基礎材料 矽橡膠補強材料

康達科技集團(Qanta Group), 是全球領先的有機矽解決方案供應商之一,致力於提供個性化的有機矽解決方案。其擁有從金屬矽到特種有機矽材料的全方位產品供應鏈。主要業務為特用化學品技術及特殊SILICONE與複合材料相關應用制程技術材料開發、設計、銷售。目前已有18年以上歷史,與全球500強企業有合作銷售經驗,是一家集科研,開發,生產及銷售為一體的國家級高新技術企業,擁有國際化品質,技術和管理及提供一條龍Silicone 材料應用整合。公司擁有廣泛的銷售和研發網路,可提供有利於未來可持續發展的創新技術和基於市場需求的解決方案

 

主要經營產品包括沉澱膠、氣相膠、導電膠、阻燃膠、耐高溫膠、絕緣子膠、出油膠、LSR液態射出型矽橡膠、自粘選擇性接著液態射出膠、有機矽改質劑、硫化劑、脫模劑、發泡劑等。康達科技集團有機矽事業部二部經營產品專業應用在特殊塗布、延壓、㨈出、射出、模壓等矽膠製品行業。

 

產品廣泛應用在在按鍵、密封圈、擠出管、膠輥、墊片、導電黑粒、陽極帽、電線電纜、絕緣子、自潤滑油封、耐熱、防火、運動器材和醫療保健等矽膠產品,為多數國際知名企業採用。

一、影響高分子材料強度的因素

 1.高分子本身結構

1.1 分子鏈結構的影響

 1)主鏈結構 ,高分子鏈剛性增加,聚合物強度增加,韌性下降,像主鏈含有芳雜環結構的聚合物其強度和模量比脂肪族主鏈高。主鏈上含有大的側基,剛性大。2)鏈節極性,鏈節含有強極性基團或氫鍵的基團使得分子間作用力增大,強度提高

3)空間立構:結構規整和等規度高的聚合物因結晶而強度提高。4)支化:支化破壞了鏈的規整性結晶度降低,還增加了分子間的距離分子間力減小,都使強度降低。但是韌性有所提高。

1.2 交聯的影響

交聯一方面可以提高材料的抗蠕變能力,另一方面也能提高斷裂強度。一般認為,對於玻璃態聚合物,交聯對脆性強度的影響不大;但對高彈態材料的強度影響很大。隨交聯程度提高,橡膠材料的拉伸模量和強度都大大提高,達到極值強度後,

又趨於下降(結晶取向下降);斷裂伸長

1.3 分子量及其分佈的影響:分子量是對高分子材料力學性能(包括強度、彈性、韌性)起決定性作用的結構參數。低分子有機化合物一般沒有力學強度(多為液體),高分子材料要獲得強度,必須具有一定聚合度,使分子間作用力足夠大才行。

2.結晶與取向

2.1 結晶的影響:結晶對高分子材料力學性能的影響也十分顯著,主要影響因素有結晶度、晶粒尺寸和晶體結構。1)結晶度:隨著結晶度上升,材料的屈服強度、斷裂強度、硬度、彈性模量均提高,但斷裂伸長率和韌性下降。這是由於結晶使分子

鏈排列緊密有序,孔隙率低,分子間作用增強所致2)晶體尺寸:小球晶:強度、伸長率、模量和韌性得到提高,大球晶:斷裂伸長和韌性下降,衝擊強度下降3)結晶形態:同一類聚合物,伸直鏈強度最大,串晶次之,球晶最小。

2.2 取向的影響:加工過程中分子鏈沿一定方向取向,使材料力學性能產生各向異性,在取向方向得到增強。對於脆性材料,取向使材料在平行于取向方向的強度、模量和伸長率提高,甚至出現脆-韌轉變,而在垂直于取向方向的強度和伸長率降低。

