一、硫化歷程圖的解讀

根據(jù)硫化歷程分析,橡膠的硫化歷程可分為四個階段,即焦階段、熱硫化階段、平坦硫化階段和過硫化階段。

(1)焦嘵階段

圖3-7中的ab段為焦燒階段,系指正式硫化開始前的時間,即膠料放入模內(nèi)隨著溫度上升開始變軟,黏度下降,而后達到一個最低值,由于繼續(xù)受熱,膠料開始硫化,相當于微觀反應(yīng)中的誘導期。從膠料放入模內(nèi)至出現(xiàn)輕度硫化的整個過程所需要的時間稱為硫化誘導期,通常稱作焦嬈時間。從此階段的終點起,膠料開始發(fā)硬并喪失流動性,因此焦嬈時間也可看作是膠料的定型時間。焦嬈時間的長短是衡量膠料在硫化前的各加工過程,如混煉、壓延、壓出或注射等過程中,受熱的作用發(fā)生早期硫化(即焦嬈)現(xiàn)象難易的尺度。該時間越長,越不容易發(fā)生焦燒,膠料的操作安全性越好。而焦燒時間的長短則主要取決于配方中的硫化體系,尤其是促進劑的品種和用膠料的實際焦燒時間,包括操作焦時間A1和剩余焦燒時間A2兩部分。操作焦廃時間是指在橡膠加工過程中由于熱積累效應(yīng)所消耗掉的焦嬈時間,它取決于加工程度(如膠料返煉次數(shù)、熱煉程度及壓延、壓出工藝條件等)。剩余焦燒時間是指膠料在模型中受熱時保持流動性的時間。在操作焦燒時間和剩余焦燒時間之間沒有固定界限,它隨膠料操作和存放條件不同而變化,如果一個膠料經(jīng)歷的加工熱歷程越多,它占用的操作焦時間就越長(如圖3-7中A1所示),則剩余焦嬈時間就越短(如圖3-7中A2所示),膠料在模型中流動時間就越少。因此,一般的膠料都應(yīng)避免經(jīng)受反復多次的機械作用。

(2)熱硫化階段

圖3-7中的bc段為熱硫化階段,此階段中膠料進行著交聯(lián)反應(yīng),逐漸生成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),于是橡膠的彈性和拉伸強度急劇上升。此階段時可的長短(或bc段曲線的斜率大小)是衡量硫化速率快慢的尺度,即時間越短(或斜率越大)硫化速率越快。從理論上講,該時間越短越好。熱硫化時間的長短,是由膠料配方和硫化溫度所決定的,其影響如圖3-8和圖3-9所示。溫度越高,促進劑MBT用量越多,硫化速率也越快。事實上,膠料在模型內(nèi)的加熱硫化的時間應(yīng)等于剩余焦時間與熱硫化時間之和,即圖3-7中所示的模型硫化時間B1。然而每批膠料的剩余焦時間會有所波動,因而每批膠料的熱硫化時間地也會有所波動,其波動范圍則在B1和B2之間。

(3)平坦硫化階段

圖3-7中的c0段為平坦硫化階段,此時交聯(lián)反應(yīng)已趨于完成,反應(yīng)速率已綬和下來,隨之而發(fā)生交聯(lián)鍵的熱裂解、重排等反應(yīng),由于交聯(lián)和熱裂解反應(yīng)的動態(tài)平衡,所以膠料的扯斷強度曲線出現(xiàn)在平坦區(qū)。這段時間被稱為“"平坦硫化時間"。硫化到這個階段時,橡膠能夠獲得最佳的綜合性能,而在這個階段(或時間)范圍內(nèi)橡膠的性能幾乎不變,因此橡膠的硫化時間可在這個時間范圍內(nèi)選擇。

(4)過硫化階段

圖3-7中d以后的部分為過硫化階段,相當于硫化反應(yīng)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的后期。該階段主要進行著交聯(lián)鍵的重排以及交聯(lián)鍵和橡膠分子主鏈熱裂解的反應(yīng)。對于NR,由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)裂解趨勢顯著,因此膠料的扯斷強度顯著下降。這種因交聯(lián)鍵斷裂而出現(xiàn)的性能(如拉伸強度、定伸應(yīng)力、硬度等)下降現(xiàn)象稱為硫化返原。當采用普通硫黃配合,NR于過硫時硫化返原現(xiàn)象一般較重,會出現(xiàn)硫化膠發(fā)黏的現(xiàn)象。對于二烯類合成橡膠,在過硫化期網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)裂解不明顯,且斷裂后的交聯(lián)鍵可重新交聯(lián)和環(huán)化,因此扯斷強度下降不明顯(但硬度增大,彈性下降)不易產(chǎn)生硫化返原,且硫化返原現(xiàn)象較輕。