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            分子量及其分布與機械性能

            2019/05/27 14:48
            導讀: 分子量及其分布與機械性能 有關橡膠的分子量及其分布與機械性能之間的關系,一直都是受到重視而加以研究的為這不僅影響到制品的性能,而且與加工性能有著密切關系。如半成品的收縮或
                    分子量及其分布與機械性能
                   有關橡膠的分子量及其分布與機械性能之間的關系,一直都是受到重視而加以研究的為這不僅影響到制品的性能,而且與加工性能有著密切關系。如半成品的收縮或恢復、表面光滑程度和尺寸準確性、加工的難易等都與分子量的大小及其分布有關。遮普(Zapp)等最早曾以異丁橡膠作過試驗,這是因為異丁橡膠不易氧化,而且無支鏈,其性質易于作為標準。將異丁膠溶于苯再加丙酮分級沉淀,得到9個級分,測得的各級分相應分子量如表2-5所示。
                    可采用定變形、不定負荷的辦法,研究在不同溫度下分子量、分子量分散程度與塑性及其恢復能力的關系。由圖2-3可看到各單級分塑性和彈性(恢復)情況。各級分塑性和彈性都是隨溫度的升高而下降,各曲線的斜率相差不大。
                    如將各級分分別混合成不同程度的混合物(如表2-6所示),則塑性和彈性的性質發生改變,混合物I為單級分,分散性最小,而Ⅳ的級分最多,分子量分布大些。雖然它們的平均分子量差不多。但塑性和彈性的關系則不相同。如圖2-4所示。的熱塑性最大,而分散性增加時,則熱塑性趨向于減少,如曲線Ⅱ、Ⅱ、Ⅳ所示。在40℃時,塑性各不相同,但在高溫時則相差不多。在彈性方面,T、I、Ⅱ曲線分開,溫度升高時Ⅰ的恢復降低得快,Ⅱ和Ⅱ較慢。而的分散度最大,溫度升高時,恢復減少得最慢,超過其它曲線,在高溫時恢復率最大。所以分散度過大時也是不適合工藝要求的。由此也可看出,分子量大的橡膠如有適宜的分子量分布,也可改善其工藝性能。

                    有的研究人員將丁苯橡膠的溶液加酒精沉淀分成高分子級分和低分子級分,各占原橡膠重量的4.56%和40.19%,各級分的分子量用表示,分別為4.3和1.1。因是相對粘度的對數與濃度的比值,當溶液很稀時,這個數值接近于特性粘度η,故可代表分子量。高分子級分將此二級分橡膠和原來的丁苯橡膠按一定配方在相同條件下硫化,測得試片的強度如圖2-5所示。由圖可見,分子量大者強度也大。

                    揚可( Yanko)曾將丁苯橡膠分為9個級分來比較不同分子量和物理性能的關系,如表2-7所示。這九個級分中,級分6占丁苯橡膠總重量的72%,它們的物理性能都比全丁苯橡原丁苯橡膠低分子級分膠好,而級分7、8、9在丁苯橡膠中起著不良作用,塑煉后分子量的分布有所改變。塑煉使長分子斷裂,但分子量小者則改變不多。

                    將1~6級分分別硫化到同一硫化程度,硫化程度以達到定伸強度70公斤/厘米2為標準。為了使各級分達到相同的硫化程度,級分1、2、3所用硫黃量均為1.3份,而分子量較小的4、5、6級分其硫黃用量分別增加到1.61,8和2.1份,而且硫化所需時間也較長。

                    由圖2-6可見,伸長率以分子量M達到200,000為最高,而抗張強度以分子量達到300,000為最高。

                    由本實驗及其它有關實驗都可看出,橡膠分子量增加時,其硫化膠的抗張強度也增加得很快,但達到一定分子量以后,抗張強度的增加就不甚顯著。其原因可用弗洛里(Fory)的硫化膠網狀結構理論來解釋。其要點是因硫化膠的網狀結構中,分子鏈上兩個交聯點之間的分子鏈段(用分子量M表示)為有效鏈段,它對橡膠的強度和彈性能作出貢獻。但每條分子鏈都有源個末端,硫化后這世貧些末端依然存在,較少受交聯的制約,因此稱為游離末端。它們對硫化膠的強力等沒有貢獻,只是填充在硫化岡中,而且對彈性還會起到一定阻礙作用。如硫化前分子量小正(即分子鏈短)者在硫化后每毫升膠中的末端數要比分子量大的分子鏈末端數多許多(末端數=2倍分子數)。同時因末端多了硫橋間的鏈段數也少了。因之硫化前橡膠分子量大的,其硫化膠的強度也較大。固分子圖2-6丁苯橡膠1~6級分在塑煉后硫化至同一硫化程度時所得各級分的機械性能少來端的阻,既以彈率、線勞發熱量也較小。
                    同樣道理可投明為什么在本實驗中分子量較小些的4、5、6等級分需要較多的硫和較長的硫化時間。這是因為分子量較小的級分游離末端較多,必需有更密的交聯、更緊的網狀組織,才能達到所要求的定伸強度和較高的抗張強度。也因為各級分的模量雖大致相同,但低級分者硬度則較大。
             
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