EPDM橡胶硫化曲线的测定

聚

合

物

加

工

实

验

报

告

班级：12高分子材料与工程1班

学号:1214121013

姓名:矢名

实验一PP/EPDM共混改性及挤出造粒、注塑实验二PE吹塑薄膜成型

实验三EPDM橡胶的开炼及密炼

实验四PP/EPDM性能测定

实验五EPDM橡胶硫化曲线的测定

实验五 EPDM橡胶硫化特性曲线的测定

一、实验目的

（1）理解橡胶硫化特性曲线测定的意义；

（2）了解CL-2000E型无转子硫化仪的结构原理及操作方法；

（3）掌握橡胶硫化特性曲线测定和正硫化时间确定的方法。

二、实验原理

硫化是橡胶制坯生产中最重要的工艺过程。在硫化过程中，橡胶经历了一系列的物理和化学变化，其物理机械性能和化学性能得到了改善，使橡胶材料成为有用的材料，因此硫化对橡胶及其制品是十分重要的。

硫化是在一定温度、压力和时间条件下使橡胶大分子链发生化学交联反应的过程。

橡胶在硫化过程中．其各种性能随硫化时间增加而变化。橡胶的硫化历程可分为焦烧、预硫、正硫化和过硫叫个阶段。如图28-1所示。

图 28-1 橡胶硫化历程

A 起硫快速的胶料：

B 有延迟特性的胶料；

C 过硫后定伸强度继续上升的胶料；

D 具有反原件的胶料；

a1-操作焦烧时间；a2-剩余焦烧时间；b-模型硫化时间

焦烧阶段又称硫化诱导期，是指橡胶在硫化开始前的延迟作用时间，在此阶段胶料尚未开始交联，胶料在模型内有良好的流动性。对于模型硫化制品，胶料的流动、充模必须在此阶段完成，否则就发生焦烧。

预硫化阶段是焦烧期以后橡胶开始交联的阶段。随着交联反应的进行，橡胶的交联程度逐渐增加，并形成网状结构，橡胶的物理机械性能逐渐上升．但尚未达到顶期的水平。

正硫化阶段，橡胶的交联反应达到一定的程度，此时的各项物理机械性能均达到或接近最佳值，其综合性能最佳。

过硫化阶段是正硫化以后继续硫化，此时的各项物理机械性能均达到或接近最佳值，其综合性能最佳。

过硫化阶段是正硫化以后继续硫化，此时往往氧化及热断链反应占主导地位，胶料会出现物理机械性能下降的现象。

由硫化的历程可以看到，橡胶处在正硫化时，其物理机械性能或综合性能达到最佳值，预硫化或过硫化阶段胶料性能均不好。达到正硫化装填所需的最短时间为理论正硫化时间。也成正硫化点，而正硫化时一个阶段。在正硫化阶段中，胶料的各项物理机械性能保持最高值，但橡胶的各项性能指标往往不会再同一时间达到最佳值，因此准确测定和选取正硫化点就成为确定硫化条件和获得产品最佳性能能的决定因素。

从硫化反应动力学原理来说，正硫化应是胶料达到最大交联密度时的硫化状态，正硫化时间应由胶料达到最大交联密度所需的时间来确定比较合理。在实际应用中是根据某些主要性能指标(与交联密度成正比)来选择最最佳点，确定正硫化时间。

日前用转子旋转振荡式硫化仪来测定和选取正硫化点最为广泛。这类硫化仪能够连续地测定与加工性能和硫化性能有关的参数，包括初始粘度、最低粘度、焦烧时间、硫化速度、正硫化时间和活化能等。实际上硫化仪测定记录的是转距值，以转矩的大小来反映胶料的硫化程度，其测定的基本原理根据弹性统计理论：

G RT ρ= 28-1

式中 G —剪切模量，MPa

ρ-交联密度，mol/ml;

R—气体常数，Pa2L/(mol2K)；

T—绝对温度

即胶料的剪切模量G与交联密度ρ成正比。而G与转矩M存在一定的线性

关系。从胶料在硫化仪的模具中受力的分析可知，转子作正负3°角度摆动时，对胶料施加一定的作用力可使之产生形变。与此同时，胶料将产生剪切力、拉伸、扭人等，这些合力对转子将产生转矩M、阻碍转子的运动。随石胶料逐渐硫化。其G也逐渐增加，转子摆动在固定应变的情况下，所需转矩M也成正比例地增加。

综上所述，通过硫化仪测得胶料随时间的应力变化(硫化仪以转矩读数反映)即可表剪切模员的变化。从而反映硫化交联过程的情况。图28—2为内硫化仪测得胶料的硫化的线。

28—2 硫化曲线

在硫化曲线中，最小转矩M

l

，反映胶料在一定温度下的可塑性。最大转矩

M

m

反映硫化胶的模量，焦烧时间和正硫化时间根据不同类型的硫化仪合不同的判

别标准，—般取值是：转短达到(M

M -M

L

)310％十M

L

时所需的时间t

10

为焦烧时间，

转短达到(M

M -M

L

)390%+M

l

时所需的时间t

90

为正硫化时间。t

90

-t

10

为硫化反应速度。

其值越小，硫化速度越。

本实验所用CL-2000E型无转子硫化仪的工作原理是将橡胶试样置入电热平板构成的模腔内，模腔的温度维持在：±0.3℃波动范围内，胶料在上下模腔体内，模腔由固定的下口型和可上下移动的上口型构成，在试验时用压缩空气使其两口闭合，其中下部分以微小的线性往复运动（摆动振荡）,振荡使试样产生剪切应变，测定试样对模腔的的反作用扭矩（力），此转矩的大小取决于胶料的剪切模量。

