輸送帶

坤碩運輸帶廠家結(jié)合多年生產(chǎn)經(jīng)驗用科學(xué)的理論為您解答硫化膠的結(jié)構(gòu)及原理：

1、 硫化膠交聯(lián)密度的測定

    橡膠的特征是同時具有柔軟性和可逆大變形性。柔軟性是玻璃化溫度遠(yuǎn)低于室溫的一切無定形聚合物共有的性質(zhì)，但要使可逆性大變形成為可能，就需要利用化學(xué)反應(yīng)或物理相互作用引人交聯(lián)點。因此，研究交聯(lián)點具有怎樣的結(jié)構(gòu)和以怎樣的交聯(lián)密度沿著橡膠分子鏈分布就成為評價橡膠物性的基本問題。交聯(lián)密度變化是橡膠老化微觀結(jié)構(gòu)變化的主要方面，交聯(lián)密度對橡膠輸送帶宏觀力學(xué)性能有直接的重要的影響。

交聯(lián)密度和交聯(lián)鍵類型的測定是表征硫化膠交聯(lián)結(jié)構(gòu)最主要的工作。交聯(lián)密度的表示方法有：單位體積硫化膠中交聯(lián)鍵的數(shù)目、交聯(lián)網(wǎng)鏈的數(shù)均分子量等。在交聯(lián)密度中要區(qū)分物理交聯(lián)密度和化學(xué)交聯(lián)密度，在硫黃硫化天然橡膠的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，能夠提供有效交聯(lián)的既有物理交聯(lián)點，也有化學(xué)交聯(lián)點。化學(xué)交聯(lián)點包括C．C、C．S、S-S鍵以及橡膠分子鏈與炭黑之間形成的結(jié)合橡膠；物理交聯(lián)點包括分子鏈的幾何纏結(jié)、氫鍵和范德華力等。測定橡膠交聯(lián)密度的方法有溶脹法、溶脹模量法、平衡模量法和應(yīng)力一應(yīng)變法等。近年來也有一些研究者用動態(tài)剪切模量法估算硫化膠的化學(xué)交聯(lián)密度，或用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定硫化膠的交聯(lián)密度及交聯(lián)鍵結(jié)構(gòu)，其中常用的方法有兩種：一種是應(yīng)力一應(yīng)變法，另一種是平衡溶脹法。

1.1、 應(yīng)力一應(yīng)變法

    測定交聯(lián)密度最簡單的方法是對硫化橡膠進行單向拉伸試驗根據(jù)硫化膠彈性統(tǒng)計理論，橡膠試樣在進行單向拉伸時，單位面積上的應(yīng)力F與應(yīng)變 的關(guān)系為：其中v為lcm 樣品中交聯(lián)鍵的數(shù)目(即交聯(lián)密度)，T為絕對溫度，k為玻爾茲曼常數(shù)，f是與網(wǎng)鏈構(gòu)型有關(guān)的前置因子，C 為給定溫度下的彈性常數(shù)。如果忽略鏈末端和鏈纏結(jié)的影響，而交聯(lián)官能團數(shù)為4，[x]為交聯(lián)密度。由此可見，可通過應(yīng)力一應(yīng)變曲線確定C的值，從而計算出交聯(lián)密度。后來，考慮鏈末端和鏈纏結(jié)等物理交聯(lián)的影響。 

