Способы повышения твердости резины молекулярной структуры до оптимизации процесса

Твердость резины является важным показателем для измерения сопротивления деформации резиновых материалов. Обычно ее измеряют такими методами, как твердость по шору A или D и Международная степень твердости резины (IRHD). Способы повышения твердости резины в основном включают множество аспектов, таких как выбор материала, оптимизация рецептуры, контроль технологического процесса и последующая обработка. Далее мы рассмотрим основные теории и в сочетании с молекулярной структурой каучука, разработкой формул и технологиями обработки подробно обсудим основные способы повышения твёрдости каучука и их механизмы.

I. Сущность твердости резины

Твёрдость резины в основном зависит от плотности её внутреннего поперечного связывания, типа и содержания наполнителей, жёсткости полимера и пластичности. Увеличение твёрдости резины обычно означает, что движение молекулярных сегментов ограничено, модуль упругости материала увеличивается, и это проявляется в уменьшении деформации под внешним давлением. Таким образом, способы повышения твёрдости в основном направлены на следующие аспекты:
1. Увеличьте плотность поперечных связей: увеличьте количество точек поперечных связей в резине, повысьте жёсткость молекулярных цепочек и уменьшите свободную подвижность молекулярных сегментов.
2. Увеличьте содержание наполнителя или выберите наполнители с высокой жёсткостью: например, высокодисперсный технический углерод, диоксид кремния, керамический порошок и т. д., чтобы повысить жёсткость и модуль упругости резины.
3. Выберите тип базового каучука: для повышения твёрдости материала выбирайте каучуки с высокой температурой стеклования (Tg), такие как нитрильный каучук (NBR), фторкаучук (FKM), полиуретановый каучук (PU) и т. д.
4. Оптимизация рецептуры: используйте пластификаторы, технологические добавки, отверждающие смолы и т. д., чтобы оптимизировать степень сшивки и совместимость материала и повысить его твёрдость.
5. Контроль процесса: оптимизируя параметры процесса, такие как смешивание и вулканизация, повышайте плотность и однородность сшивки резиновых материалов и тем самым повышайте их твёрдость.

II. Конкретные методы повышения твердости резины

1. Повышение плотности поперечных связей
Плотность поперечных связей оказывает значительное влияние на твёрдость резины. Чем выше плотность поперечных связей, тем плотнее соединение между молекулярными цепочками, что приводит к снижению текучести резины и повышению её твёрдости. Основные меры включают:
(1) Регулировку системы вулканизации
Система вулканизации является ключевым фактором, влияющим на плотность поперечных связей резины. Распространённые методы:
— Увеличьте количество серы или пероксида: в системе вулканизации с использованием серы увеличение доли серы может повысить плотность поперечных связей, но необходимо соблюдать баланс между скоростью вулканизации и подпалинами; при вулканизации с использованием пероксида могут образовываться связи C-C с высокой плотностью поперечных связей, что повышает твёрдость.
— Используйте высокоактивные ускорители, такие как тиурамы (TMTD, TETD), тиазолы (MBTS) и т. д., которые могут ускорить образование поперечных связей и повысить плотность вулканизации.
— Используйте многофункциональные сшивающие агенты, такие как TAIC (триаллил изоцианурат), HVA-2 (м-фенилендиамин), которые могут повысить жёсткость сшивающей сети и увеличить твёрдость.
(2) Оптимизируйте структуру сшивки
Структура сшивки состоит из полисульфидных связей, моносильфидных связей и C-C-сшивок. Полисульфидные связи (образованные несколькими связями серы) обеспечивают лучшую эластичность, в то время как моносульфидные связи и поперечные связи C-C более жёсткие, что способствует повышению твёрдости. Поэтому можно использовать следующее:
— Выберите высокотемпературную вулканизацию, чтобы увеличить долю моносильных связей.
— Используйте пероксидную вулканизацию, чтобы каучук образовывал высокопрочные поперечные связи C-C.

