橡膠硫化體系概述、硫化過程
來源:深圳市澳佛特橡膠制品有限公司 發(fā)布日期:2016-09-24 瀏覽次數(shù):1630
橡膠硫化體系概述
一、硫化定義
硫化是指橡膠的線型大分了鏈通過化學(xué)交聯(lián)而構(gòu)成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的化學(xué)變化過程。隨之膠料的物理性能及其他性能也發(fā)發(fā)生根本變化。橡膠分子鏈在硫化前后的狀態(tài)如圖所示。
橡膠硫化是橡膠生產(chǎn)加工過程中的一個非常重要的階段,也是最后的一道工序。這一過程賦予橡膠各種寶貴的物理性能,使橡膠成為廣泛應(yīng)用的工程材料,在許多重要部門和現(xiàn)代尖端科技如交通、能源、航天航空及宇宙開發(fā)的各個方面都發(fā)揮了重要作用。
二、橡膠硫化體系的發(fā)展歷程
硫化反應(yīng)是美國人Charles Goodyear于1839年發(fā)現(xiàn)的,他將硫黃與橡膠混合加熱,能制得性能較好材料。這一發(fā)現(xiàn)是橡膠發(fā)展史上最重要的里程碑。英國人Hancock最早把這一方法用于工業(yè)生產(chǎn),他的朋友Brockeden把這一生產(chǎn)過程稱作硫化,直至今天,橡膠工藝科學(xué)家仍然沿用這一術(shù)語。
1940年又相繼發(fā)現(xiàn)了樹脂硫化和醌肟硫化方法;1943年又發(fā)現(xiàn)了硫磺給予體的硫化。第二次世界大戰(zhàn)以后,又出現(xiàn)了新型硫化體系,如50年代發(fā)現(xiàn)的輻射硫化,70年代的脲烷硫化體系和80年代提出的平衡硫化體系等等。盡管如此,由于硫黃價廉易得,資源豐富,硫化膠性能好,仍是最佳的硫化劑。經(jīng)過100多年的研究及發(fā)展,已形成幾個基本的不同層次的硫黃硫化體系,組成層次表示如下;
硫化反應(yīng)是一個多元組分參與的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過程。它包含橡膠分子與硫化劑及其他配合劑之間發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng),在形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時伴隨著發(fā)生各種副反應(yīng)。其中,橡膠與硫黃的反應(yīng)占主導(dǎo)地位,它是形成空間網(wǎng)絡(luò)的基本反應(yīng)。一 般說來,大多數(shù)含有促進劑—硫黃硫化的橡膠,大致經(jīng)歷了如下的硫化歷程:
三、橡膠硫化歷程
(一)橡膠硫化反應(yīng)過程
(二)硫化歷程
根據(jù)硫化歷程分析,可分四個階段,即焦燒階段、熱硫化階段、平坦硫化階段和過硫化階段。
較為理想的橡膠硫化曲線應(yīng)滿足下列條件:
(1)硫化誘導(dǎo)期要足夠長.充分保證生產(chǎn)加工的安全性
(2)硫化速度要快,提高生產(chǎn)效率,降低能耗;
(3)硫化平坦期要長。
橡膠硫化過程中的性能變化
(一)物理性能變化
硫化過程中,橡膠的物理機械性能變化很顯著,所以在生產(chǎn)工藝中,常常以物性的變化來量度硫化程度。橡膠的物性一般是指強度(抗張強度、定伸強度以及撕裂強度等)、扯斷時的伸長率、硬度、彈性、永久變形、溶脹程度等。不同結(jié)構(gòu)的橡膠,在硫化過程中物理機械性能的變化雖然有不同的趨向,但大部分性能的變化基本一致。天然橡膠在硫化過程中,可塑性明顯下降,強度和硬度顯著增大,而伸長率、溶脹程度則相應(yīng)減小。這些現(xiàn)象都是線形大分子轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特征。對于帶有側(cè)乙烯基結(jié)構(gòu)的橡膠,如丁苯橡膠,丁腈橡膠等,在硫化過程中也有類似的變化,只不過是在較長的時間內(nèi),各種性能的變化較為平坦,曲線出現(xiàn)的極大或極小值不甚明顯。
1、可溶性 硫化過程會使橡膠溶于溶劑的能力逐漸降低,而只能溶脹;硫化到一定時間后,溶脹性出現(xiàn)最小值,繼續(xù)硫化又有使溶脹性逐漸增大的趨向。
2、熱穩(wěn)定性 硫化提高了橡膠的熱穩(wěn)定性,即橡膠的物理機械性能隨溫度變化的程度減小,例如未硫化天然橡膠低于10℃時,長期貯存會產(chǎn)生結(jié)晶硬化;溫度超過70℃,塑性顯著地增大;超過100℃,則處于粘流狀態(tài);200℃便開始發(fā)生分解。但硫化后,擴大了高彈性的溫度范圍,脆性溫度可降低到-20~-40℃以下,且不出現(xiàn)生膠的塑性流動狀態(tài)。因此硫化大大地提高天然橡膠的使用溫度范為。
3、密度和氣透性 在一定的硫化時間范圍內(nèi),隨著交聯(lián)密度的增大,橡膠密度有所提高,而氣透性則隨交聯(lián)密度的增大而下降。這是由于大分子鏈段的熱運動受到一定限制引起的。
(二)化學(xué)性能變化
硫化過程中,由于交聯(lián)作用,使橡膠大分子結(jié)構(gòu)中的活性官能團或雙鍵逐漸減小,從而增加了化學(xué)穩(wěn)定性。另一方面,由于生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使橡膠大分子鏈段的運動減弱,低分子物質(zhì)的擴散作用受到嚴(yán)重阻礙,結(jié)果提高了橡膠對化學(xué)物質(zhì)作用的穩(wěn)定性。
橡膠硫化劑
硫化劑是指在一定條件下使相鄰橡膠大分子鏈以化學(xué)鍵的形式連接起來的物質(zhì)。
硫化劑主要分為硫磺、硫給予體、有機過氧化物、金屬氧化物、有機醌、樹脂類硫化劑、胺類硫化劑等七類。
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