對於延性、易結晶材料,在平行于取向方向的強度、模量提高,在垂直于取向方向的強度下降,伸長率增大。對纖維和薄膜,取向是提高性能必不可少的措施。原因:取向後分子沿外力的方向有序排列,斷裂時主價鍵比例增大,而使聚合物強度提

高。

3.應力集中物如果材料內部存在缺陷,受力時材料內部的應力平均分佈狀態將發生變化,使缺陷附近局部範圍內  的應力急劇的增加,遠遠超過應力平均值,這種現象稱為應力集中。

4.增塑劑:抗張強度降低,衝擊性能提高。原因:能夠同聚合物相容的小分子,是使分子鏈之間的相互作用減弱,分子鏈活動性增加。從而使材料的拉伸強度下降,衝擊強度升高。

5.填料除增強材料本身應具有較高力學強度外,增強材料的均勻分散、取向以及增強材料與聚合物基體的良好介面親和也是提高增強改性效果的重要措施。粉狀填料的增強效果主要取決於填料的種類、尺寸、用量、表面性質以及填料在高分子基材中

的分散狀況。

6.共聚和共混採用與橡膠類材料嵌段共聚、接枝共聚或物理共混的方法可以大幅度改善脆性塑膠的抗衝擊性能。

7.外力作用速度與溫度當時間一定時,升高溫度,鏈段活動容易,屈服應力降低,屈服強度低。相反降低溫度會使材料的鏈段運動能力降低,材料在更高的外力下發生脆性斷裂,溫度一定,外力作用時間越短,鏈段跟不上外力的變化,為使材料屈服

需要更大的外力,材料的屈服強度提高,當屈服強度大到超過斷裂強度時,材料受力後,尚未屈服已先行斷裂,呈現脆性斷裂特徵。

8.環境:表面侵蝕,局部侵蝕,力化學侵蝕

補強是指能使橡膠的拉伸強度、撕裂強度及耐磨性同時獲得明顯提高的作用。

填充是指在橡膠中加入一種物質後能降低成本、增大體積或改善加工性能等

炭黑的空隙度(表面粗糙度) 炭黑粒子在形成過程中,高溫作用使粒子的表面發生氧化侵蝕而形成許多直徑數埃數十埃的孔洞,稱為空隙度。

二、影響炭黑結合膠的因素

1). 炭黑的影響

(1) 炭黑比表面積的影響,結合膠幾乎與炭黑的比表面積成正比。

( 2)炭黑結構度的影響高結構炭黑的結合膠含量較高。

( 3)炭黑粗糙度的影響  炭黑的粗糙度越高,表面的微孔越多,可與橡膠分子觸及的表面積越少,形成的結合橡膠越少。

( 4)炭黑表面活性的影響炭黑石墨化以後,表面的活性基團數量減少,形成結合橡膠的能力變差。

( 5)炭黑用量的影響  在一定的範圍內增加炭黑的用量,會使形成的結合橡膠量增多。

2). 生膠的影響  生膠的品種:不飽和橡膠更容易生成結合橡膠;飽和橡膠對槽法炭黑的親和力更強。

生膠的分子量:分子量越高,相同的條件下生成的結合橡膠量越高。

3) . 工藝條件的影響

(1) 薄通次數的影響

(2) 混煉溫度的影響

(3) 陳化溫度和時間的影響混煉後隨停放時間增加,結合膠量增加,大約一周後趨於平衡。陳放溫度的提高也有利於加速吸附過程,結合橡膠的量也增加。

炭黑對橡膠的補強機理:

1)容積效應:這種補強作用稱為“容積放大效應”。這種現象是基於橡膠大分子鏈在炭黑表面吸附呈現特殊的平面取向狀態,增加了分子間的作用力,從而提高了橡膠的強力,能夠承受較大的變形。