2. Увеличьте содержание наполнителя и оптимизируйте его выбор
Наполнители являются важным фактором, влияющим на твердость резины. Влияние различных типов наполнителей на твердость заключается в следующем:
(1) Технический углерод с высокой структурой
Наполнитель из технического углерода не только повышает жесткость резины, но и улучшает точки сшивания за счет физической адсорбции. К типам технического углерода, подходящим для повышения твердости, относятся:
– Печной графит высокой прочности (N330, N220): он имеет плотную структуру и может служить хорошим армирующим материалом, повышая твёрдость.
– Технический углерод со сверхвысокой структурой (N110, N134): увеличивает модуль упругости резины, значительно повышая ее твердость.
(2) Дымящийся диоксид кремния (SiO₂)
Благодаря своей большой удельной поверхности диоксид кремния (дымящийся диоксид кремния) может образовывать водородные связи с молекулами резины, повышая твердость. Особенно под действием силанового связующего агента (такого как Si69) его упрочняющий эффект может быть сравним с эффектом технического углерода.
(3) Неорганические наполнители
Жёсткие неорганические наполнители, такие как керамический порошок, карбонат кальция и тальк, также могут значительно повысить твёрдость резины, но они могут снизить эластичность и устойчивость к усталости. К распространённым неорганическим наполнителям относятся:
– осаждённый карбонат кальция: он может повысить плотность и твёрдость резины, но влияет на относительное удлинение при разрыве.
– оксид алюминия, оксид цинка, стеклянные шарики: они подходят для износостойкой резины высокой твёрдости и могут повысить механическую прочность.

3. Выберите каучук с высоким Tg в качестве основы
Чем выше температура стеклования (Tg) каучука, тем более ограничено движение молекулярных цепочек и тем выше твердость материала. Например:
– Натуральный каучук (NR): Tg ≈ -70 ° C, с относительно низкой твердостью.
– Нитриловый каучук (NBR): Tg ≈ -20 ° C, с относительно высокой твердостью, подходит для сальниковых уплотнений и маслостойких изделий.
– Фторкаучук (FKM): Tg ≈ 0°C, высокой твёрдости, устойчив к высоким температурам и химическим веществам.
– Полиуретановая резина (PU): температура стеклования ≈ 50 °C, чрезвычайно высокая твёрдость, износостойкость и ударопрочность.
Твёрдость можно повысить, увеличив долю резины с высокой температурой стеклования или смешав её с твёрдыми смолами (например, фенольной смолой, стирол-бутадиеновой смолой).

Диаграмма, сравнивающая параметры твердости различных изделий из резиновых смесей

(пример, фактические данные могут отличаться из-за различных производственных процессов и составов):
Твердость резиновых смесей (по Шору A)
Натуральный каучук (NR) 40–60
Нитрильный каучук (NBR) 50–80
Фторкаучук (FKM) 60–90
Полиуретановый каучук (PU) 70–95
Силиконовый каучук (VMQ) 20 – 80
Бутадиеновый каучук (BR) 40 – 65

4. Оптимизация состава и корректировка добавок
Путем корректировки таких компонентов, как пластификаторы и смягчители, можно дополнительно повысить твердость резины:
– Уменьшить количество используемого пластификатора: пластификаторы (такие как DOP, DOA) могут снижать твердость резины, а уменьшение их количества помогает повысить твердость.
– Добавить отверждающие смолы: такие как фенольная смола и эпоксидная смола, которые могут повысить плотность сшивки резины и увеличить ее твердость.
— Используйте наноусиливающие агенты, такие как углеродные нанотрубки и графен, которые могут повысить жёсткость и механические свойства резины.

5. Оптимизация процесса
— процесса смешивания: улучшение дисперсии наполнителей и повышение плотности резиновой смеси способствует увеличению твёрдости.
— температуры вулканизации: повышение температуры вулканизации способствует образованию моносильфидных связей и увеличивает твёрдость.
— постобработки: замораживание или термическая обработка резины для оптимизации структуры поперечных связей и увеличения твёрдости.

Существуют различные методы повышения твёрдости резины, в основном связанные с такими аспектами, как плотность сшивки, выбор наполнителя, резиновая основа, оптимизация состава и контроль процесса. При практическом применении необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как износостойкость, эластичность и технологичность, и разумно выбирать подходящее решение, чтобы свойства материала соответствовали требованиям конечного применения.

ВСЕГДА С ВАМИ РТИ 100! Производитель РТИ на заказ, по техническому заданию от проектирования до исследований и разработок, от производства до тестирования. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь напрямую с компанией РТИ 100. Электронная почта: tdpoligran@mail.ru

Услуги — Дробеструйная обработка, очистка металла в г.Екатеринбург