硫化壓力與溫度對(duì)膠料性能的影響
橡膠件硫化的三大工藝參數(shù)是：溫度、時(shí)間和壓力。其中硫化溫度是對(duì)制品性能影響*大的參數(shù)。溫度對(duì)橡膠制品的影響，在很多文獻(xiàn)資料中都可以查找得到，但是很多文獻(xiàn)都忽略了硫化壓力對(duì)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(jī)械性能的重要因素，同時(shí)也能保證零件表面光滑無(wú)缺陷，達(dá)到制品的密封、氣密的要求。硫化壓力并不是隨意的，硫化壓力過(guò)大除了能損壞模具、設(shè)備、消耗電能外，同樣也會(huì)影響制品的性能。帶骨架件會(huì)損壞骨架。壓力小了會(huì)直接影響制品幾何尺寸和物理機(jī)械性能。橡膠制品需要硫化壓力的目的一般認(rèn)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(dòng)，充滿模腔；
(3)提高附著力，改善硫化膠物理性能[1]。

而國(guó)外在研究硫化壓力時(shí)，已經(jīng)不單單局限于我們上面的一些研究，已經(jīng)通過(guò)調(diào)整硫化壓力的大小來(lái)達(dá)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(guó)外橡膠廠家有如下一些對(duì)于硫化壓力的共識(shí)。

(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)系圖從圖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(guó)內(nèi)的減振橡膠行業(yè)內(nèi)，對(duì)于調(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(guó)外，已經(jīng)普遍采用了提高或者降低產(chǎn)品硫化時(shí)的膠料硫化壓力來(lái)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(huì)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)系圖隨著硫化壓力的不斷提高，產(chǎn)品膠料的收縮率會(huì)出現(xiàn)一個(gè)反常的現(xiàn)象，即當(dāng)產(chǎn)品膠料的硫化壓力達(dá)到83mpa時(shí)，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(huì)出現(xiàn)負(fù)值，也就是說(shuō)，在這種超高的產(chǎn)品膠料硫化壓力下，產(chǎn)品硫化出來(lái)經(jīng)停放后，其橡膠部分的尺寸比模具設(shè)計(jì)的尺寸還要大。

本文希望通過(guò)對(duì)天然橡膠硫化壓力改變的試驗(yàn)，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，并對(duì)得出的結(jié)論進(jìn)行一些理論分析。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料及儀器

天然橡膠(3#煙片)，進(jìn)口；高耐磨炭黑(n330)，天津海豚；其余助劑均為國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)。yh3350型50噸四柱油壓機(jī)，江西萍鄉(xiāng)無(wú)線電專用設(shè)備廠產(chǎn)品；whx20025型300噸油壓注壓機(jī)，無(wú)錫陽(yáng)明橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；x(s)k160型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；pt124b100型壓力傳感器，上海朝輝壓力儀器制造廠產(chǎn)品；css55300型電子萬(wàn)能拉力機(jī)，美國(guó)tms公司產(chǎn)品；lxa型硬度計(jì)；ur2010型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，臺(tái)灣育肯科技股份有限公司產(chǎn)品；radio1644a高阻電橋測(cè)試儀。

1.2 測(cè)試方法

膠料性能測(cè)試均按照國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)工藝

1.3.1 膠料混煉工藝：

配合各種材料，在開煉機(jī)上混煉。加料順序?yàn)椋?br>
生膠炭黑及其它助劑硫化劑薄通下片?；鞜挏囟葹?0℃至50℃，時(shí)間為30分鐘；硫化試片測(cè)試。

1.3.2 常規(guī)模壓性能測(cè)試試片的制作：
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(yàn)在常規(guī)試片模具的上模板處加裝了壓力傳感器，用以測(cè)試試樣在模腔中的壓力變化。

1.3.3 常規(guī)注壓性能測(cè)試試片的制作：

注壓常規(guī)試片制作如圖4，是在常規(guī)模壓模具的上模板上開注膠孔，在注壓過(guò)程中包括了兩個(gè)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(jī)。注壓的時(shí)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，于是實(shí)驗(yàn)選擇在注壓機(jī)上進(jìn)行。注壓機(jī)先給模具一個(gè)120mpa的鎖模力，同時(shí)調(diào)節(jié)注膠壓力從3mpa到20mpa。同模壓常規(guī)制片一樣，通過(guò)壓力傳感器記錄模腔內(nèi)的實(shí)際壓力。
圖4 膠料常規(guī)性能注壓試片制作示意圖1.3.4 模壓恒壓壓縮長(zhǎng)久變形試樣的制備：

模壓恒定壓縮長(zhǎng)久變形試樣的制備與gb/t7759-1996要求相同，為了測(cè)量模腔內(nèi)的實(shí)際壓力，試驗(yàn)在模具內(nèi)的一邊鉆一個(gè)孔，保證壓力傳感器和其中的一個(gè)模腔相連。

