硫黄硫化体系及硫化胶的性能特点
(1)传统硫化体系 传统硫化体系也称普通(常规)硫化体系,是指目前生产中常采的常硫量(硫黄用量2~3份)的硫黄-促进剂活性剂体系。此体系能使硫化胶结构产生70%以上的多硫交联键,因此,硫化胶的拉伸强度高,耐磨性和抗疲劳龟裂性好,但耐热老化性能差。这种硫化体系成本低,性能尚能满足一般制品的要求,而且加工安全性较好,不易发生焦烧,故目前橡胶厂的胶料配方大多采用传统硫化体系。
(2)有效硫化体系 有效硫化体系(EV)也称高效硫化体系。这种硫化体系有两种是低用量的硫黄(0.3~0.5份)+高用量的促进剂(3.0~5.0份);另一种是种不用硫黄而采用高用量的高效硫载体作为硫化剂,例如二硫化四甲基秋兰姆(促进剂TMTD)3~3.5份或N,N二硫代二吗啉(DTDM)1.5~3份等,为增加体系活性,也可与促进剂配合使用。这种硫化体系由于硫黄用量很少或者根本不用硫黄,所以硫化胶结构中生成的单硫或双硫交联键占绝对的优势,一般高达90%以上。由于硫黄有效地参与交联反应,故称为有效硫化体系。
由于交联结构所决定,有效硫化体系具有下列优点:
①抗硫化返原性好,适用于高温(160℃以上)快速硫化
②硫化均匀性好,适用于厚制品硫化
③硫化胶耐热性好,适用于制作耐热制品
④耐压缩变形性好,适用于制作密封等制品
⑤生热性小,适用于制作动态下使用的制品。
但是,有效硫化体系存在着耐磨性、抗疲劳龟裂性较差以及成本高的缺点,为此发展了半有效硫化体系。
(3)半有效硫化体系 半有效硫化体系(SEV)也称半高效硫化体系。是指硫黄和促进剂用量介于传统和有效硫化体系之间或用硫黄给予体部分取代传统硫化体系中的硫黄而构成的硫化体系。其组成特点是硫黄用量为0.8-1.5份,促进剂用量(包括硫黄给予体在内)为1-1.5份以上。这种硫化体系能使硫化胶产生适当比例的低硫和多硫交联键。除保留有效硫化体系的优点外,大大提高了抗疲劳龟裂性能(图2-9)。因此适用于中等耐热和动态条件下工作的制品。
图2-9 硫化体系对天然橡胶疲劳寿命的影响
实线为起始疲劳寿命 虚线为90℃老化2d后的疲劳寿命
在设计有效和半有效硫化体系时,要选用足量的有效常用系数脂肪酸(月桂酸比硬脂酸效果好)，以增加氧化锌在胶料中的溶解能力,从而保证促进剂充分发挥活性作用。化体系此外促进剂应尽可能采取并用方式,以提高硫化活性,降低促进剂的总用量。并且在促进剂品种的选择上以疲劳寿命的影响组成AA型、NA型并用体系为佳,可得到较好的抗焦烧性能和硫化平坦性。从而适应高温快速硫化工艺的需要。为保证操作的安全性,必要时应使用防焦剂。
由于某些促进剂如CZ、TMTD、促进剂TETD等,在橡胶中的溶解性并不理想,硬脂酸和氧化锌反应生成的硬脂酸锌在橡胶中的溶解度也还嫌低,所以近年来二烯类橡胶硫化时,采用了所谓可溶有效硫化体系。可溶硫化体系的硫黄配用量般不超过其在胶料中的溶解度,促进剂则采用TBTD(二硫化四丁基秋兰姆)和NOBS,并采用锌皂(如2-乙基己酸锌)代替氧化锌和硬脂酸作为活性剂。可溶有效硫化体系的优点是,制品硫化程度均匀,硫化胶内部硬度均一,应力松弛和蠕变速度变慢,从而改善了动态性能,并可获得较高的生产效率。