硫化试验开始后试样的剪切模量增大，计算机实时显示并记录转矩（力），

当转矩（力）上升到稳定值或最大值乃至返回状态时，便得到一条转矩（力）与时间的关系曲线，即硫化曲线（如图28-3），曲线的形状与试验的温度和胶料的特性有关。

图28-3

三．实验步骤

（1）接通总开关，电源供电后打开主机右侧电源开关，指示灯亮。

（2）打开计算机，以鼠标双击桌面上硫化仪程序的图标，在系统显示“欢迎画面”后点击“进入”便进入到“主画面”（图28-4），点击“参数设定”进入“参数设定”窗口（图28-5），在此设定好实验的温度、系统的量程、实验的时间以及序列编号，设定无误后返回“主画面”（图28-4）

图28-4

图28-5

（3）以鼠标点击“主画面”上的“加温”或直接按下硫化仪机座面板上的“加热”按钮。此时“上下模加热”，“加热”按钮灯亮。（图28-6）进入升温阶段（升温过程中最好在合模状态下进行，如未合模可先打开气源，点击“主画面”上的“合模”或直接按主机座面板上的“合模”。（注：主机上的“合模”按钮包含了合模和开模的命令）（图28-7）

图28-6

图28-7

（4）待上、下模温度升到设定温度，稳定10min。点击计算机上的“开模”或直接按主机面板上的“开模”按钮，开启模具（图28-8），迅速将截取的试样置于下模腔中央，将两圆片上下垫两张方形塑料膜，防止溢胶量过多污染下模。（图28-9、10）点击计算机上的“实时测量”或主机面板上的“测量”键，主机将自动“合模”和“加扭矩”，此时实验正式开始。如测量时间有修改的必要，

画面右下方可修改。

图28-8

图28-9

图28-10

（5）清理模腔及转子。

（6）在其他条件不变的情况下，同一种胶料分别以不同的温度作硫化特征实验。对天然橡胶，依次以140℃、150℃、160℃、170℃和180℃等温度测定其硫化特征曲线。

四．注意事项

（1）不得使金属工具接触模具型腔，取出转子时注意不得擦伤模具型腔

和转子。

（2）清理模腔时不能有废料落入下模腔孔内。

（3）在测试时间内需终止实验，或实验已达到要求，可以通过微机控制系统停止测试。

实验数据

上模温度下模温度扭矩N.m 最大扭矩N.m 最小扭矩N.m 170.00 170.00 9.217 10.872 10.768

五、思考题

1、怎样获取理想的橡胶硫化曲线？

答：较为理想的橡胶硫化曲线应满足下列条件：

(1)硫化诱导期要足够长，充分保证生产加工的安全性；

(2)硫化速度要快，提高生产效率．降低能耗；

(3)硫化平坦期要长。

2、什么叫焦烧时间，正硫化时间？

答：焦烧时间：

在硫化起步阶段，硫化时胶料开始变硬而不能进行热塑性流动那一点时间，在这一阶段内，交联尚未开始，胶料在模型中有较好的流动性。

正硫化时间：

在一定的温度、模压下，为了使胶料从塑性变成弹性，且达到交联密度最大化，物理机械性能最佳化所用的时间叫橡胶制品硫化时间。通常不含操作过程的辅助时间。

硫化时间是和硫化温度密切相关的，在硫化过程中，硫化胶的各项物理、力学性能达到或接近最佳点时，此种硫化程度称为正硫化或最宜硫化。在一定温度下达到正硫化所需的硫化时间称为正硫化时间，一定的硫化温度对应有一定的正硫化时间。当胶料配方和硫化温度一定时，硫化时间决定硫化程度，不同大小和壁厚的橡胶制品通过控制硫化时间来控制硫化程度，通常制品的尺寸越大或越厚，所需硫化的时间越长。

3、未硫化橡胶硫化特性曲线的测定有什么意义？

答：一、透过硫化曲线可掌握橡胶在硫化过程中相关的特性。从橡胶旳混炼圴勺度、加工性到制品的物性（如抗老化）等皆可由硫化曲线中判读出。进一步达到橡胶质量的控制。

二、硫化仪测得的硫化曲线广泛地用于原材料和配方的研究，为加工生产提供数据。除此之外硫化仪还大量用于生产的质量控制、监督以及产品质量的鉴定。1. 研究开发新配方、新产品:

（1）透过硫化仪, 可取得橡胶在不同配方下所产生的曲线, 进而就成本、产品的质量…等项目进行比较。可有效缩短研发时程。

（2）可针对一种新的配方或一种新的原料的基本性能进行评价。

2. 运用于产品的分级鉴定:

例如天然橡胶可以根据硫化仪测定的标准配方的结果来做分级。美国的联合炭黑公司把硫化曲线作为评判其炭黑质量的最佳方法，对其部分的产品只提供硫化曲线作为性能指标。

3. 用硫化仪测定正硫化时间比用传统的办法（即用一组在不同硫化条件下硫化的试片作应力应变试验后绘图的办法）要迅速、方便、精确得多，而且用料也省，的确是一种多快好省的方法。