份时,胶片/天 然橡胶硫化胶呈现较高的硬度;随着胶粉(片)/天然橡胶质量份的增加,胶粉(片)/ 天然橡胶的硬度有稍微增大趋势。
WRP content/phr
Fig, 4.5 Modulus at300%of rubber power (piece)/NR valcanizates 图4.5胶粉(片)/天然橡胶硫化胶300%定伸强度图
4.3.3胶粉(片)/天然橡胶硫化胶的撕裂强度研究
图4.8为胶粉(片)/天然橡胶撕裂强度图,胶片/天然橡胶硫化胶的撕裂强度比 胶粉/天然橡胶硫化胶和无TT胶片/天然橡胶硫化胶的撕裂强度有显著提高;随着 胶片含量增加,胶粉(片)/天然橡胶硫化胶的撕裂强度是逐渐降低的;当胶片含量 为40phr时,胶片/天然橡胶硫化胶的撕裂强度为53.97 MPa;当胶片含量为lOOphr,
胶片/天然橡胶硫化胶撕裂强度为35.54MPa,无TT胶片/天然橡胶的撕裂强度为 21.01MPa而胶粉/天然橡胶硫化胶的撕裂强度只有14.60MPa。这是由于胶片经过 机械力化学改性后,与基质胶天然橡胶的相容性变好,天然橡胶为结晶型橡胶, 在室温下撕裂时,会引起分子链沿拉伸方向的取向结晶,导致撕裂路径改为多节 撕裂,撕裂能增大而使撕裂强度变高[1()]。
WRP content/phr
Fig. 4.8 Tear strength of rubber power (piece)/NR valcanizates 图4.8胶粉(片)/天然橡胶硫化胶撕裂强度图
4.3.4胶粉(片)/天然橡胶硫化胶的压缩永久变形研究
图4.9为胶粉(片y天然橡胶压缩永久变形图,经过机械力化学改性过的胶片/ 天然橡胶硫化胶有较小的压缩永久变形,随着胶片含量的增加,硫化胶的压缩永 久变形没有超过5%;当胶片含量为lOOphr时,硫化胶的压缩永久变形为3.73%, 只经过机械力改性过的无TT胶片/天然橡胶在胶片含量较低时,其压缩永久变形 较小,无TT胶片含量较高时,其压缩永久变形逐渐增大,当无TT胶片含量为 lOOphr,其压缩永久变形也只有8.54%;胶粉/天然橡胶硫化胶的压缩永久变形明 显高于两种胶片/天然橡胶硫化胶,这也可能归因于其硫化胶较低的交联程度,当 胶粉含量为lOOphr时,胶粉/天然橡胶硫化胶的压缩永久变形达到21.06%。
4.3.5胶粉(片)/天然橡胶硫化胶的磨耗体积研究
图4.10为胶粉(片)/天然橡胶磨耗体积的比较,由图4.10可知,经过机械力化 学改性后的胶片/天然橡胶磨耗体积与胶粉/天然橡胶和无TT胶片/天然橡胶相比 较,有明显地降低。说明经过机械力化学改性后的胶片/天然橡胶硫化胶的耐磨性 提高。耐磨耗性能表征是硫化胶抵抗摩察力作用下因表面破坏而使材料损耗的能 力,是与橡胶制品的使用寿命密切相关的力学性能。耐磨性与硫化胶的硫化体系 有关,胶片/天然橡胶硫化胶的耐磨性提高,说明其有较高的交联网络结构,而且 该硫化体系为半有效硫化体系,该体系中以单硫键为主,所以其耐磨性增强。当 然耐磨性与补强体系也有很大的关系,在该体系中,以白炭黑为补强剂的胶片/ 天然橡胶硫化胶的磨耗体积在2cm3左右,当胶片为lOOphr时,硫化胶的磨耗体 积为 1.61cm3。