硫化工艺是天然橡胶板加工中的环节,其参数控制(硫化温度、时间、压力及硫化体系)对橡胶板的终性能具有决定性影响,主要体现在以下几个方面:
1. 力学性能(强度、弹性、硬度):
* 交联密度: 硫化的本质是橡胶分子链之间通过硫磺等硫化剂形成交联键(桥梁)。硫化程度(交联密度)直接影响性能。
* 欠硫化: 硫化不足时,交联点过少,分子链间作用力弱。表现为拉伸强度低、定伸应力小、弹性恢复差(变形大)、硬度偏低,橡胶板软而无力,易变形、撕裂。
* 正硫化(佳硫化): 达到适宜的交联密度时,橡胶获得佳的力学性能平衡。此时拉伸强度、撕裂强度、弹性(回弹性好、变形小)、硬度均达到较佳水平,耐磨性也较好。
* 过硫化: 硫化过度时,初期可能因交联密度进一步增加导致定伸应力和硬度继续升高,但拉伸强度和撕裂强度会达到峰值后下降。更重要的是,过长的硫化时间或过高的温度会导致分子链断裂(主链降解),橡胶变硬发脆,弹性丧失,拉伸强度和撕裂强度急剧下降,耐疲劳性恶化,即出现“硫化返原”。
2. 耐老化性能:
* 硫化程度: 充分且适当的硫化形成的稳定交联网络,能更好地抵抗热、氧、臭氧等外界因素的老化作用。欠硫化的橡胶网络不稳定,更容易被氧化降解。过硫化则因分子链断裂产生更多弱点,也加速老化。
* 硫化温度: 过高的硫化温度会加速橡胶本身的老化进程,即使在硫化过程中也可能导致热老化,降低制品的使用寿命。
3. 耐溶剂性和化学稳定性:
* 硫化形成的三维网状结构限制了橡胶分子链的运动和溶胀。交联密度越高,橡胶在溶剂中的溶胀度通常越小,耐溶剂性越好。但过高的交联密度也会使材料变脆。合适的硫化程度能提供较好的耐油和耐化学介质性能。
4. 动态性能(疲劳、生热):
* 交联网络的结构和密度直接影响橡胶在动态载荷下的表现。适当的交联能有效分散应力,减少滞后损失(生热低),提高耐疲劳性能。欠硫化导致滞后损失大,生热高,易疲劳破坏。过硫化则因交联键类型变化(如生成更多多硫键)或降解,也可能导致动态性能下降。
5. 压缩变形:
* 这是衡量橡胶弹性恢复能力的重要指标。欠硫化时,变形非常大。随着硫化程度提高,变形显著减小。过硫化则可能因交联键断裂或网络结构变化,导致变形再次增大。
总结:
硫化工艺参数的控制是获得天然橡胶板的关键。温度、时间、压力需相互协调,确保橡胶达到“正硫化”状态,形成均匀、稳定且密度适宜的交联网络。这不仅能大化橡胶的固有强度、弹性和耐磨性,还能赋予其优异的耐老化、耐溶剂和耐疲劳性能,同时保持较低的压缩变形。任何偏离佳硫化的工艺(欠硫或过硫)都会导致橡胶板关键性能的显著劣化,影响其使用寿命和应用效果。
