天然橡膠板的硬度主要取決于其配方設計和生產工藝中的幾個關鍵因素,并非由單一成分決定。以下是影響因素:
1. 硫化體系與交聯密度: 這是的決定因素。
* 硫磺用量: 硫磺是主要的硫化劑。增加硫磺用量,參與橡膠分子鏈間交聯反應的硫原子增多,形成的交聯鍵(硫橋)密度增大。高交聯密度會顯著限制分子鏈的運動和變形能力,使橡膠變得更硬、更剛性強。
* 促進劑種類與用量: 促進劑加速硫化反應。不同的促進劑會影響交聯鍵的類型(如多硫鍵、單硫鍵、雙硫鍵)和交聯效率。某些促進劑能生成更多、更短的交聯鍵,同樣會導致更高的交聯密度和硬度。
* 硫化溫度和時間: 硫化程度(交聯密度)隨時間和溫度增加而提高(在一定范圍內)。欠硫(硫化不足)會導致交聯密度低、硬度低;過硫(硫化過度)可能導致交聯網絡降解,也可能影響硬度,但通常規律是硫化程度越高,硬度越大。
2. 填料的種類與用量:
* 補強性填料(如炭黑、白炭黑): 這些填料不僅能增強橡膠的力學性能(如拉伸強度、耐磨性),也能顯著提高硬度。它們填充在橡膠分子鏈之間,阻礙鏈段的運動,起到“物理交聯點”的作用。填料用量越大,粒徑越小(比表面積越大),結構度越高,對硬度的提升作用越明顯。炭黑是常用的補強填料,其等級和用量對硬度影響極大。
* 非補強性填料(如碳酸鈣、陶土): 主要起填充、降低成本或改善加工性的作用。它們也能提高硬度,但效果不如補強性填料顯著。用量增加同樣會使橡膠變硬。
3. 軟化劑/增塑劑的種類與用量:
* 作用: 這些物質(如石蠟油、芳烴油、酯類增塑劑)能滲入橡膠分子鏈間,增大分子間距,削弱分子間作用力,使分子鏈更容易相對滑動。
* 效果: 添加軟化劑/增塑劑會顯著降低橡膠的硬度,并改善其低溫性能和柔韌性。用量越大,軟化效果越明顯。選擇合適的類型很重要,需考慮與橡膠的相容性及對終產品其他性能的影響。
4. 天然橡膠本身的性質:
* 雖然所有天然橡膠的基本化學結構相似,但其分子量、分子量分布以及非橡膠成分(如蛋白質、灰分)的微小差異也可能對終硫化膠的硬度產生一定影響,但這種影響通常不如上述配方因素顯著。
總結來說,天然橡膠板的硬度是配方工程師通過控制硫化體系(硫磺、促進劑用量)、填料(種類、用量)、軟化劑(種類、用量)以及優化硫化工藝條件(時間、溫度)來綜合調控的。 提高硫磺用量、增加補強填料(尤其是炭黑)用量會顯著提升硬度;而增加軟化劑用量則會降低硬度。終產品的硬度是這些因素協同作用的結果。
