胶力学性能与测试

胶力学性能与测试|橡胶力学与测试|橡胶力学与测试

一、生胶性能

未经加工的原料橡胶俗称生胶，其实生胶也并非100%纯净的，如天然胶中含有的非橡胶烃(约5%)包括树脂酸蛋白质等物质，在SR中同样添加了防老剂及未耗尽的合成助剂，如：分子量控制剂，终止剂及分散剂等。不过大体上讲，生胶与胶料相比更能代表橡胶固有的特性，包括如下：

1、分子量。指橡胶大分子的分子量的平均值，应该把橡胶看成不同分子量聚合物的体系，既有高分子量级份，也混杂一些低分子量级份，这是不可避免的，所以只能以平均分子量的概念来描述。根据不同测试方法又分粘均分子量、散均分子量及重均分子量。比较常用的是粘均分子量，因为比较容易测，采用不同粘度来表征不同分子量，更为直观(分子量越大，粘度越高)。

分子量与生胶性能之间有着直接和密切的关系，一般而言分子量越大，则生胶的强度越高，力学性能越好，但是随着分子量的增大，加工时的流动性变差。

2、分子量分布。橡胶实际上是不同比例的大小分子量不同的分子链的混合物，如果把不同的分子量按出现的频率来排列，则可得到分子量分布曲线。

NR的分子量分布特点：

中等分子量占统治地位，高分子量及低分子量级各占少数，其中高的部分有利于力学性而低的部分则有利于加工，因此兼顾了性能和加工。

SR的分子量分布特点：

分子量分布很窄，局限在很小的范围，因为缺少低分子量部分所以加工性不及NR，但性能均匀性好。原因是合成橡胶的分子量由人为地加以控制，所以模式单纯，难以做到大、中、小兼顾。

3、凝胶含量。一般只发生在SR。当聚合过程中，因结构控制不同，形成太多的支链结构，结果这一部分就出现凝胶，用溶剂无法溶解故称凝胶。炼胶时助剂难以进入，影响性能。

4、侧挂基团。橡胶单体上的不同基团给橡胶带来不同的特性。如：－COOH (羧基)：能赋予良好的粘性；－CL：具有极性及电负性；苯基：体积庞大可以阻拦射线，故具抗射线性良好。

5、极性。与基团有密切相关，凡是带有腈基(-CN)羟基(-OH)和羧基(-COOH)等基团的橡胶都有较强的极性，称为极性橡胶。他们与金属有良好的结合性，另外极性接近的橡胶，彼此容易掺和。

二、硫化胶性能

如果说生胶和未硫化胶的性能主要为加工生产服务，那么硫化胶性能主要为客户和实际应用服务。硫化胶性能可以概括分为俩大类即力学性能及抗环境性能，前者都是衡量橡胶在受力情况下的性能，主要有拉伸强度、定伸强度、扯断伸长率、拉伸永久变形(均在拉力机上进行)、硬度、回弹性、压缩永久变形、抗撕裂强度、粘和强度等。后者是测量橡胶在外界环境下的性能变化，包括热老化性能、抗臭氧性能、阻燃性能、抗霉性能等。

先将常用的硫化胶测定项目简述如下–

1、拉伸强度。用拉动机对橡胶试片进行拉伸，测定断裂时的强度以Mpa表示，是衡量橡胶力学性能的最主要最基本项目，其值越大，表明强度越大，一般在10~30Mpa。

2、定伸强度。试样拉伸到一定长度时，单位面积所需的力。可以反映橡胶的交联程度。其值越高，表明橡胶越坚韧，单位MPa

3、扯断伸长率。试样拉断时，伸长部分与原长的百分比，用以表示橡胶在伸长时的应变能力的极限，以%表示。

4、永久变形。试样经一定时间的外力作用后，不能恢复的变形部分的百分比，其值越小，则橡胶的弹性复原性越好。

5、撕裂强度。橡胶抵抗裂口处撕开的性能，以单位长度的撕开力来表示KN/m

6、硬度。将一定直径的钢性球体压入橡胶试样到一定深度所需的负荷与弹性模量之比，用以反映橡胶的弹性模量，也可判断硫化状态。

7、耐磨性。常用阿克隆磨耗机测定，对滚动磨擦件最适宜，其测试方法是将圆盘形试片定位于磨耗实验机上，在一定压力下，与砂轮以一定斜度角(15°)进行相对摩擦测定其在1.61km(1英里)的行程内被磨下的胶粉，在按密度换算成体积，故其取值单位为cm3/1.61km，值越小耐磨性越好。

