低溫脆性試驗機用于比較鑒定非硬質(zhì)塑料及其他彈性材料在低溫條件下的使用性能,是材料低溫沖擊試驗中理想的試樣冷卻、保溫設備。可用于測量硫化橡膠在規(guī)定條件下試樣受到?jīng)_擊破壞時的脆性溫度。
橡膠材料的沖擊吸收功隨溫度的降低而降低,材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài),這種現(xiàn)象稱為低溫脆性。橡膠具有在低溫下分子運動減弱時,該橡膠會變硬,彈性變差,脆性變大的性質(zhì)。橡膠屬高分子聚合物在低于其橡膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下,顯示出高分子鏈段的運動凍結、變成玻璃的性能,沒有彈性,很脆。
橡膠低溫脆性,厚度不同脆度也不同。在相同的低溫條件下,薄部分的脆度先于厚部分。因此利用毛刺和主體厚度不同引起的脆性梯度,抓住毛刺脆、主體不脆的時間差,對產(chǎn)品施加摩擦、沖擊、振動等外力,消除毛刺。此時產(chǎn)品主體還處于彈性狀態(tài),不受損傷。之后。噴射介質(zhì)的應用進一步提高了裁剪效果。材料的沖擊吸收功隨溫度的降低而降低,當試驗溫度低于Tk時,沖擊吸收功顯著降低,材料由韌性態(tài)變?yōu)榇嘈詰B(tài),這種現(xiàn)象稱為低溫脆性。
橡膠脆性溫度的影響因素
1、選擇耐寒性好的生膠是耐寒的關鍵,橡膠的耐寒性能主要取決于橡膠的品種。
非晶橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低,耐寒性優(yōu)異。對于結晶性橡膠,耐寒性需要考慮玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的高低、結晶性。提高橡膠分子鏈柔軟性、減少分子間力和空間位阻、減弱高分子鏈規(guī)整性的橡膠成分和結構因素有利于提高橡膠的耐寒性。
2、橡膠并用是橡膠配方設計中調(diào)節(jié)耐寒性的常用方法,如SBR與BR并用,NBR與NR、CO、ECO并用,可以提高橡膠的耐寒性。
交聯(lián)鍵的類型影響橡膠的耐寒性。天然橡膠使用傳統(tǒng)的硫化體系時,硫的使用量增加,剪切模量上升到30份,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也上升(可以上升到20~30)。
3、選擇合適有效的硫化體系,使橡膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比傳統(tǒng)硫化體系降低7。因此,NR和SBR、DCP硫化具有最高耐寒性,秋蘭姆硫化時耐寒性降低,硫/次磺酰胺類促進劑耐寒性最差。
這種差異是因為,用硫磺硫化時,與聚硫鍵一起生成分子內(nèi)交聯(lián)鍵,發(fā)生環(huán)化反應,導致鏈段活動性降低,彈性模量提高,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度上升。減少硫的使用量,使用半有效或有效的硫化體系,多硫鍵的數(shù)量減少,主要生成單硫醚鍵和二硫鍵,降低硫在分子內(nèi)結合的可能性,因此玻璃化溫度上升幅度多的硫鍵變小。
4、過氧化物和輻照硫化時,過氧化物硫化膠體積膨脹系數(shù)較大,因此其耐寒性優(yōu)于有效硫化體系和傳統(tǒng)硫化體系。
體積膨脹系數(shù)大有利于增加塊體作用的自由空間,降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。另外,在過氧化物硫化的情況下,形成牢固且短的C-C交聯(lián)鍵,但在硫硫化的情況下,形成牢固度小、長度大的多硫化物鍵,因此變形時應該克服的分子間力變得更大,并且弱的鍵產(chǎn)生應變,滯后損失增加也就是說,在用硫磺硫化的橡膠中,分子間的作用力大得多,這是硫化橡膠耐寒性差的理由。