1、交聯(lián)密度對(duì)玻璃化溫度Tg的影響
交聯(lián)生成的化學(xué)鍵,可使Tg回升,其起因是交聯(lián)后分子鏈段的活動(dòng)性受到了限度。另一說明是,相鄰的分子鏈通過交聯(lián)鍵結(jié)合起來,隨交聯(lián)密度增加,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的自由體積減小,從而降落了分子鏈段的活動(dòng)性。
隨硫磺用量增加,天然橡膠、丁苯橡膠硫化膠的Tg會(huì)隨之回升。例如:在未填充填料的天然橡膠跟丁苯橡膠硫化膠中,硫磺用量增加1品質(zhì)分?jǐn)?shù)時(shí),其玻璃化溫度Tg分辨回升4.1~5.9℃跟6℃;而丁腈橡膠無填料的硫化膠,加硫磺3%品質(zhì)分?jǐn)?shù)時(shí),Tg從-24℃回升到-13℃,其后硫磺含量每增加1品質(zhì)份,Tg值直線地進(jìn)步3.5℃。 產(chǎn)生上述景象的起因,在于如下兩個(gè)因素的影響:一是交聯(lián)密度的進(jìn)步;二是多硫鍵的環(huán)化作用,使分子內(nèi)部也形成了交聯(lián)。前者對(duì)丁腈橡膠起決定性作用,而后者對(duì)天然橡膠、丁苯橡膠是重要的因素。隨交聯(lián)密度增加,聚氨酯橡膠輸送帶的硬度(紹爾A)從64回升到87,玻璃化溫度Tg從-10℃回升到-5℃??梢姡M(jìn)步交聯(lián)密度,會(huì)使玻璃化溫度Tg回升。然而,對(duì)絕對(duì)稀少的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而言,只有活動(dòng)鏈段的長度不大于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中交聯(lián)點(diǎn)之間距,則Tg大抵上可能始終不變。也就是說,在稀少的橡膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,Mc值大(交聯(lián)點(diǎn)間的絕對(duì)分子品質(zhì)大),則鏈段的活性多少乎不受限度。
2、交聯(lián)密度對(duì)耐寒系數(shù)的影響。耐高溫輸送帶由多層橡膠棉帆布(滌棉布)或者聚酯帆布上下覆有耐高溫或耐熱橡膠、經(jīng)高溫硫化粘合在一起,適合輸送175℃以下熱焦碳、水泥、熔渣和熱鑄件等。
為了評(píng)估硫化膠從室溫降到玻璃化溫度Tg的進(jìn)程中的彈性模量的變更,常利用耐寒系數(shù)K來表征。K是用室溫下跟低溫下的彈性模量的值來判斷的。實(shí)驗(yàn)表明,丁苯橡膠生膠的彈性模量隨溫度降落而進(jìn)步的水平,比無填料的丁苯橡膠硫化膠高得多。當(dāng)溫度從20℃降落到-10℃時(shí),丁苯橡膠的彈性模量進(jìn)步了3倍,而硫化膠僅僅進(jìn)步了10%。這是因?yàn)槲唇宦?lián)的生膠的應(yīng)變機(jī)能取決于它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其分子間的作使勁重要來源于各品種型的物理鍵形成的范德華力、鏈的纏結(jié)跟極性基團(tuán)的作使勁。隨溫度降落,鏈段的活動(dòng)能量減弱,彈性模量進(jìn)步。而交聯(lián)的硫化膠內(nèi)除物理鍵之外,還存在著由化學(xué)交聯(lián)鍵形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?;瘜W(xué)鍵的鍵能比物理鍵大,牢固性高,對(duì)溫度的敏理性比物理鍵小得多。在一定溫度范疇內(nèi),交聯(lián)鍵對(duì)其形變起決定性的作用,所以溫度降落,彈性模量變更不大。然而在交聯(lián)密度過大時(shí),會(huì)大大加強(qiáng)分子鏈之間的作使勁,使彈性模量大增,耐寒性降落。
綜上可知,化學(xué)鍵的形成減弱了對(duì)溫度十分敏感的物理鍵的作用,所以低溫下硫化膠的模量變更比生膠小。耐高溫輸送帶由多層橡膠棉帆布(滌棉布)或者聚酯帆布上下覆有耐高溫或耐熱橡膠、經(jīng)高溫硫化粘合在一起,適合輸送175℃以下熱焦碳、水泥、熔渣和熱鑄件等。由此推論:隨交聯(lián)密度進(jìn)步,耐寒系數(shù)K回升到某個(gè)z大值,然而當(dāng)交聯(lián)密度過大,交聯(lián)點(diǎn)之間的間隔小于活動(dòng)鏈段的長度時(shí),K值便開端降落。
3、交聯(lián)鍵類型對(duì)耐寒性的影響
對(duì)天然橡膠硫化所作的各項(xiàng)研究表明,利用傳統(tǒng)的硫化體系時(shí),隨硫磺用量增加,直到30品質(zhì)份,其剪切模式隨之進(jìn)步,玻璃化溫度Tg也隨之回升(可回升20~30℃)。利用有效硫化體系時(shí),Tg比傳統(tǒng)硫化體系降落7℃.用過氧化物或輻射硫化時(shí),誠然剪切模量進(jìn)步也會(huì)與硫黃硫化同樣的數(shù)值,但玻璃化溫度Tg變更卻不大,始終處于-50℃的水平。
產(chǎn)生上述差別的起因是,用硫磺硫化時(shí),在生成多硫鍵的同時(shí),還生成分子內(nèi)交聯(lián)鍵,并且產(chǎn)生環(huán)化反應(yīng),因此使得連段的活動(dòng)性降落,彈性模量進(jìn)步,玻璃化溫度Tg回升。減少硫磺用量、利用半有效或有效硫化體系時(shí),多硫鍵數(shù)量減少,重要生成單硫鍵跟二硫鍵,分子內(nèi)結(jié)合硫的可能性降落,因此Tg回升的幅度較多硫鍵小。用過氧化物跟輻射硫化時(shí),其耐寒性優(yōu)于有效硫化體系跟傳統(tǒng)硫化體系,這是因?yàn)檫^氧化物硫化膠的體積膨脹系數(shù)較大。過氧化物硫化膠的體積膨脹系數(shù)為6.04×10-4/℃,而硫磺硫化膠的體積膨脹系數(shù)為4.56×10-4/℃.體積膨脹系數(shù)大,可使鏈段活動(dòng)的自由空間增加,有利于玻璃化溫度降落。另外,過氧化物硫化時(shí),形成堅(jiān)固的、短小的C-C交聯(lián)鍵,而用硫磺硫化時(shí),則會(huì)形成堅(jiān)固度較小,長度較大的多硫鍵,因此在產(chǎn)生形變時(shí),要克服分子間作使勁會(huì)更大一些,同時(shí)弱鍵產(chǎn)生畸變,這樣就增加了滯后喪失,增大了蠕變速率,硫化膠中的黏性阻力局部比過氧化物硫化膠更大一些。也就是說,用硫磺硫化的橡膠中,分子間的作使勁要大得多,這恰是硫化膠耐寒性較差的起因。膠帶