氯丁橡膠混煉膠的彈性與高彈性
發(fā)布時間:2012-12-08 16:09
橡膠是高彈性高分子化合物的總稱。氯丁混煉膠在室溫上下很寬的溫度范圍內具有優(yōu)越的彈性、很好的柔軟性，并且具有優(yōu)異的疲勞強度、高的耐磨性、電絕緣性、不透氣性、不透水性以及耐腐蝕、耐溶劑、耐高溫、耐低溫等特殊性能，因此成為重要的工業(yè)材料，廣泛用于輪胎、膠管、膠帶、膠鞋、工業(yè)制品（如減震制品、密封制品、化工防腐材料、絕緣材料、膠輥、膠布及其制品等）以及膠黏劑、膠乳制品中。要制得符合實際使用要求的橡膠制品、改善氯丁混煉膠的加工工藝以及降低產品成本等，還需在橡膠中加入各種橡膠配合劑。
ASTM（美國材料試驗測試學會）對橡膠定義是：橡膠是一種材料，它在大的變形下能迅速而有力地恢復其變形，能夠被改性（硫化）。改性的氯丁混煉膠實質上不溶于（但能溶脹于）沸騰的苯、甲乙酮等溶劑中。改性的橡膠在室溫下(18-29℃)被拉伸到原來長度的2倍并保持1min后除掉外力，它能在1min內恢復到原來長度的1.5倍以下。國家標準(GB 9881)對橡膠定義是：橡膠是一種可以或已被改性為基本不溶（但能溶脹）于苯、甲乙酮等沸騰溶劑中的彈性體。
橡膠的主要存在形式有四種：生膠、塑煉膠、氯丁混煉膠、硫化膠。此外還有再生膠、純橡膠、母煉膠等。生膠是指沒有經過任何加工的橡膠；塑煉膠是指只進行塑煉加工、具有一定可塑度要求的橡膠；混煉膠是指加入配合劑、進行過混煉加工的橡膠；硫化膠是指加入配合劑混合均勻，經過硫化的橡膠。
常用橡膠有：天然橡膠( NR)、丁苯橡膠(SBR)、順丁橡膠(BR)、異戊橡膠(IR)、丁腈橡膠(NBR)、氯丁橡膠(CR)、乙丙橡膠(EPR)和丁基橡膠(IIR)等。特種橡膠有：硅橡膠(Q)、氟橡膠(FPM)，丙烯酸酯橡膠(ACM)、聚氨酯橡膠(AU)／FU等。
彈性是指材料受外力之后產生變形和除去外力之后恢復原狀的能力。如材料受外力后不能變形則稱為材料剛性；受外力后產生變形，但除去外力不能恢復則稱為材料塑性。氯丁混煉膠彈性一般用回彈率來表示，有時也可用伸長率及永久變形（包括扯斷永久變形和壓縮永久變形）來衡量，伸長率大，永久變形小、彈性大。
氯丁混煉膠材料在常溫下最突出的特點是其他材料所不具備的高彈性。高彈性是高聚物特有的、基于鏈段運動的一種力學狀態(tài)，是其他基于鍵角、鍵長變化的普通彈性所無法比擬的。一般銅、鋼等金屬材料的形變量只有約1%，氯丁混煉膠材料的高彈形變至少100%，最高則可達1000%以上。
理想的高彈性完全是由卷曲的橡膠大分子變化造成的，去除外力后，能立即回復原狀。然而，實際中氯丁混煉膠分子間存在相互作用力和內旋轉阻力，會妨礙分子鏈段的運動，表現(xiàn)為氯丁混煉膠的黏性，作用于氯化聚乙烯混煉膠（氯丁橡膠）分子上的力一部分用于克服分子間的黏性阻力，另一部分使分子鏈變形。
橡膠材料的高彈性與其分子量、卷曲分子的構象熵、硫化膠交聯(lián)密度和交聯(lián)鍵的類型等有關。
氯丁混煉膠的高彈性是由橡膠的高分子決定的，分子量越大，不能承受應力的、對彈性沒有貢獻的游離末端數(shù)量就越少；另外分子量大，分子鏈內彼此纏結而導致的“準交聯(lián)”效應增加；分子量大有利于彈性的提高。分子量分布窄的高分子量級分多，則對彈性有利；分子量分布寬的高分子量級努多，則對彈性不利。
在常溫下不易結晶的、由柔性分子鏈組成的材料，分子鏈的柔順性越大，氯丁混煉膠受到外力時鏈運動能夠比較迅速地改變分子鏈的構象，分子鏈的形態(tài)數(shù)增加，因此彈性越好。
隨著交聯(lián)密度的增加，硫化膠彈性增大，直至最大值，交聯(lián)密度繼續(xù)增加，彈性下降。這是因為分子無交聯(lián)時，在外力的作用下，分子鏈相對滑動，形成可逆形變，彈性較差；適度的交聯(lián)，可以減少或消除分子鏈間的滑移，有利于彈性的提高；交聯(lián)過度會使分子鏈的相互作用力和內旋轉阻力增加，活動受阻，使彈性下降。
本文參考《橡膠技術問答-原料?工藝?配方篇》一書。 相關鏈接