8、回弹性。又称冲击弹性，指橡胶受冲击后能复原的程度，通常以回弹率表示，有两种测定法：

⑴落球法将一定质量的钢球，从一定高度落下，打在橡胶试样上侧其回弹的高度。

⑵摆锤法用有支点的钢锤撞击橡胶试样，侧其回弹幅度以前后的百分比表示。)

9、耐老化性。常用热气老化箱法，将橡胶试样放入有热空气加热的老化烘箱内，定温定时老化(例70℃×100h)后，测定性能的保持率，以表示老化程度，称老化系数，一般系数越接近1.0的越好。

10、耐寒性。通常以脆性温度表示，脆性温度越低表示橡胶的耐寒性越好。方法如下，用开水放入保温瓶内制冷，到所需温度后，用夹持器将试样垂直送入保持3分钟取出，在0.5秒内用冲击器冲击试样，出现裂口或扯断的最高温度即脆性温度，表示该橡胶耐低温水平。

三、未硫化胶的性能

生胶与助剂相混，但未经硫化的橡胶称未硫化胶，也称胶料。可以理解为半成品，它们跟加工过程有密切关系：

1、流动性。和可塑性相关，可塑性越大，则流动性越好，吃粉容易；在压延挤出过程中，十分顺利；硫化时受热过程中很快能充满模腔，反之流动性不好则容易出现缺胶。

2、喷霜。配方中如果某项助剂添加过量，超过其在橡胶中的溶解度，则会逐渐喷出胶料表面形成霜层，故称喷霜。油类、石蜡、防老剂、硫磺、促进剂等添加过量均会出现喷出，影响外观，并影响界面结合。

3、焦烧。胶料在加工或停放过程中提前硫化现象称焦烧。这种现象在高温季节容易发生，对策是添加防焦剂，严格控制加工温度。

4、收缩膨胀变形。胶料出口型后出现尺寸收缩膨胀，对成型带来不便，可塑度不够或合成胶使用比过高是主要原因，添加软化剂用量有利于减少收缩变形。

橡胶力学性能与测试

一、生胶性能

未经加工的原料橡胶俗称生胶，其实生胶也并非100%纯净的，如天然胶中含有的非橡胶烃(约5%)包括树脂酸蛋白质等物质，在SR中同样添加了防老剂及未耗尽的合成助剂，如：分子量控制剂，终止剂及分散剂等。不过大体上讲，生胶与胶料相比更能代表橡胶固有的特性，包括如下：

1、分子量。指橡胶大分子的分子量的平均值，应该把橡胶看成不同分子量聚合物的体系，既有高分子量级份，也混杂一些低分子量级份，这是不可避免的，所以只能以平均分子量的概念来描述。根据不同测试方法又分粘均分子量、散均分子量及重均分子量。比较常用的是粘均分子量，因为比较容易测，采用不同粘度来表征不同分子量，更为直观(分子量越大，粘度越高)。

分子量与生胶性能之间有着直接和密切的关系，一般而言分子量越大，则生胶的强度越高，力学性能越好，但是随着分子量的增大，加工时的流动性变差。

2、分子量分布。橡胶实际上是不同比例的大小分子量不同的分子链的混合物，如果把不同的分子量按出现的频率来排列，则可得到分子量分布曲线。

NR的分子量分布特点：

中等分子量占统治地位，高分子量及低分子量级各占少数，其中高的部分有利于力学性而低的部分则有利于加工，因此兼顾了性能和加工。

SR的分子量分布特点：

分子量分布很窄，局限在很小的范围，因为缺少低分子量部分所以加工性不及NR，但性能均匀性好。原因是合成橡胶的分子量由人为地加以控制，所以模式单纯，难以做到大、中、小兼顾。

3、凝胶含量。一般只发生在SR。当聚合过程中，因结构控制不同，形成太多的支链结构，结果这一部分就出现凝胶，用溶剂无法溶解故称凝胶。炼胶时助剂难以进入，影响性能。

4、侧挂基团。橡胶单体上的不同基团给橡胶带来不同的特性。如：－COOH (羧基)：能赋予良好的粘性；－CL：具有极性及电负性；苯基：体积庞大可以阻拦射线，故具抗射线性良好。