1.2、 平衡溶脹方法

    硫化橡膠彈性統(tǒng)計理論認(rèn)為：橡膠立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在有機溶劑中不會溶解只會溶脹，一方面溶劑分子自發(fā)擴散進入橡膠分子之間，引起“膨脹”，另一方面網(wǎng)鏈的回復(fù)力把溶劑分子“擠出”，當(dāng)兩者達(dá)到平衡時，橡膠的溶脹狀況反映了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特征。根據(jù)Flory和Rhener的研究結(jié)果：V為溶劑的摩爾體積，x是橡膠一溶劑相互作用參數(shù)，Vr 定義為橡膠相在溶脹硫化膠中的體積分?jǐn)?shù)。上述關(guān)系式是在不考慮鏈末端和鏈纏結(jié)的情況下，由彈性統(tǒng)計理論和液體混合熱力學(xué)理論推導(dǎo)出來的，而且沒有考慮填料的影響，應(yīng)該指出的是，X是影響該方法準(zhǔn)確性的一個重要因數(shù)。很明顯，不同的溶劑，不同的橡膠，它們之間的相互作用參數(shù)必然不同。X是硫化橡膠運輸帶膠的微觀結(jié)構(gòu)與溶劑分子之間的相互作用參數(shù)，因此，凡是能改變硫化膠微觀結(jié)構(gòu)的因素都能影響X的值，如硫化溫度、硫化時間、硫化助劑的類型等。另外，X還對溫度非常敏感，溫度的改變也會引起X的變化?？傊?，影響X的因素很多。通常采用的方法是選取一個平均值，特別是當(dāng)X的值變化不大時，選取一個平均值作為X的值，把X當(dāng)作一個常數(shù)。這兩種方法不同之處是前者目前仍局限于測定不含任何填充劑的硫化橡膠，而后者則適用于填充和未填充的硫化膠。平衡溶脹法測定交聯(lián)密度的方法，其優(yōu)點是比較簡便，也不需要特殊器具，而且測定精度較高。但橡膠與溶劑的相互作用系數(shù)X值選用不當(dāng)會極大影響交聯(lián)密度，其產(chǎn)生的誤差比測定誤差大得多。僅考慮總的交聯(lián)密度不足以說明整個硫化膠的網(wǎng)絡(luò)特征，交聯(lián)密度是由不同類型交聯(lián)鍵的密度組成，所以對各種交聯(lián)鍵類型的測定也顯得非常重要。分析和測定各種交聯(lián)鍵型的密度有化學(xué)方法、核磁共振法、紅外光譜法等人用化學(xué)探測試劑與平衡溶脹法相結(jié)合可以得到各類交聯(lián)鍵的密度。

2、 硫化橡膠輸送帶的熱分析

    熱分析是在程序控制溫度一FN量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的一門分析技術(shù)，研究物質(zhì)因受熱而引起的各種物理及化學(xué)變化過程，它和此類變化的熱力學(xué)和動力學(xué)問題密切相關(guān)。其測試方法主要包括熱機械分析(DMA／TMA)、熱重分析(TG)、差熱分析(DTA／DSC)等，具有靈敏度高、快速、可靠和使用方便等優(yōu)點。正因為如此，熱分析在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中的作用愈來愈大。而且隨著熱分析儀器制作水平的提高，各種配套的計算機軟件的推出，熱分析數(shù)據(jù)愈來愈完善，且能更快速、更準(zhǔn)確地分析與探索材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為各學(xué)科的熱力學(xué)、動力學(xué)研究提供簡便、快速、靈敏的研究方法。TG、DMA和DSC已廣泛用于橡膠老化研究。

2.1 熱重分析(TG)

    在橡膠老化研究中，熱重分析主要用于評價材料的熱穩(wěn)定性、老化程度及預(yù)測壽命，研究老化降解動力學(xué)。通過熱重分析，能夠了解材料的熱降解起始溫度，總的熱失重率。測定不同溫度不同老化時間的熱重曲線，還可計算出活化能，估計材料的壽命。評價橡膠老化程度，用一般的物理力學(xué)性能測試方法，測定的項目較多、費時，若用TG曲線的變化則可快速方便地反映出來。

2.2 熱機械分析(DMA)

    橡膠運輸帶制品在動態(tài)條件下工作時，動態(tài)生熱必將加速橡膠的熱老化，使其性能下降。動態(tài)DMA可測定當(dāng)橡膠材料受到周期性應(yīng)力時的機械反應(yīng)，從而確定其粘彈性及流變性能，并且可以跟蹤測試其性能變化，以評價橡膠材料的耐老化性能。盡管橡膠老化和動態(tài)機械分析的研究已有很多報道，但填充的硫化橡膠運輸帶老化研究較少，僅國外有部分研究報道。Y．T．等人用DMA研究了幾種填充橡膠(重型輪胎的不同部位)在不同老化時間：24、72、240h；老化溫度：70、100℃ ，預(yù)應(yīng)變下的動態(tài)力學(xué)性能¨ ，得出了幾個重要的結(jié)論：