1.3.5 注壓恒壓壓縮長(zhǎng)久變形試樣的制備：

這一實(shí)驗(yàn)也是在平板硫化機(jī)上完成，所用模具和模壓恒壓模具基本相同，見(jiàn)圖5，只需要把上模板換成注膠缸就可以了。實(shí)驗(yàn)的時(shí)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(guò)程中較好的流動(dòng)性。
圖5 膠料恒定壓縮長(zhǎng)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(guò)試驗(yàn)，得出了硫化常規(guī)試片過(guò)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(yàn)結(jié)果可以看出，常規(guī)模壓和注壓試片在硫化時(shí)，壓力首先升高，到達(dá)峰值后再降低并達(dá)到平坦?fàn)顟B(tài)。分析為：當(dāng)將膠料放入模腔內(nèi)后，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(dá)到正硫化點(diǎn)后，因?yàn)槟z料已經(jīng)發(fā)生了硫化交聯(lián)，束縛了大分子鏈的活動(dòng)，微觀發(fā)生的現(xiàn)象是，同一時(shí)間撞擊壓力傳感器探頭的分子數(shù)量減小，宏觀的表現(xiàn)是壓力下降并達(dá)到平坦?fàn)顟B(tài)。

同時(shí)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(duì)較大)到達(dá)膠料硫化壓力的*高點(diǎn)比模壓方式下(硫化壓力相對(duì)較小)要早，這種現(xiàn)象也就說(shuō)明，硫化壓力的提高會(huì)明顯的提高膠料的硫化速率。

2.2 硫化壓力對(duì)硫化膠常規(guī)性能的影響：

通過(guò)試驗(yàn)得出，模壓硫化方式與注壓硫化方式隨著硫化時(shí)硫化壓力的提高，其膠料的300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度變化趨勢(shì)一致，以下是以模壓硫化方式時(shí)，隨著硫化時(shí)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(duì)硫化膠的300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)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(qiáng)度逐漸增大，扯斷伸長(zhǎng)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(qiáng)度逐漸增大和扯斷伸長(zhǎng)率逐漸減小的現(xiàn)象。
圖8硫化壓力對(duì)膠料300%定伸應(yīng)力的影響圖9硫化壓力對(duì)膠料拉伸強(qiáng)度的影響
圖10硫化壓力對(duì)膠料扯斷伸長(zhǎng)變化率的影響2.2.2 硫化壓力對(duì)硫化膠撕裂強(qiáng)度的影響：

通過(guò)試驗(yàn)，其膠料隨著硫化時(shí)硫化壓力的不斷提高，其膠料的撕裂強(qiáng)度如圖11所示。
圖11硫化壓力對(duì)膠料撕裂強(qiáng)度的影響可以從圖11看出，隨著膠料在硫化時(shí)的硫化壓力不斷提高，其撕裂強(qiáng)度隨之卻不斷降低，分析原因?yàn)椋焊鶕?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(qiáng)度[2]。所以，當(dāng)多硫鍵增加時(shí)膠料的撕裂強(qiáng)度會(huì)增加，當(dāng)單、雙硫鍵增加時(shí)膠料的撕裂強(qiáng)度會(huì)減小。本試驗(yàn)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(shuō)硫化后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(qiáng)度不斷降低。

2.3 硫化壓力對(duì)膠料的壓縮長(zhǎng)久變形的影響：

隨硫化壓力的增加，其膠料的壓縮長(zhǎng)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(zhǎng)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(jī)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(zhǎng)久變形顯著減小。
圖12硫化壓力對(duì)膠料壓縮長(zhǎng)久變形的影響2.4 硫化壓力對(duì)減震橡膠產(chǎn)品性能的影響：

對(duì)于硫化壓力對(duì)減震橡膠產(chǎn)品的影響，我們以*常見(jiàn)的減震橡膠墊進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)，在模具的型腔面打孔并安裝壓力傳感器。對(duì)比了模壓和注壓兩種硫化方式下硫化壓力的變化對(duì)產(chǎn)品性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如下：通過(guò)表1可以看出，注壓硫化方式其膠料硫化時(shí)的壓力比模壓硫化方式要高一倍以上。另外，達(dá)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(shí)的硫化膠料硬度低，這對(duì)減震橡膠制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(zhǎng)久變形減少了42％，這就相應(yīng)的提高了減震橡膠產(chǎn)品在變形方面的壽命。表1硫化壓力對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)，其硫化壓力總是先增高后減小，并*終處于平坦?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(qiáng)度均隨之提高，其膠料的扯斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度和壓縮長(zhǎng)久變形卻隨之下降。
3.在減震橡膠制品硫化過(guò)程中，注壓硫化方式中模腔內(nèi)膠料的壓強(qiáng)比模壓硫化方式的壓強(qiáng)高一倍以上。產(chǎn)品達(dá)到相同的靜剛度所需的膠料硬度有較大差別。隨產(chǎn)品硫化時(shí)的硫化壓力提高，產(chǎn)品在壓縮長(zhǎng)久變形性能方面有明顯的提高。