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橡胶的定伸应力与硬度关系
发布时间：2025-04-13

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硬度与定伸应力均表征材料抵抗变形的能力，或者表征产生一定形变所需要的应力。定伸应力对应于拉伸变形；硬度对应于压缩变形，也可以说是硫化胶在极低变形下的弹性模量。实际上，硬度是应该同模量、恢复、永久变形等几个材料参数相关。

硬度与定伸应力都作为材料刚性的量度。增大橡胶大分子链的刚性与分子间力(为 NBR、CR、PU、ACM、FKM) 的方法是在橡胶中配人酚醛树脂与环氧树脂等并适度交联，尼龙、PE、PS、EVA、PVC等塑料都能使刚性增大。NR 中加人补强酚醛树脂(为Koregorte-5211)5份，硬度(邵尔A)  增22;加入HS- 860(PS)20    份取代NR,  硬度(邵尔A)  升18。增大橡胶的分子量，缩窄分子量分布也有相当的效果。
定伸应力表征总交联密度，它们之间有线性关系。即增加化 学交联、大分子物理纠结、填料/橡胶大分子的“相互结合”,都相应增大定伸应力与硬度。
交联链类型影响橡胶应力松弛速度。多硫键与离子键松弛快，硬度与定伸应力相对低；碳碳键松弛慢，刚性相对大。
硫化体系决定交联密度与交联键类型，务必细心调控。众所周知，高硫用量是获取高硬度的方法之一。此外，采用秋兰姆类、氨基甲酸盐类超速促进剂会比噻唑类、次磺酰胺类有更高的 硬度与定伸应力。DCP等过氧化物，配共硫化剂 HVA-2 、1,2-  PBD,增大交联密度，就能提高定伸应力；若配以硫磺，定伸应力就下降了。
橡胶中加入填料将使刚性增大。就炭黑而论，同用量下，结构性影响最大(吸留橡胶效应)。结构性高、粒子小、表面活性大的炭黑，结合橡胶量多，刚性就提高。白炭黑粒子小的硬度高，但相比同粒子大小的炭黑而言，如果交联不足，就会使定伸应力下降。海泡石等含硅填料，如加入 Si-69、KH-590、二乙醇胺等，政进填料/橡胶的(硫化过程)结合，硬度与定伸应力将显著增大(伸长率大大下降)。表4-1显示加入填料后的硬度(邵尔A)  增大值。

值得注意的是，强化填料的分散，往往降低定伸应力；甲基丙烯酸的锌、镁盐也常用作橡胶助剂提高硫化胶硬度，橡胶极性越大，镁盐的增硬效果越显著。
炭黑用量为85份，硬度达到90(邵尔A)  之后，硬度增大就很不明显了。另外，填料量大，动力消耗大，流动性差，加工困难。对于密封压力大或要求高硬度的密封件或制品，可以在加工时采用起临时增塑作用及硫化时参与交联反应的软化剂，例如用齐聚酯(硫化胶有复合醚链与盐链交联，可用DM、DTDM、DCP等引发交联)、白炭黑(75份)充填NBR,当加入齐聚酯0～30份，γ为63s-¹,温度为100℃时的软化指数S.I对应为1.00～0.55,硬度(邵尔A)  则从87升至95。含齐聚酯的0形圈可用于50 MPa压力下的密封,环氧树脂(配用顺丁烯二酸酐等固化剂)用于NBR也可获得高硬度并利于加工。甲基二异氰酸酯二聚体对NBR也有增硬和增大撕裂强度的效果。无疑，这些方法比加大硫用量的方法便于硫化控制，强伸性能好，坚韧不脆又耐老化。
要获得低硬度、低定伸应力，首先要选用聚降冰片烯、聚己烯(纯胶硬度仅为12)等低硬度橡胶，其次，同上述“反其道行之”也能达到目的，尤其是少用填料、减少总交联度及调整交联键类，例如使用M 、DM, 减少活性剂 Zn0 用量。但关键在于选准软化剂，并且采取多种软化剂并用。例如，IR  每加入环烷油10份，硬度(邵尔 A)  大约降6;若采用古马龙，反而提高定伸应力 。制取15或30(即邵尔A)  硬度的CR 胶辊，常采用油膏/锭子油/DBP或油膏/白矿油/机油并用体系。