橡胶结构与性能关系的研究

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1、2602006年橡胶新技术交流暨信息发布会橡胶结构与性能关系的研究哈恒欣1。魏伯荣2(1．湖北红星化学研究所，湖北襄樊441003；2．西北工业大学高分子研究所，陕西西安710072)摘要：综述了橡胶的结构与性能之间的关系。从橡胶的链结构和聚集结构的角度，讨论和研究了橡胶结构对其力学性能、热学性能、老化性能和流变性能的影响。关键词：橡胶结构；力学性能f热学性能；老化性能，流变性能相对分子质量巨大的橡胶作为高弹性的高分结，它抑制了链的可能构象，起类似化学交联的作子材料，广泛应用在日常生活、航天、航空、汽车工用。第二种缺陷是分子链内交联，形成闭圈。第业等领域

2、中，起着其他材料所不能代替的重要作3种缺陷是自由链端，也就是网络链只有一端与用[1]。橡胶的宏观性能是由其微观结构决定的，网络连接起来[6]。橡胶的结构与性能之间存在着内在的联系。在橡1．4高分子链的缠结胶配方设计中，从橡胶的结构这一内在依据去认缠结与交联的定义有本质上的不同，交联是识和掌握各种橡胶的特性才能有效地使用橡固定的化学键[7】，而缠结是指高分子链之间形成胶[2]。本文的目的在于让科研工作者了解橡胶的物理交联点，构成网络结构，使分子链的运动受到结构特点后，再进一步明确其力学性能、热学性周围分子的羁绊与即制，因而对高聚物的性能产能、老化性能和流变

3、性能与橡胶结构的关系，掌握生重要影响。根据缠结点的结构，可分为拓朴缠橡胶结构与性能的内在联系和规律，以便深入理结和凝聚缠结两种类型[8]。解和更好的使用橡胶。1．4．1拓朴缠结拓朴缠结是指高分子链相互穿越、勾缠，链之1橡胶结构间不能横穿移动。这种缠结点在分子链上的线性1．1橡胶的链结构密度是很低的，其平均间隔在100一-300个单体单链结构是指单个分子的结构和形态，可分为元之间，而且缠结点密度的温度依赖性很小，对处近程结构和远程结构。近程结构包括构造(指链于高弹态和粘流态温度下的高聚物性质有重要的中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、单体影响。拓朴缠结

4、效应对于任何长链高分子都存单元的排列顺序、支链的类型和长度等)和构型在，只有当相对分子量低到几万以下时，这种链问(是指某一原子的取代基在空间的排列)。远程结缠结不能发生。因此这种缠结是长链高分子问特构包括分子的大小和形态，链的柔顺性及分子在有的拓朴本质的相互作用。各种环境中所采取的构象[3]。1．4．2凝聚缠结1．2橡胶的聚集态结构凝聚缠结是局部相邻分子链间的向列相互作橡胶的聚集态结构是指橡胶材料整体的内部用，使局部链段近平行堆砌，形成物理交联点。这结构，包括晶态结构，取向态结构，织态结构等[4]。种链缠结的局部尺寸很小，可能仅限于两三条相1．3橡胶网络

5、的结构邻分子链上的几个单体单元组成的局部链段的链网络是大分子链通过化学交联反应生成的三问平行堆砌，而这种凝聚缠结点在分子链上的密维网状结构[5]。对于一个理想网络，所有网络链度大得多(两个缠结点问估计约有几十个单体单的链端都接在交联点上，即所谓四官能度交联。元)凝聚缠结的生成是由于链段间的范德华力的然而，实际的网络并不是完全理想的，存在着各向异性，包括链上双键和芳环电子云的相互作各种缺陷。第一种缺陷是分子链之间的物理缠用。其缠结的相互作用能是很小的，很容易形成2006车哈恒欣等橡胶结构与性能关系的研究261和解开，因此这种缠结点的密度有很大的温度依2．1

6、．3微观结构对拉伸强度的影响赖性，其强度和数目与试样的热历史有密切关系。随相同链节分布有规程度的提高，橡胶大分这种不同尺度、不同强度的凝聚缠结点形成物理子在拉伸和结晶时定向性提高，导致胶料的内聚交联网络，从而对高聚物在T。和T

7、温度以下的力提高，从而使硫化胶的拉伸强度提高。随1．4许多物理性能产生重要的影响[引。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[1副。聚合过程中产生的支化2结构与力学性能度和凝胶颗粒，会命使大分子排列不规整，拉伸时2．1强度与橡胶结构的关系容易造成裂缝，导致拉伸强度降低。因此，要获得不同形式的破坏力对应不同意义

8、的强度指高强度的硫化橡胶，最好是使用微观结构高度规标。拉伸强度表征材料抵抗拉伸破坏的极限能整的线性橡胶[1引。力，撕裂强度表征材料抵抗撕裂破坏的极限能力，2．1．4结晶和取向对强度的影响两者都是橡胶制品普遍要求的性能指标。结晶对强度影响较大，结晶性橡胶拉伸时形2．1．1相对分子质量与相对分子质量分布的影响成的微晶能起网络节点作用，因此结晶性橡胶在随分子相对质量的增加，强度提高。例如当常温下的强度比非结晶性橡胶高得多[邛]。例如乙烯基硅橡胶的相对分子质量在65万时，所制得常温下天然橡胶和氯丁橡胶的撕裂强度均较高。的硫化胶拉伸强度远远大于相对分子质量为10橡

9、胶分子链取向后，与分子链平行方向的拉万的硫化胶[1们。但当相对分子质量超过一定数