5、极性。与基团有密切相关，凡是带有腈基(-CN)羟基(-OH)和羧基(-COOH)等基团的橡胶都有较强的极性，称为极性橡胶。他们与金属有良好的结合性，另外极性接近的橡胶，彼此容易掺和。

二、硫化胶性能

如果说生胶和未硫化胶的性能主要为加工生产服务，那么硫化胶性能主要为客户和实际应用服务。硫化胶性能可以概括分为俩大类即力学性能及抗环境性能，前者都是衡量橡胶在受力情况下的性能，主要有拉伸强度、定伸强度、扯断伸长率、拉伸永久变形(均在拉力机上进行)、硬度、回弹性、压缩永久变形、抗撕裂强度、粘和强度等。后者是测量橡胶在外界环境下的性能变化，包括热老化性能、抗臭氧性能、阻燃性能、抗霉性能等。

先将常用的硫化胶测定项目简述如下–

1、拉伸强度。用拉动机对橡胶试片进行拉伸，测定断裂时的强度以Mpa表示，是衡量橡胶力学性能的最主要最基本项目，其值越大，表明强度越大，一般在10~30Mpa。

2、定伸强度。试样拉伸到一定长度时，单位面积所需的力。可以反映橡胶的交联程度。其值越高，表明橡胶越坚韧，单位MPa

3、扯断伸长率。试样拉断时，伸长部分与原长的百分比，用以表示橡胶在伸长时的应变能力的极限，以%表示。

4、永久变形。试样经一定时间的外力作用后，不能恢复的变形部分的百分比，其值越小，则橡胶的弹性复原性越好。

5、撕裂强度。橡胶抵抗裂口处撕开的性能，以单位长度的撕开力来表示KN/m

6、硬度。将一定直径的钢性球体压入橡胶试样到一定深度所需的负荷与弹性模量之比，用以反映橡胶的弹性模量，也可判断硫化状态。

7、耐磨性。常用阿克隆磨耗机测定，对滚动磨擦件最适宜，其测试方法是将圆盘形试片定位于磨耗实验机上，在一定压力下，与砂轮以一定斜度角(15°)进行相对摩擦测定其在1.61km(1英里)的行程内被磨下的胶粉，在按密度换算成体积，故其取值单位为cm3/1.61km，值越小耐磨性越好。

8、回弹性。又称冲击弹性，指橡胶受冲击后能复原的程度，通常以回弹率表示，有两种测定法：

⑴落球法将一定质量的钢球，从一定高度落下，打在橡胶试样上侧其回弹的高度。

⑵摆锤法用有支点的钢锤撞击橡胶试样，侧其回弹幅度以前后的百分比表示。)

9、耐老化性。常用热气老化箱法，将橡胶试样放入有热空气加热的老化烘箱内，定温定时老化(例70℃×100h)后，测定性能的保持率，以表示老化程度，称老化系数，一般系数越接近1.0的越好。

10、耐寒性。通常以脆性温度表示，脆性温度越低表示橡胶的耐寒性越好。方法如下，用开水放入保温瓶内制冷，到所需温度后，用夹持器将试样垂直送入保持3分钟取出，在0.5秒内用冲击器冲击试样，出现裂口或扯断的最高温度即脆性温度，表示该橡胶耐低温水平。

三、未硫化胶的性能

生胶与助剂相混，但未经硫化的橡胶称未硫化胶，也称胶料。可以理解为半成品，它们跟加工过程有密切关系：

1、流动性。和可塑性相关，可塑性越大，则流动性越好，吃粉容易；在压延挤出过程中，十分顺利；硫化时受热过程中很快能充满模腔，反之流动性不好则容易出现缺胶。

2、喷霜。配方中如果某项助剂添加过量，超过其在橡胶中的溶解度，则会逐渐喷出胶料表面形成霜层，故称喷霜。油类、石蜡、防老剂、硫磺、促进剂等添加过量均会出现喷出，影响外观，并影响界面结合。

3、焦烧。胶料在加工或停放过程中提前硫化现象称焦烧。这种现象在高温季节容易发生，对策是添加防焦剂，严格控制加工温度。

4、收缩膨胀变形。胶料出口型后出现尺寸收缩膨胀，对成型带来不便，可塑度不够或合成胶使用比过高是主要原因，添加软化剂用量有利于减少收缩变形。

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