Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2015 » Февраль » 17 » Вулканизация каучуков. Изменение свойств.
15:40
Вулканизация каучуков. Изменение свойств.

   Ранее мы многократно упоминали понятие вулканизации и определили, что вулканизация это процесс перевода каучука в резину, посредством поперечной сшивки макромолекул в непрерывную трехмерную сетку. Процесс сшивки происходит при повышенных температурах в присутствии инициирующих агентов, аналогичных по природе и механизму действия системам инициирования полимеризации. Классическими вулканизующими системами стали комбинации серы и активаторов вулканизации (перекисных, азосоединений, диазоаминные комплексы и пр. ОВИС).

   При вулканизации происходит образование поперечных связей между макромолекулами каучука, что снижает подвижность макромолекул относительно друг друга. Это приводит к повышению жесткости материала, уменьшает его деформационные показатели и ряд других параметров. Наибольшие изменения при поперечной сшивке, претерпевают следующие показатели эластомеров: твердость, прочность при растяжении, напряжение при заданном удлинении (модуль), относительное удлинение, эластичность, остаточная деформация, морозостойкость, набухаемость в растворителях и пластификаторах, газопроницаемость, удельное электрическое сопротивление и др.

   Количественным критерием вулканизации служит степень вулканизации (степень сшивания каучука), характеризующая количество поперечных связей на единицу массы эластомера. Так же используется показатель Мс – средняя молекулярная масса участка полимерной цепи между узлами поперечной сшивки. Чем меньше Мс, тем выше степень вулканизации.

   Твердость вулканизатов монотонно возрастает с увеличением степени сшивки. На прочность вулканизата при  удлинении, степень сшивки влияет неравномерно. На рисунке представлена зависимость прочности вулканизата при растяжении от модуля при удлинении (характеризующего степень вулканизации). Зависимости соответствуют эластомерам: 1 – кристаллизующийся натуральный каучук, 2 – некристаллизующийся бутадиен-стирольный каучук.

   Зависимость проходит через максимум, что вызвано повышением прочности каучука при увеличении числа поперечных связей, предотвращающих относительное смещение ММ и “течение” материала под действием нагрузки. После максимума, степень сшивки настолько высока, что поперечные связи препятствуют ориентации ММ в направлении растяжения. Это вызывает локальные напряжения в структуре и разрывы отдельных связей (как участков цепи, так и поперечных мостиков). Большинство резин имеют степень сшивки, соответствующие максимальной прочности при растяжении. Исключение составляют резины для уплотнительных прокладок, для которых важнее жесткость, и ряд аналогичных случаев.

   Относительное и остаточное удлинение, при увеличении степени вулканизации, снижаются, стремясь к некоторому минимальному значению. Между эластичностью вулканизата и степенью сшивки определена математическая зависимость:

   W=1/2pRTMc-1(l12+l22+l32-3)

   Где W – модуль эластичности, p – плотность вулканизата, R – универсальная газовая постоянная, T – температура испытаний, Mc – средняя молекулярная масса участков полимерной цепи между узлами сшивки, l1, l2, и l3 – отношение длины растянутого образца к длине недеформированного образца по трем координатам. Зависимость эластичности вулканизата от степени сшивки представлена на графике.

   Область 1 называют областью мягких резин, область 2 – область “кожеподобного состояния”, 3 – область твердых резин. Оптимальной считается степень сшивания, соответствующая точке “А”.

   Повышение степени сшивки вызывает повышение способности вулканизатов проявлять высокоэластические свойства при низких температурах. Морозостойкость резин при этом практически не меняется. Теплостойкость резин не имеет четкой зависимости от степени сшивки, большее влияние оказывает природа (химический состав) поперечных мостиков.

   Повышение степени сшивания резин снижает подвижность ММ и возможность их перемещения под действием проникающих молекул растворителей, пластификаторов и газов. Поэтому газопроницаемость и набухание в растворителях снижаются при увеличении степени вулканизации. Между равновесной степенью набухания резин и степенью вулканизации существует определенная зависимость (конкретный вид которой зависит от ММ каучука, природы вулканизаторов и химического состава каучука). Это используют для определения степени вулканизации резин в лабораториях.

   При вулканизации так же изменяются и другие показатели резин. В малой степени изменяются: сопротивление многократным деформациям (усталостная прочность), динамические потери, теплообразование при многократных деформациях (потери на внутренне трение), износостойкость и др.

   К химическим реакциям и технологическим тонкостям процессов вулканизации мы вернемся немного позже.

Категория: Полимерные материалы | Просмотров: 1576 | Добавил: Chemadm | Теги: резина, трехмерная сетка, свойства полимеров, поперечная сшивка полимеров | Рейтинг: 4.6/5
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]