第1页共37页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共37页第三章橡胶的配方设计3.1橡胶配方与硫化胶物理机械性能的关系橡胶配方设计的目的：a.提高性能和赋予产品新的性能：橡胶制品的功能要求各有差异，通过配方设计来达到不同的目的。b.提高耐久性：提高耐磨耗、耐屈挠疲劳、耐老化、耐天侯性等。耐久性也随橡胶制品的不同而各有差异，氧、热和应力等几种外来因素错综复杂，相互牵连。为了谋求提高橡胶制品的抗老化寿命，正确了解长期使用制品的老化状态以及开发加速再现这种老化状态的评价方法十分重要。c.降低生产成本：降低生产成本要考虑包括原材料成本和加工成本在内的总成本。例如改善未硫化胶粘度、挤出膨胀、焦烧性、硫化速度等，能大幅度降低加工成本。如何取得加工性能和制品性能的平衡也是配方设计者的重要使命。d.适应环保要求和使用寿命评价：适应环保要求仍然是今后最重要的研究课题。例如，降低滚动阻力等提高轮胎性能与减少汽车燃料消耗，降低CO2排放量有关。提高耐久性，延长制品使用寿命对节省资源和节约能源有利。废弃物的再利用和原材料的安全性也是重要的研究课题。第2页共37页第1页共37页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共37页3.1.1配合体系与拉伸强度的关系拉伸强度是表征制品能够抵抗拉伸破坏的能力，是评价硫化胶性能最重要的依据之一。（1）橡胶的拉伸破坏理论橡胶制品一般是在错综复杂使用条件下，承受各种应力作用产生各种形变。材料的破坏是一种极为复杂的力学现象。橡胶的拉伸断裂破坏理论主要有分子理论（Taylor理论）和裂缝理论（Griffith理论）两种。Taylor从微观结构出发，认为材料的断裂在微观上必然有原子间键的断裂，即主价键的断裂，对橡胶来第3页共37页第2页共37页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共37页讲，主要取决于受力方向上的分子链段。随着近代测试技术的发展已能直接观测到共价键断裂这样的微观过程。它大致分为三个阶段：第一阶段由于结构的不均匀性，使负载分布不均匀，结果在一些共价键上应力集中，形成局部断裂点；第二阶段是在集中了应力的共价键上，由于热涨落而断裂，同时生成微裂缝；第三阶段是初始微裂缝聚集成大的主裂缝，从而引起最终的断裂。Griffith强度理论认为，由于在材料的表面和结构中存在着某些缺陷（如表面划痕、微孔、气泡、内部杂质等），这些缺陷很容易造成空穴和裂缝，使应力局部集中于裂缝的尖端处，当达到和超出某一临界条件时，裂缝便失去稳定性而发生扩展，最终引起材料的断裂。研究高聚物断裂强度的结果表明，大分子链的主价键，分子间力（次价键）以及高分子链的柔性是决定高聚物拉伸强度的内在因素。（2）拉伸强度与橡胶结构的关系分子间作用力的影响：一般分子间作用力越大，拉伸强度越高。当主链上有极性取代基时，分子键次价键力大大提高，拉伸强度高。例如CR、PU均有较高的强度，NBR随丙烯腈含量的增加，分子间作用力的增大，拉伸强度也随之增大。当主链上有芳基存在时，如主链上有芳环的PU橡胶，因分子间的范德华力大大增加，主链刚性增加，因而拉伸强度大大增加。分子量的影响：随着分子量的增大，分子间的范德华力增大，链段不易滑移，因此拉伸强度一般随分子量的增大而增大，但当分子量增加到一定程度时，拉伸强度趋于一极限值，说明分子量对强度的影响有一定限度。微观结构的影响：在聚合过程中产生的支链会使大分子排列不规整，或聚合过程中生成的凝胶颗粒破坏了橡胶分子的规整性，使橡胶的拉伸强度降低。因此必须严格控制合成橡胶中凝胶的含量。结晶的影响：一般随结晶度的增加，拉伸强度提高。由于结晶度提高，晶体中分子链排列紧密有序，孔隙率低，分子间作用力增强，使得链段运动较为困难。对于结晶型橡胶，当被拉伸时，能诱发橡胶结晶，使得分子间作用力增强并能阻止裂口的增长，从而拉伸强度增大，即自补强作用。（3）拉伸强度与硫化体系的关系交联密度的影响：随着交联密度的增加，拉伸强度一般会增大并出现一个极大值，后随着交联密度的进一步增加，拉伸强度下降。拉伸强...