2)弱鍵和強鍵學說:炭黑與橡膠分子的結合是由各種能量不同的,鍵結合的結果,有比較弱的吸附的物理鍵,也有少數強的化學鍵。在外力作用下,炭黑表面與橡膠鏈的分離直至斷裂時,剩下的為強鍵。強鍵直接影響硫化膠的抗張強度、抗撕裂和

耐磨耗能力,強鍵數目越多補強作用越大。

3Bueche炭黑粒子間橡膠鏈的有限伸長學說:炭黑補強的硫化膠在炭黑粒子之間有為數眾多的橡膠鏈,一條斷了,應力由其它鏈分擔,因此炭黑起著均勻應力的作用,減少了整體的破裂。當伸長太大時,炭黑粒子也會移動,這種移動使應力鬆弛起

著緩和應力的作用。從而提高了硫化膠的強度。

4)殼層模型理論:雙殼層相起骨架作用聯結自由大分子相和交聯結構相,構成一個橡膠大分子與填料整體網路,改變了硫化膠的結構,提高了硫化膠的物理機械性能。

5)橡膠大分子鏈滑動學說:該理論的核心是橡膠大分子能在炭黑表面上滑動,由此解釋了補強現象。炭黑粒子表面的活性不均一,有少量強的活性點以及一系列的能量不同的吸附點。吸附的橡膠鏈段在應力作用下會滑動、伸長。(1)原始狀態:膠

料原始狀態,長短不等的橡膠分子鏈被吸附在炭黑粒子表面上。

2)中等拉伸狀態:當伸長時,這條最短的鏈不是斷裂而是沿炭黑表面滑動,這時應力由多數伸直的鏈承擔,起應力均勻作用,緩解應力集中為補強的第一個重要因素。

3)完全伸長狀態:當伸長再增大,鏈再滑動,使橡膠鏈高度取向,承擔大的應力,有高的模量,為補強的第二個重要因素。由於滑動的摩擦使膠料有滯後損失。滯後損失會消耗一部分外力功,化為熱量,使橡膠不受破壞,為補強的第三個因素。

4)回縮後狀態:收縮後膠料的狀況,表明再伸長時的應力軟化效應,膠料回縮後炭黑粒子間橡膠鏈的長度差不多一樣,再伸長就不需要再滑動一次,所需應力下降。在適宜的情況(如膨脹)下,經過長時間,由於橡膠鏈的熱運動,吸附與解吸附

的動態平衡,粒子間分子鏈長度的重新分佈,膠料又恢復至接近原始狀態。

硫化膠的性能取決於三個方面:橡膠本身的結構 自補強型橡膠,非自補強型橡膠

交聯鍵的類型:1.強伸性能順序如下:-C-Sx-C--C-S  -C--C-S-C--C-C- 2.動態性能順序如下:-C-Sx-C--C-S  -C--C-S-C- 3.耐熱性順序如下:-C-C- -C-S-C- -C-S  -C- -C-Sx-C-

交聯的密度:交聯密度對硫化膠的彈性、拉伸強度的影響是先增後降。硫化膠的模量與交聯密度成正比;硫化膠的拉斷伸長率、永久變形、蠕變、滯後損失隨交聯密度的增加而降低;而硬度、抗溶脹性能增加。

白炭黑表面的吸附作用:表面羥基具有吸水性,加熱後可以脫出,為可逆應,對加工有一定影響。白炭黑的表面基團有一定的反應性:失水及水解反應、與醯氯反應、與活潑氫反應、形成氫鍵。白炭黑表面有很強的化學吸附性:與許多小分子物質吸附,SiO2膠料中常用乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺等多官能團化合物作活性劑。

不飽和羧酸金屬鹽增強橡膠的特點:

1. 在相當寬的硬度範圍內都具有很高的強度;

2. 隨著不飽和羧酸金屬鹽用量的增加,體系粘度變化不大,具有良好的加工性;

3.  在高硬度時仍有較高的伸長;

4. 較高的彈性;

5. 較低的生熱;

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