Amélioration de la résistance à la traction des matériaux en caoutchouc - 48 méthodes

Amélioration de la résistance à la traction des matériaux en caoutchouc - 48 méthodes

Introduction

La résistance à la traction est une propriété mécanique fondamentale dans l'industrie du caoutchouc. Ce paramètre expérimental mesure la résistance ultime d'un composé en caoutchouc vulcanisé. Même si un produit en caoutchouc ne sera jamais rapproché de sa résistance à la traction ultime, de nombreux utilisateurs de produits en caoutchouc le considèrent toujours comme un indicateur important de la qualité globale du composé. Ainsi, la résistance à la traction est une propriété de spécification très générale.

Divers programmes expérimentaux sont fournis dans cet article sur la façon d'améliorer la force de traction.

Il convient de noter que: Premièrement, ces schémas expérimentaux généralisés fournis dans ce document peuvent ne pas être applicables à chaque cas spécifique; Deuxièmement, toute variable qui peut améliorer la résistance à la traction affectera certainement d'autres propriétés. Par conséquent, il est nécessaire que les ingénieurs et autres développeurs considèrent chaque situation à fond pour faire le meilleur programme d'amélioration de la résistance à la traction.

Voici 48 façons d'améliorer la résistance à la traction:

1. Principes généraux
Pour atteindre la résistance à la traction la plus élevée, il est généralement conseillé de commencer avec des élastomères capables de cristallisation induite par la souche, tels que le caoutchouc naturel (NR), le caoutchouc chloroprène (CR), le caoutchouc isoprène (IR), le caoutchouc nitrile hydrogéné ( Hnbr), ou polyuréthane (PU).

2. Les composés à base de caoutchouc Parmi les différentes grades de caoutchouc naturel, la feuille de fumée côtelée n ° 1 (RSS-1) offre la résistance à la traction la plus élevée. Dans les composés remplis de noir en carbone, la feuille de fumée côtelée n ° 3 (RSS-3) peut fournir une résistance à la traction plus élevée que RSS-1.
naturel (NR) naturel présentent généralement une résistance à la traction plus élevée par rapport aux composés en caoutchouc du chloroprène.
Pour les composés en caoutchouc naturel, l'utilisation de plastifiants chimiques (peptiseurs), tels que le disulfure de dibenzamido diphényle ou le pentachlorothiophénol (PCTP), doit être évité car ils peuvent réduire la résistance à la traction du composé.

3. Caoutchouc chloroprène (CR)
Le caoutchouc chloroprène (CR) est un caoutchouc cristallisant induit par la souche qui peut conférer une résistance à la traction élevée aux composés même sans charges. En fait, la réduction de la teneur en remplissage peut parfois améliorer la résistance à la traction. Des catégories CR de poids moléculaire plus élevé peuvent fournir une plus grande résistance à la traction. Le caoutchouc chloroprène modifié au sulfonate peut améliorer à la fois la résistance à la traction et l'allongement à la pause.

4. Le SBR en caoutchouc-boutadiène du styrène (SBR)
produit par l'émulsion produit à basse température (5 ° C) confère généralement une résistance à la traction plus élevée aux composés par rapport à la SBR à haute température (50 ° C) émulsion-polymérisée. En règle générale, le SBR polymérisé par l'émulsion présente une résistance à la traction plus élevée que le SBR polymérisé en solution. Lorsque la teneur totale à l'huile dans le composé est maintenue constante, le remplacement du SBR non étendu à l'huile avec un SBR à hauteur élevé moléculaire peut entraîner une résistance à la traction plus élevée.

5. NBRILE Caoutchle (NBR)
NBR avec une teneur en acrylonitrile élevé (ACN) peut conférer une résistance à la traction plus élevée au composé. Le NBR avec une distribution de poids moléculaire étroite a tendance à fournir une résistance à la traction plus élevée. Lorsque la teneur en acrylonitrile (ACN) atteint 41% (par fraction de masse), la résistance à la traction du composé NBR est considérablement améliorée.

6. L'influence du poids moléculaire
à l'aide de NBR avec une viscosité élevée du Mooney et un poids moléculaire élevé peut donner une résistance à la traction plus élevée au composé.

7. Les élastomères carboxylés
envisagent de remplacer le NBR non carboxylé par du XNBR carboxylé et le HNBR non carboxylé par le XHNBR carboxylé, car cela peut améliorer la résistance à la traction du composé.
Le NBR carboxylé composé avec une quantité appropriée d'oxyde de zinc peut fournir une résistance à la traction plus élevée par rapport au NBR traditionnel.
Le caoutchouc de nitrile carboxylé hydrogéné (XNBR) pour produire du HXNBR peut améliorer considérablement la résistance à la traction à la fois à la température ambiante et aux températures élevées.

8. Le monomère de diène de l'éthylène propylène (EPDM)
utilisant des grades semi-cristallins d'EPDM (avec une teneur en éthylène élevée) peut donner une résistance à la traction plus élevée au composé. L'EPDM à poids moléculaire élevé présente également une résistance à la traction plus élevée.

9. Catalyseurs EPDM
L'application de la technologie de catalyseur de géométrie contrainte (CGC) dans la polymérisation a conduit au développement de grades EPDM à haute teneur en éthylène et à une cristallinité élevée. Ces classes EPDM spécialisées peuvent conférer une résistance à la traction plus élevée aux composés vulcanisés. En maintenant une teneur en éthylène constante et en remplaçant plus de propylène par l'éthylidène norbornène (ENB), l'EPDM produit en utilisant cette technologie de catalyseur peut toujours conserver une résistance à la traction élevée.
L'intégration de Fullerène C60 dans EPDM et du durcissement sous la lumière ultraviolette peut produire des composés avec une résistance à la traction plus élevée par rapport à celles durcies avec DCP.

