拉伸强度与橡胶结构的关系
表1 各种常用橡胶的拉伸强度
(1)分子量与分子量分布的影响分子量较小时,分子间相互作用的次价键也较少,因而分子间的相互作用力就较小。所以在外力大于分子间作用力时,就会产生分子间的滑动,而使材料开裂破坏。随着分子量的增大,分子间的次价键增多,范德华力增大,分子间的作用力增大,胶料的内聚力提高,拉伸时链段不易滑动,因此拉伸强度一般随分子量增加而增大。但是分子量大到一定程度时,分子间次价力之和已大于主链的化学键结合力,此时在拉伸力的作用下,分子间未能产生滑动前,化学键已遭破坏,出现主价键断裂,此时拉伸强度就与分子量的大小无关了,这就表明分子量对拉伸强度的影响有一定的限度。要保证具有较高的拉伸强度,橡胶的分子量应大于其临界值(Mk)。根据实际应用结果,建议采用分子量为(3.0~3.5)×105的生胶分子量分布M/Mn的影响,主要是低聚物部分的影响。低聚物部分含量大,即可能导致受拉伸力时分子间断裂,强度降低。如果分子量分布虽然很宽,但其低聚物部分的聚合度(n)都大于其临界聚合度n0(n>n0)时,则分子量分布对强度的影响就较小。般情况下,当平均分子量增加,分子量分布宽度也随之增大。因此,分子量相同时,分子量分布较窄的拉伸强度的提高程度比分子量分布宽的大。建议采用Mw/Mn为2.5~3的生胶。橡胶促进剂厂家东莞欧文新材料有限公司为您提供最优质的产品和服务。
(2)分子间作用力的影响除上述分子量和分子量分布会影响分子间作用力以外,凡是影响分子间作用力的其他因素,均对拉伸强度有影响。例如主链上有极性取代基时,分子间次价力大大提高,拉伸强度也随之提高。氯丁橡胶(CR)、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)均有较高的拉伸强度。丁腈橡胶随极性取代基丙烯腈含量增加,拉伸强度也随之増大。聚氨酯橡胶中的刚性链段,由芳香基、氨基甲酸酯基或取代脲基等组成,这些刚性链段内聚能很大彼此缔合在一起,均匀分布在柔性链段的橡胶相中,常温下起着弹性交联点的作用,此即微相分离。微相分离程度越大,其分子间的作用力越大,拉伸强度越大。
(3)微观结构对拉伸强度的影响橡胶的微观结构对硫化胶的性能有重要影响。随相同链节分布有规程度的提高,橡胶大分子的柔顺性以及在拉伸和结晶时定向性提高,导致胶料的内聚力提高,从而使硫化胶的拉伸强度提高。随1,4链节含量增加,拉伸强度也随之提高,这在顺丁橡胶中表现尤为明显。聚合过程中产生的支化度和凝胶颗粒,会使大分子排列不规整,拉伸时容易造成裂缝,致使拉伸强度降低。因此,要获得高强度的硫化橡胶,最好是使用微观结构高度规整的线性橡胶。
(4)结晶和取向对拉伸强度的影响一般随结晶度提高,拉伸强度增大。因为结晶度提高则相应的分子链排列紧密有序,孔隙率低,微观缺陷少,分子间作用力增强,使大分子链段运动较为困难,从而使拉伸强度提高。对结晶性橡胶而言,在拉伸的条件下会产生应力而诱导结晶的形成,随之增强了分子间的作用,并能阻止裂缝的增长,使拉伸强度大大提高当橡胶拉伸时,大分子链沿应力方向取向形成结晶。这些晶粒分散在无定形的大分子中,起到补强的作用,即所谓自补强作用。例如天然橡胶和氯丁橡胶就是属于生胶强度(格林强度)较高有自补强作用的橡胶高聚物分子取向后,其性能会由各向同性转变为各向异性。分子链取向后,与分子链平行方向的拉伸强度增加,而与分子链垂直方向的强度下降。造成这种各向异性的原因是,平行方向拉伸破坏需克服牢固的化学键能,即主价键力,而垂直方向的拉伸破坏只要克服分子间的范德华力(次价键力)就足够了。另外在取向过程中能消除橡胶材料中的某些微缺陷(如空穴等),导致拉伸强度提高。表中列出了各种常用橡胶的拉伸强度橡胶的拉伸强度除上述结构因素之外,试验时的形变速度和温度均对其有重要影响。在快速形变下，橡胶的拉伸强度比慢速形变时高；高温下测试的拉伸强度，远远低于室温下的拉伸强度。
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