一、橡膠硫化的定義與本質(zhì)
橡膠硫化是指通過(guò)加熱、添加硫化劑（如硫磺、過(guò)氧化物等），使線性結(jié)構(gòu)的生膠分子鏈通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過(guò)程。這一過(guò)程能顯著改善橡膠的力學(xué)性能（如強(qiáng)度、彈性、耐磨性）、耐老化性及化學(xué)穩(wěn)定性，使其從原本黏軟的塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袑?shí)用價(jià)值的彈性材料。
二、硫化反應(yīng)的核心原理
- 硫化劑的作用
- 硫磺硫化：最傳統(tǒng)的硫化方式，硫磺在加熱條件下分解為活性硫原子，與橡膠分子鏈中的雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)，形成硫橋（-Sx-） 交聯(lián)結(jié)構(gòu)。交聯(lián)密度（硫橋數(shù)量）決定橡膠的硬度和彈性，如天然橡膠常用硫磺硫化，硫含量越高，橡膠越硬（如硬橡膠）。
- 過(guò)氧化物硫化：過(guò)氧化物分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)橡膠分子鏈交聯(lián)，適用于飽和橡膠（如三元乙丙橡膠 EPDM），交聯(lián)結(jié)構(gòu)不含硫，耐老化性更優(yōu)。
- 其他硫化體系：如金屬氧化物（用于氯丁橡膠）、樹(shù)脂硫化劑（用于丁基橡膠）等，根據(jù)橡膠種類(lèi)和性能需求選擇。
- 交聯(lián)反應(yīng)的影響
- 未硫化橡膠：分子鏈自由移動(dòng)，受力易變形，耐溫性差（如天然橡膠在 60℃以上易軟化）。
- 硫化后橡膠：三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)限制分子鏈移動(dòng)，受力時(shí)彈性變形能力增強(qiáng)，且不易因溫度或外力永久變形。
三、硫化工藝的關(guān)鍵要素
- 硫化體系配方
- 硫化劑：硫磺（常用量 1-3 份，1 份 = 100g 橡膠中添加 1g）、過(guò)氧化二異丙苯（DCP）等。
- 促進(jìn)劑：加快硫化速度，減少硫磺用量，如噻唑類(lèi)（促進(jìn)劑 M）、次磺酰胺類(lèi)（促進(jìn)劑 CZ）。
- 活化劑：增強(qiáng)促進(jìn)劑效果，常用氧化鋅（ZnO）與硬脂酸復(fù)配。
- 防老劑：防止硫化橡膠老化，如胺類(lèi)、酚類(lèi)防老劑。
- 硫化條件控制
- 溫度：提高溫度可加快硫化速度，但溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致橡膠分子鏈斷裂（過(guò)硫化），一般硫化溫度為 140-200℃，具體取決于硫化劑種類(lèi)（如硫磺硫化需 150℃以上，過(guò)氧化物硫化需 180℃以上）。
- 時(shí)間：硫化時(shí)間與溫度成反比，需通過(guò)硫化儀測(cè)定最佳硫化時(shí)間（如焦燒時(shí)間、正硫化時(shí)間），避免欠硫（強(qiáng)度不足）或過(guò)硫（彈性下降）。
- 壓力：壓制硫化時(shí)需施加壓力（5-20MPa），防止氣泡產(chǎn)生，確保交聯(lián)均勻，適用于模壓制品（如輪胎胎面）。
- 硫化工藝分類(lèi)
- 模壓硫化：將混煉膠放入模具中加熱加壓成型，適用于輪胎、密封件等復(fù)雜形狀制品。
- 擠出硫化：通過(guò)擠出機(jī)將膠料擠出成型后，進(jìn)入硫化罐或微波硫化隧道，適用于膠管、密封條等連續(xù)生產(chǎn)。
- 注壓硫化：將膠料注入模具并硫化，效率高，適用于精密制品（如 O 型圈）。
四、硫化程度的評(píng)估指標(biāo)
- 硫化特性曲線
使用硫化儀測(cè)定，曲線顯示膠料黏度隨時(shí)間的變化：- 焦燒時(shí)間（T10）：膠料開(kāi)始交聯(lián)的時(shí)間，避免加工過(guò)程中提前硫化。
- 正硫化時(shí)間（T90）：黏度達(dá)到穩(wěn)定值 90% 的時(shí)間，此時(shí)橡膠性能最佳。
- 硫化平坦期：正硫化時(shí)間后的平臺(tái)期，工藝窗口越寬，越容易控制硫化質(zhì)量。
- 物理性能測(cè)試
- 拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、硬度（邵氏硬度）、彈性恢復(fù)率等，硫化不足時(shí)強(qiáng)度低、彈性差，過(guò)硫化時(shí)硬度增加、伸長(zhǎng)率下降。
