硫化壓力與溫度對膠料性能的影響
橡膠件硫化的三大工藝參數(shù)是：溫度、時間和壓力。其中硫化溫度是對製品性能影響*大的參數(shù)。溫度對橡膠製品的影響，在很多文獻資料中都可以查找得到，但是很多文獻都忽略了硫化壓力對膠料硫化的影響。橡膠硫化壓力，是保證橡膠零件幾何尺寸、結(jié)構(gòu)密度、物理機械性能的重要因素，同時也能保證零件表麵光滑無缺陷，達到製品的密封、氣密的要求。硫化壓力並不是隨意的，硫化壓力過大除了能損壞模具、設(shè)備、消耗電能外，同樣也會影響製品的性能。帶骨架件會損壞骨架。壓力小了會直接影響製品幾何尺寸和物理機械性能。橡膠製品需要硫化壓力的目的一般認為是：

(1)防止膠料氣泡的產(chǎn)生，提高膠料的致密性；
(2)使膠料流動，充滿模腔；
(3)提高附著力，改善硫化膠物理性能[1]。

而國外在研究硫化壓力時，已經(jīng)不單單局限於我們上麵的一些研究，已經(jīng)通過調(diào)整硫化壓力的大小來達到產(chǎn)品的一些特殊性能的要求，根據(jù)本人掌握的情況，國外橡膠廠家有如下一些對於硫化壓力的共識。

(1)模壓及移模注壓的硫化方式，其模腔內(nèi)的硫化壓力為：10～20mpa。
(2)注壓硫化方式其模腔內(nèi)的硫化壓力為：0～150mpa。
(3)隨著硫化壓力的增大，產(chǎn)品的收縮率和產(chǎn)品的靜態(tài)剛度有如圖1的變化。
圖1硫化壓力與產(chǎn)品的徑向剛度和膠料收縮率之間的關(guān)係圖從圖1中可以明顯的看到，隨著硫化壓力的增大，其產(chǎn)品的靜態(tài)剛度在逐漸增大，而隨著硫化壓力的增大，其膠料的收縮率在逐漸的減小。

在國內(nèi)的減振橡膠行業(yè)內(nèi)，對於調(diào)整產(chǎn)品的剛度，普遍采用的依然是增加或者降低產(chǎn)品所使用的膠料硬度，而在國外，已經(jīng)普遍采用了提高或者降低產(chǎn)品硫化時的膠料硫化壓力來調(diào)整產(chǎn)品的靜態(tài)剛度。

(4)隨著膠料的硫化壓力不斷提高，其膠料的收縮率會出現(xiàn)如圖2的現(xiàn)象：
圖2產(chǎn)品硫化壓力與膠料的收縮率之間的關(guān)係圖隨著硫化壓力的不斷提高，產(chǎn)品膠料的收縮率會出現(xiàn)一個反常的現(xiàn)象，即當(dāng)產(chǎn)品膠料的硫化壓力達到83mpa時，產(chǎn)品膠料的收縮率為0，若產(chǎn)品膠料的硫化壓力繼續(xù)不斷上升，產(chǎn)品膠料的收縮率會出現(xiàn)負值，也就是說，在這種超高的產(chǎn)品膠料硫化壓力下，產(chǎn)品硫化出來經(jīng)停放後，其橡膠部分的尺寸比模具設(shè)計的尺寸還要大。

本文希望通過對天然橡膠硫化壓力改變的試驗，得出一些硫化壓力與膠料性能和產(chǎn)品性能之間的規(guī)律，並對得出的結(jié)論進行一些理論分析。

1 試驗部分

1.1 原材料及儀器

天然橡膠(3#煙片)，進口；高耐磨炭黑(n330)，天津海豚；其餘助劑均為國產(chǎn)工業(yè)級。yh3350型50噸四柱油壓機，江西萍鄉(xiāng)無線電專用設(shè)備廠產(chǎn)品；whx20025型300噸油壓注壓機，無錫陽明橡膠機械廠產(chǎn)品；x(s)k160型開煉機，上海橡膠機械廠產(chǎn)品；pt124b100型壓力傳感器，上海朝輝壓力儀器製造廠產(chǎn)品；css55300型電子萬能拉力機，美國tms公司產(chǎn)品；lxa型硬度計；ur2010型無轉(zhuǎn)子硫化儀，臺灣育肯科技股份有限公司產(chǎn)品；radio1644a高阻電橋測試儀。

