輸送帶

坤碩運(yùn)輸帶廠家結(jié)合多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)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(cè)定

    橡膠的特征是同時(shí)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(wú)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(diǎn)。因此，研究交聯(lián)點(diǎn)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(píng)價(jià)橡膠物性的基本問(wèn)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(duì)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(cè)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：?jiǎn)挝惑w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(diǎn)，也有化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)?；瘜W(xué)交聯(lián)點(diǎn)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(diǎn)包括分子鏈的幾何纏結(jié)、氫鍵和范德華力等。測(cè)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(lái)也有一些研究者用動(dòng)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(cè)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(cè)定交聯(lián)密度最簡(jiǎn)單的方法是對(duì)硫化橡膠進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)根據(jù)硫化膠彈性統(tǒng)計(jì)理論，橡膠試樣在進(jìn)行單向拉伸時(shí)，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(duì)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(tuán)數(shù)為4，[x]為交聯(lián)密度。由此可見(jiàn)，可通過(guò)應(yīng)力一應(yīng)變曲線確定C的值，從而計(jì)算出交聯(lián)密度。后來(lái)，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(jì)理論認(rèn)為：橡膠立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在有機(jī)溶劑中不會(huì)溶解只會(huì)溶脹，一方面溶劑分子自發(fā)擴(kuò)散進(jìn)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(shí)，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(jì)理論和液體混合熱力學(xué)理論推導(dǎo)出來(lái)的，而且沒(méi)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(gè)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(yùn)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(shí)間、硫化助劑的類型等。另外，X還對(duì)溫度非常敏感，溫度的改變也會(huì)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(gè)平均值，特別是當(dāng)X的值變化不大時(shí)，選取一個(gè)平均值作為X的值，把X當(dāng)作一個(gè)常數(shù)。這兩種方法不同之處是前者目前仍局限于測(cè)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(cè)定交聯(lián)密度的方法，其優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)便，也不需要特殊器具，而且測(cè)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(huì)極大影響交聯(lián)密度，其產(chǎn)生的誤差比測(cè)定誤差大得多。僅考慮總的交聯(lián)密度不足以說(shuō)明整個(gè)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(duì)各種交聯(lián)鍵類型的測(cè)定也顯得非常重要。分析和測(cè)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(cè)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(guò)程，它和此類變化的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題密切相關(guān)。其測(cè)試方法主要包括熱機(jī)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(diǎn)。正因?yàn)槿绱?，熱分析在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中的作用愈來(lái)愈大。而且隨著熱分析儀器制作水平的提高，各種配套的計(jì)算機(jī)軟件的推出，熱分析數(shù)據(jù)愈來(lái)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(dòng)力學(xué)研究提供簡(jiǎn)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(píng)價(jià)材料的熱穩(wěn)定性、老化程度及預(yù)測(cè)壽命，研究老化降解動(dòng)力學(xué)。通過(guò)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(cè)定不同溫度不同老化時(shí)間的熱重曲線，還可計(jì)算出活化能，估計(jì)材料的壽命。評(píng)價(jià)橡膠老化程度，用一般的物理力學(xué)性能測(cè)試方法，測(cè)定的項(xiàng)目較多、費(fèi)時(shí)，若用TG曲線的變化則可快速方便地反映出來(lái)。

2.2 熱機(jī)械分析(DMA)

    橡膠運(yùn)輸帶制品在動(dòng)態(tài)條件下工作時(shí)，動(dòng)態(tài)生熱必將加速橡膠的熱老化，使其性能下降。動(dòng)態(tài)DMA可測(cè)定當(dāng)橡膠材料受到周期性應(yīng)力時(shí)的機(jī)械反應(yīng)，從而確定其粘彈性及流變性能，并且可以跟蹤測(cè)試其性能變化，以評(píng)價(jià)橡膠材料的耐老化性能。盡管橡膠老化和動(dòng)態(tài)機(jī)械分析的研究已有很多報(bào)道，但填充的硫化橡膠運(yùn)輸帶老化研究較少，僅國(guó)外有部分研究報(bào)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(shí)間：24、72、240h；老化溫度：70、100℃ ，預(yù)應(yīng)變下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能¨ ，得出了幾個(gè)重要的結(jié)論：

    (1)對(duì)于未老化橡膠，儲(chǔ)能模量E 、損耗模量E”和均隨DMA試驗(yàn)溫度的升高而下降。

    (2)對(duì)于老化橡膠，隨著應(yīng)變幅度的增加儲(chǔ)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(dòng)態(tài)性能的因素：①老化時(shí)間的影響：老化時(shí)間增加，儲(chǔ)能模量E 和損耗模量E 增加。對(duì)于 ，如果老化溫度小于70℃ ，對(duì)所有橡膠它是隨老化時(shí)間增大而下降；然而，如果老化溫度達(dá)到100℃，隨老化時(shí)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(guò)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(guò)程，使儲(chǔ)能模量E 和損耗模量E”增加，下降。

    國(guó)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(duì)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(wú)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(chǔ)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(chǔ)能模量70℃下隨老化時(shí)間延長(zhǎng)而增大：24h≤72h≤240h(在無(wú)預(yù)應(yīng)變下)。當(dāng)施加預(yù)應(yīng)變時(shí)，由應(yīng)變產(chǎn)生的結(jié)晶增加了儲(chǔ)能模量。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，預(yù)應(yīng)變松弛，晶體結(jié)構(gòu)開(kāi)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(yàn)溫度為30、50℃時(shí)，老化時(shí)間為24h的比老化時(shí)間為72h的試樣存在更高的模量。最后得出結(jié)論：儲(chǔ)能模量由二次硫化、應(yīng)變產(chǎn)生的結(jié)晶、老化和松弛時(shí)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(jī)械性能，測(cè)定了不同硫化體系的橡膠樣品的滯后和動(dòng)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(shí)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(dòng)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(cè)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(cè)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(píng)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(duì)防老劑的防老效果進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)。有資料報(bào)道用DSC、TG和DMA探討氯丁橡膠(CR)硫化膠老化過(guò)程中交聯(lián)密度、熱性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的變化情況。結(jié)果表明，隨著老化時(shí)間延長(zhǎng)，皮帶輸送機(jī)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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