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如何設計橡膠制品的高彈性
如何設計橡膠制品的高彈性
橡膠為什么有彈性？
天然橡膠是一種樹汁制成物，提取于熱帶國家的橡膠樹。合成橡膠是由化學原料人工合成的。二者都是聚合物，都具有良好的彈性。這是因為橡膠分子中含有5個碳原子和8個氫原子，它們彼此之間接成長鏈狀。又由于分子在高速運動著，運動中的分子總是互相擠來擠去，因此形成橡膠的高分子鏈不可能是直線狀態，而必然呈卷曲狀，而且許多分子會互相糾纏在一起，好像一團不規則的絨線團。如果用力去拉它，這種卷曲的分子鏈可以被拉長一些，而去掉拉力后，它又會縮回原來的形狀，所以橡膠就具有了彈性。
改善橡膠（回）彈性的因素：（僅供參考）
1、生橡膠的彈性順序如下：NR——EPDM——SBR——NBR——CR——IIR——ACM。
2、提高膠料含膠率（或并用高回彈橡膠），彈性隨交聯密度的增加出現大值。多硫鍵有較好的彈性。過氧化物有時也可以獲得較好的彈性。
3、對于NR，采用半有效硫化體系的硫化膠彈性好。其次是普通、有效硫化體系。
4、炭黑大粒徑的相對好，FEF<SRF<ISAF<噴霧炭黑<碳酸鈣<納米高嶺土<陶土，即只有既具有高結構性又具有一定粒徑大小的炭黑所補強的硫化膠。少添加無極填料。
5、使用適量相似相容的增塑劑，可以獲得較佳的回彈性。非硫化型樹脂一般會影響橡膠彈性。
6、塑煉橡膠合理，混煉均勻，硫化溫度按橡膠品種設計（不易過高）可以獲得較佳彈性。
一、橡膠高彈性的本質原因
高彈性的本質原因和橡膠內部的分子結構有關系的。未經硫化的橡膠呈細團狀，硫化后呈漁網狀。硫化膠由于各種交聯方式的不同，硬度不同，交聯密度不同，含膠量不同等原因，表象也不相同。交聯密度高了，分子間的鍵會增加分子束的強度，這時當外力作用下，交聯鍵會給分子鏈一定的組合保護，因為分子鏈的長度不同，這時短的就會先因受力過大斷掉。就象幾條線不同長度的線很容易扯斷，但是把幾條線中間結幾個扣，就會受力更均勻一些，也更不易斷。當然交聯密度過高就會從本質上改變橡膠大分子的特性，反而會彈性下降。
二、高彈形變的特點
1、形變量大，可達100%~1000%（對比普通金屬彈性體的彈性形變不超過1%）；
2、彈性模量低，約10的負一次方~10MPa（對比金屬彈性模量，約10的四次方~10的五次方MPa）。
3、高彈形變的彈性模量與溫度成正比，而金屬的彈性模量隨溫度升高而下降。
4、形變過程有熱效應，絕熱拉伸（快速拉伸）時，材料會放熱而使自身溫度升高，金屬材料則相反。
5、高彈形變有力學松弛現象（高彈形變時分子運動需要時間），而金屬彈性體幾乎無松弛現象。
高彈性的本質是熵彈性形變過程熵減，儲存能量T △ S ; 自發的熵增可使形變恢復，無能量損耗。
三、高彈性的條件：
1、柔性高，高分子鏈的柔性是出現高彈性的根本原因。只有在室溫下不易結晶的柔性高聚物，才有可能成為具有高彈性的橡膠
2、分子鏈長，分子鏈越長，鏈段數越多，分子鏈就越柔順，熱運動越容易；分子量越大物理結點越多，鏈與鏈之間不容易滑移，有利于提高彈性。
4、輕度交聯，過度的交聯會限制分子的鏈段運動，從而降低彈性。
四、橡膠彈性的影響因素：
1、交聯與纏結效應：
交聯點密度與網鏈密度的關系：
交聯網鏈間的物理纏結也是影響彈性模量的因素
2、溶脹效應：溶漲度大，網鏈密度降低，抑制誘發結晶，模量降低。
3、網鏈的極限生長：非高斯效應，使應力或彈性模量增加。
4、應變誘發結晶：拉伸網鏈沿著拉伸方向取向，有序增加，利于結晶。模量增大。
5、填料，填料的加入可以提高模量、拉伸強度等