1.2 測試方法

膠料性能測試均按照國家有關(guān)標(biāo)準進行。

1.3 試驗工藝

1.3.1 膠料混煉工藝：

配合各種材料，在開煉機上混煉。加料順序為：

生膠炭黑及其它助劑硫化劑薄通下片。混煉溫度為40℃至50℃，時間為30分鐘；硫化試片測試。

1.3.2 常規(guī)模壓性能測試試片的製作：
圖3膠料常規(guī)性能模壓試片模具圖3顯示的是常規(guī)試片模具，本試驗在常規(guī)試片模具的上模板處加裝了壓力傳感器，用以測試試樣在模腔中的壓力變化。

1.3.3 常規(guī)注壓性能測試試片的製作：

注壓常規(guī)試片製作如圖4，是在常規(guī)模壓模具的上模板上開注膠孔，在注壓過程中包括了兩個壓力參數(shù)：一是鎖模力、一是注膠壓力，因而不能使用平板硫化機。注壓的時候需要鎖模力先把模具鎖緊，注膠壓力再把膠料注入模腔中，於是實驗選擇在注壓機上進行。注壓機先給模具一個120mpa的鎖模力，同時調(diào)節(jié)注膠壓力從3mpa到20mpa。同模壓常規(guī)製片一樣，通過壓力傳感器記錄模腔內(nèi)的實際壓力。
圖4 膠料常規(guī)性能注壓試片製作示意圖1.3.4 模壓恒壓壓縮長久變形試樣的製備：

模壓恒定壓縮長久變形試樣的製備與gb/t7759-1996要求相同，為了測量模腔內(nèi)的實際壓力，試驗在模具內(nèi)的一邊鑽一個孔，保證壓力傳感器和其中的一個模腔相連。

1.3.5 注壓恒壓壓縮長久變形試樣的製備：

這一實驗也是在平板硫化機上完成，所用模具和模壓恒壓模具基本相同，見圖5，隻需要把上模板換成注膠缸就可以了。實驗的時候把未硫化膠料放在70oc的烘箱中20min，這是為了保證膠料在注壓過程中較好的流動性。
圖5 膠料恒定壓縮長久變形注壓試樣模具圖
1.導(dǎo)向銷；2.下模板；3.壓力傳感器；4、5.上模板；
6.注膠缸；7.頂出桿2.結(jié)果與討論

2.1 硫化壓力在模腔中的變化：

通過試驗，得出了硫化常規(guī)試片過程中，模壓硫化方式模腔內(nèi)硫化壓力的變化情況結(jié)果如圖6所示，注壓硫化方式模腔內(nèi)硫化壓力的變化情況結(jié)果如圖7所示。
圖6常規(guī)模壓模腔內(nèi)硫化壓力的變化情況圖7常規(guī)注壓模腔內(nèi)硫化壓力的變化情況根據(jù)以上的試驗結(jié)果可以看出，常規(guī)模壓和注壓試片在硫化時，壓力首先升高，到達峰值後再降低並達到平坦?fàn)顟B(tài)。分析為：當(dāng)將膠料放入模腔內(nèi)後，膠料受熱膨脹，模腔內(nèi)的膠料壓力快速升高，當(dāng)膠料硫化達到正硫化點後，因為膠料已經(jīng)發(fā)生了硫化交聯(lián)，束縛了大分子鏈的活動，微觀發(fā)生的現(xiàn)象是，同一時間撞擊壓力傳感器探頭的分子數(shù)量減小，宏觀的表現(xiàn)是壓力下降並達到平坦?fàn)顟B(tài)。

同時從圖6和圖7還可以比較看出，膠料在注壓方式下(硫化壓力相對較大)到達膠料硫化壓力的*高點比模壓方式下(硫化壓力相對較小)要早，這種現(xiàn)象也就說明，硫化壓力的提高會明顯的提高膠料的硫化速率。

2.2 硫化壓力對硫化膠常規(guī)性能的影響：

通過試驗得出，模壓硫化方式與注壓硫化方式隨著硫化時硫化壓力的提高，其膠料的300%定伸應(yīng)力、拉伸強度、扯斷伸長率和撕裂強度變化趨勢一致，以下是以模壓硫化方式時，隨著硫化時硫化壓力的提高，其膠料性能的變化情況：