    (1)對于未老化橡膠，儲能模量E 、損耗模量E”和均隨DMA試驗溫度的升高而下降。

    (2)對于老化橡膠，隨著應(yīng)變幅度的增加儲能模量E 下降，損耗模量E”和 出現(xiàn)最大值。并分析了影響老化橡膠動態(tài)性能的因素：①老化時間的影響：老化時間增加，儲能模量E 和損耗模量E 增加。對于 ，如果老化溫度小于70℃ ，對所有橡膠它是隨老化時間增大而下降；然而，如果老化溫度達(dá)到100℃，隨老化時間增大而增大。②預(yù)應(yīng)變的影響：預(yù)應(yīng)變加速了老化過程，導(dǎo)致下降。③ 老化溫度的影響：化溫度升高加速了老化過程，使儲能模量E 和損耗模量E”增加，下降。

    國外也有用DMA研究了NR硫化耐熱輸送帶橡膠老化的復(fù)數(shù)模量對填料網(wǎng)絡(luò)和聚合物結(jié)構(gòu)的依賴性。在溫度分別為30℃、50℃、70℃，在有或無預(yù)應(yīng)變情況下，用DMA分析了老化橡膠，表現(xiàn)出Payne效應(yīng)，即：儲能模量隨振幅增大而下降，在百分之幾的應(yīng)變下，損耗模量出現(xiàn)最大值。儲能模量70℃下隨老化時間延長而增大：24h≤72h≤240h(在無預(yù)應(yīng)變下)。當(dāng)施加預(yù)應(yīng)變時，由應(yīng)變產(chǎn)生的結(jié)晶增加了儲能模量。隨著時間的延長，預(yù)應(yīng)變松弛，晶體結(jié)構(gòu)開始消失。72h后，晶體結(jié)構(gòu)幾乎不存在，僅僅存在很弱的影響。在試驗溫度為30、50℃時，老化時間為24h的比老化時間為72h的試樣存在更高的模量。最后得出結(jié)論：儲能模量由二次硫化、應(yīng)變產(chǎn)生的結(jié)晶、老化和松弛時間決定。

    另外，用DMA研究了列填充NR硫化膠的滯后損失和熱機械性能，測定了不同硫化體系的橡膠樣品的滯后和動態(tài)性能，分析了填充橡膠硫化膠的生熱與滯后損失、100％定伸時的模量、損耗柔量、損耗模量、填料裝填和周圍環(huán)境溫度之間的關(guān)系，表明熱積累與動態(tài)力學(xué)性能相關(guān)。該文還作了不同類型交聯(lián)結(jié)構(gòu)的比較研究，結(jié)果表明，不同類型交聯(lián)結(jié)構(gòu)之間的生熱行為有明顯不同。

2.3、 差示掃描量熱分析(DSC)

    DSC是準(zhǔn)確測量轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變焓的一種精密儀器。由于該法所需樣品量少、準(zhǔn)確度高，所以它在高聚物中的應(yīng)用發(fā)展極為迅速，已經(jīng)成為高聚物的常規(guī)測試和基本研究手段，已用于表征橡膠老化方面的研究。它可結(jié)合其它分析手段評定不同配方橡膠的耐老化性能，可根據(jù)橡膠加防老劑后提高氧化起始溫度、降低氧化反應(yīng)生成熱或提高氧化反應(yīng)活化能的程度，對防老劑的防老效果進行客觀的評價。有資料報道用DSC、TG和DMA探討氯丁橡膠(CR)硫化膠老化過程中交聯(lián)密度、熱性能和動態(tài)力學(xué)性能的變化情況。結(jié)果表明，隨著老化時間延長，皮帶輸送機產(chǎn)品中的CR膠的交聯(lián)密度先減小后增大，結(jié)晶度和結(jié)晶速率減小，初始降解溫度降低，最大降解速率增大，玻璃化溫度先降低后升高，0℃附近的 值先減小后增大，60℃附近的 值減小。

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