硫化橡胶的静态机械性能与配合的关系

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硫化橡胶的性能主要指机械性能、耐热性能、耐寒性能、耐介质性能、耐燃性能和电绝缘性能等，它们对橡胶制品的运用性能和产质量量具有决议性影响。

硫化橡胶的性能与配方组分密切有关，选择不同的配方组分，可使硫化橡胶的性能在较宽的范围内变更。研讨表明，硫化橡胶性质与组分之间不是肯定的函数关系，而是不肯定的相关关系。

橡胶性能可分为两大类，即结构性能和功用特性：前者指高弹性和强度等力学性能；后者指它的物理特性和化学特性。结构性能，即机械力学性能最为重要，由于它是一切性能的基础。

一、物理机械性能（343页）

橡胶的机械性能的特性是具有高弹性和松弛特性，无论在静态或在动态条件下均如此。

（一）静态机械性能

硫化橡胶的静态机械性能主要包含拉伸强度、撕裂强度和弹性松弛性能（如刚性、蠕变和应力松弛等）。其中，刚性时资料的主要弹性指标之一，主要包含定伸应力和硬度。

各种硫化橡胶的普通物理机械性能（表414）。

每种橡胶的机械性能随配方组成不同的变更范围很大，主要影响要素是硫化体系、炭黑与填料、以及增塑剂等。

在橡胶配方中，增加填料用量，降低含胶率，会降低硫化胶强度，但同时可降低胶料成本。

1.机械性能与配合

（1）刚性

又称刚度，它是表示资料抗变形才干的参数，通常用定伸应力或硬度来表示。而硬度实践上是极低变形下的弹性模量。

硫化橡胶刚性随交联密度增加而增加，无论纯胶胶料或炭黑补强胶料都是这样。

在交联密度相等的条件下，橡胶的刚性随炭黑用量增加而增大。

（2）扯断伸长率

简称伸长率，时坚持橡胶状态的主要性能之一，常以其变更率表示橡胶的老化特性。硫化胶是由线性橡胶大分子经交联生成网状结构的弹性资料，这种网状结构直接影响硫化胶的伸长率和其它性能。

普通来说，橡胶扯断伸长率（ε）随交联密度（Ｎ）增加而降低，其关系式可表示：

ε∝Ｎ-1/2

由公式可见，伸长率与交联密度的平方根成反比，交联密度越大，伸长率越低。式子中指数-1/2并不是指一切橡胶和一切硫化体系。例如丁苯橡胶采用过氧化物硫化时，其指数时-1左右；用硫黄硫化时，指数稍高；试样老化时指数为-3~-4。

伸长率随炭黑用量的增加而降低，并随炭黑结构度增加而降落。炭黑粒径对伸长率影响相对较小。

影响扯断伸长率的其他要素还有交联合构、混炼工艺和橡胶分子量等。

（3）拉伸强度

拉伸强度是权衡和评价橡胶资料力学性能的主要指标之一，在硫化橡胶物理机械性能中有重要位置。

拉伸强度与胶种和配方有关。普通来说，结晶橡胶（自然橡胶和氯丁橡胶等）的拉伸强度比非结晶橡胶（丁苯橡胶和丁腈橡胶等）的要高许多。因而，前者称为自补强橡胶；后者称为非自补强橡胶，如不参与炭黑，则强度极低。

拉伸强度随交联密度增加而增加，抵达最大值后，随交联密度增加而降低，结晶型自然橡胶的纯胶料和含炭黑胶料，以及非结晶型丁苯橡胶（含炭黑）胶料都表示如此（图235）。

图235 拉伸强度与交联密度的关系

图236 高耐磨炭黑用量对丁苯橡胶拉伸强度的影响

在交联密度不变的条件下，拉伸强度随炭黑用量增加而增加，并同样经过一个最大值后，随炭黑用量增加而降低（图236）。

自然拉伸强度受炭黑影响的水平较小。

在交联密度相等的条件下，拉伸强度随交联键类型不同而不同，普通状况是键能越大，拉伸强度越低，即拉伸强度大小次第为：离子键＞多硫键＞单硫键＞碳-碳键。

在用炭黑补强的胶料中，交联键的影响比炭黑要小。

增塑剂（软化剂）普通会降低拉伸强度，但是用量不超越5份时，也会使拉伸强度和撕裂强度有所增加。

增塑剂对拉伸强度的影响随所用橡胶类型和增塑剂类型与用量而异。

在饱和非极性橡胶（丁基橡胶和乙丙橡胶）中，宜采用石蜡油增塑剂，因其不饱和度也较低。当然，芳烃和不饱和化合物含量较低的环烷油也能运用。这两种增塑剂在丁基橡胶和乙丙橡胶中通常用量分别为10~25份和10~50份。

丁腈橡胶和氯丁橡胶可采用芳烃油和酯类增塑剂，用量分别为5~30份和10~50份。此外，采用古马隆树脂等可减少对拉伸强度的影响。

配方中采用增塑剂后，能够增加炭黑用量，并改善其分散性。

拉伸强度能够看成扯断伸长时的定伸应力。而这种扯断伸长基本上决议于一个给定的动态模量。只需扯断伸长超越一临界值，拉伸强度就开端降低。

拉伸强度随动态模量增加而增加，并呈现一最大值；扯断伸长率随动态模量增加而降低，当橡胶扯断伸长率超越临界值后，拉伸强度降落（图237）。

自然橡胶硫化胶的拉伸强度与扯断伸长率和动态模量的关系。

（4）撕裂强度

也是权衡橡胶资料抗破坏才干的特性指标之一。断裂普通从橡胶中存在的缺陷或裂纹处发作，并逐步扩展，最后断裂。在此过程中，橡胶资料缺陷边疆部分呈现应力集中状态，撕裂强度即为这种状态的反响。

硫化橡胶的撕裂强度与橡胶类型、交联密度和补强填充剂等配方组分有关。

各种橡胶的撕裂强度（表416）。

撕裂强度随交联密度增加而增加，抵达最大值后，随交联密度增加而降低（图239）。

为了进步撕裂强度，普通宜用中等活性而硫化平整性能良好的硫化促进剂，如促进剂DM、CZ和醛胺类。硫化水平不深。

撕裂强度与填充剂用量有关。丁苯橡胶、自然橡胶撕裂强度与炭黑用量关系（图240和图241）。

为了进步撕裂强度，运用各向同性的补强填充剂效果较好，如炭黑、白艳华、立德粉和氧化锌等。短纤维等也能进步撕裂性能，增加硬度、减少伸长率。

撕裂强度不只与配方要素有关，而且与加工条件有关。混炼工艺条件对撕裂强度的影响比对拉伸强度更为重要。

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