2.2.1 硫化壓力對硫化膠的300%定伸應(yīng)力、拉伸強度和扯斷伸長率變化情況如下：

從圖8、圖9和圖10可以看出，隨著硫化壓力的不斷增加，其膠料的300%定伸應(yīng)力逐漸增大，拉伸強度逐漸增大，扯斷伸長率逐漸減小。分析現(xiàn)象為：隨著硫化壓力的不斷增大，其大分子鏈之間的距離逐漸減小，導(dǎo)致硫化交聯(lián)效率的提高，從而引起膠料的交聯(lián)密度增大，這一微觀的變化導(dǎo)致了300%定伸應(yīng)力逐漸增大、拉伸強度逐漸增大和扯斷伸長率逐漸減小的現(xiàn)象。
圖8硫化壓力對膠料300%定伸應(yīng)力的影響圖9硫化壓力對膠料拉伸強度的影響
圖10硫化壓力對膠料扯斷伸長變化率的影響2.2.2 硫化壓力對硫化膠撕裂強度的影響：

通過試驗，其膠料隨著硫化時硫化壓力的不斷提高，其膠料的撕裂強度如圖11所示。
圖11硫化壓力對膠料撕裂強度的影響可以從圖11看出，隨著膠料在硫化時的硫化壓力不斷提高，其撕裂強度隨之卻不斷降低，分析原因為：根據(jù)傳統(tǒng)的硫化理論，硫化膠之間的交聯(lián)鍵既有多硫鍵，也有單、雙硫鍵。因多硫鍵比單、雙硫鍵有更高的撕裂強度[2]。所以，當(dāng)多硫鍵增加時膠料的撕裂強度會增加，當(dāng)單、雙硫鍵增加時膠料的撕裂強度會減小。本試驗當(dāng)中隨著硫化壓力的不斷提高，橡膠大分子鏈距離減小和交聯(lián)密度增加，這也就是說硫化後的橡膠大分子鏈之間的平均距離減小了。平均距離減小，使得單、雙硫鍵的數(shù)目增加，單、雙硫鍵數(shù)目增加，多硫鍵的減少導(dǎo)致硫化膠的撕裂強度不斷降低。

2.3 硫化壓力對膠料的壓縮長久變形的影響：

隨硫化壓力的增加，其膠料的壓縮長久變形變化如圖12所示，可以看出，隨著產(chǎn)品硫化壓力的增大，其膠料的壓縮長久變形也隨之下降，分析現(xiàn)象為：隨著硫化壓力的不斷增大，其大分子鏈之間的距離逐漸減小，橡膠大分子鏈雙鍵之間發(fā)生交聯(lián)的機率增大，從而導(dǎo)致硫化交聯(lián)效率的提高。宏觀表現(xiàn)為膠料的交聯(lián)密度增大，膠料的壓縮長久變形顯著減小。
圖12硫化壓力對膠料壓縮長久變形的影響2.4 硫化壓力對減震橡膠產(chǎn)品性能的影響：

對於硫化壓力對減震橡膠產(chǎn)品的影響，我們以*常見的減震橡膠墊進行了相應(yīng)的試驗，在模具的型腔麵打孔並安裝壓力傳感器。對比了模壓和注壓兩種硫化方式下硫化壓力的變化對產(chǎn)品性能的影響，試驗結(jié)果如下：通過表1可以看出，注壓硫化方式其膠料硫化時的壓力比模壓硫化方式要高一倍以上。另外，達到相同的產(chǎn)品靜剛度，注壓方式的硫化膠料要明顯比模壓方式時的硫化膠料硬度低，這對減震橡膠製品高硬度膠料靜剛度的調(diào)節(jié)提供了另外一種途徑。*為重要的是，產(chǎn)品的壓縮長久變形減少了42％，這就相應(yīng)的提高了減震橡膠產(chǎn)品在變形方麵的壽命。表1硫化壓力對減震橡膠產(chǎn)品的性能影響
3.結(jié)論

1.在模壓和注壓方式下，模腔內(nèi)膠料的硫化壓力隨著時間的延長，其硫化壓力總是先增高後減小，並*終處於平坦?fàn)顟B(tài)。
2.隨著膠料硫化壓力的提高，其膠料的300％定伸和拉伸強度均隨之提高，其膠料的扯斷伸長率、撕裂強度和壓縮長久變形卻隨之下降。
3.在減震橡膠製品硫化過程中，注壓硫化方式中模腔內(nèi)膠料的壓強比模壓硫化方式的壓強高一倍以上。產(chǎn)品達到相同的靜剛度所需的膠料硬度有較大差彆。隨產(chǎn)品硫化時的硫化壓力提高，產(chǎn)品在壓縮長久變形性能方麵有明顯的提高。