10. EPDM réactif
dans les mélanges avec NR, en remplacement de l'EPDM non modifié avec 2% (par fraction de masse) EPDM modifié par l'anhydride maléfique peut améliorer la résistance à la traction des mélanges NR / EPDM.

11. EPDM en phase
gazeuse en phase gazeuse EPDM en phase gazeuse en phase gazeuse avec une teneur élevée en éthylène et une viscosité mooney ultra-bas peuvent fournir une résistance à la traction plus élevée dans les composés, même avec une charge de remplissage élevée. Il a été signalé que la teneur élevée en éthylène peut conférer une résistance à la traction plus élevée aux composés vulcanisés.

12. Les caoutchoucs synthétiques en gel
comme SBR contiennent généralement des stabilisateurs. Cependant, lors du mélange des composés SBR à des températures supérieures à 163 ° C, des gels lâches (qui peuvent être mélangés) et des gels serrés (qui ne peuvent pas être mélangés ou dissous dans certains solvants) peuvent se former. Les deux types de gels peuvent réduire la résistance à la traction du composé. Par conséquent, il est essentiel de contrôler soigneusement la température de mélange de SBR.

13. Vulcanisation
Un moyen important d'atteindre une résistance à la traction élevée est d'optimiser la densité de réticulation, d'éviter sous-future et d'empêcher la formation de pores pendant la vulcanisation en raison d'une pression insuffisante ou de l'utilisation de composants volatils.
Dans les composés en caoutchouc naturel, le remplacement du MBS ou du TBBS par l'accélérateur CBS peut fournir une résistance à la traction et un allongement plus élevés à la pause.
Pour les composés de caoutchouc spécialisés tels que le caoutchouc de nitrile carboxylé hydrogéné (HXNBR) ou le fluororubber, un processus de vulcanisation secondaire peut être utilisé pour améliorer la résistance à la traction.

14. Vulcanisation de la pression de la pression
pour les produits vulcanisés dans une autoclave, réduisant progressivement la pression jusqu'à la fin de la vulcanisation peut empêcher la formation de pores et la réduction qui en résulte de la résistance à la traction. Ceci est connu sous le nom de vulcanisation de la pression de pression. '

15. Le temps et la température de la vulcanisation
en utilisant une vulcanisation à faible température et de longue date peuvent former un réseau de polysulfure, atteindre une densité de réticulation de soufre plus élevée et finalement entraîner une résistance à la traction plus élevée.

16. Le traitement
évite de contaminer divers agents de composition et caoutchoucs de base et empêchez l'introduction d'impuretés pendant le traitement.

17. Les composés élastomères en polyuréthane
à base de polyuréthanes de type polyester et de type polyéther peuvent présenter une résistance à une traction très élevée. Pour les polyuréthanes coulés à deux composants, l'ajustement du rapport de l'agent de durcissement peut améliorer la résistance à la traction.
Dans certaines applications, la sélection du polyuréthane de type polyester peut offrir des avantages dans l'amélioration de la résistance à la traction.
Le mélange de polyuréthane avec des caoutchoucs traditionnels peut également améliorer sa résistance à la traction.

18. Rubber silicone
pour assurer une résistance à la traction élevée, un caoutchouc en silicone ou un caoutchouc fluorosilicone ne doit pas être sélectionné.

19. Caoutchouc acrylate d'éthylène (AEM)
pour le caoutchouc AEM, un copolymère ternaire, des systèmes de vulcanisation traditionnels à base de diamine tels que l'hexaméthylène tétramine carbamate (HMDC) et la diphénylguanidine (DPG) sont utilisés. L'ajout de peroxyde de dicumyle (DCP) et de 1,2-polybutadiène (RICON 152) peut améliorer la résistance à la traction du composé.

20. Rubber en silicone / EPDM
Remplacement du caoutchouc de silicone traditionnel par une nouvelle combinaison en caoutchouc / EPDM silicone peut améliorer la résistance à la traction.

21. Caoutchouc polybutadiène réactif (BR)
pour le caoutchouc polybutadiène carboxylé (BR) avec environ un groupe carboxyle pour 100 atomes de carbone sur la chaîne principale, la réticulation oxydative combinée à la vulcanisation traditionnelle du soufre peut entraîner une résistance à la traction plus élevée. En effet, le composé devient un élastomère d'ionomère ', ' où les réticulations ioniques forment des domaines à l'échelle nanométrique.

22. Mélanger
l'amélioration de la dispersion des charges de renforcement telles que le noir de carbone grâce à de meilleures techniques de mélange peut améliorer la résistance à la traction. Dans le même temps, évitez d'introduire des impuretés ou des grandes particules mal dispersées.
En utilisant soigneusement les aides de traitement, la dispersion des charges dans le composé peut être améliorée, augmentant ainsi la résistance à la traction du composé.

23. Mélange de phases
Il a été signalé que pour les mélanges SBR / BR, l'augmentation de la teneur en noir en carbone dans la phase SBR à travers la technologie de mélange de phase peut réduire la résistance à la traction du composé.
D'autres rapports suggèrent que pour les mélanges NR / BR, la technologie de mélange de phases peut augmenter la teneur en noir du carbone dans la phase BR, améliorant ainsi la résistance à la traction du mélange.
Cependant, certaines études ont trouvé des résultats différents. Hess Research a également révélé que si le noir de carbone est concentré dans la phase NR, la résistance à la traction diminuerait considérablement.
Dans les mélanges en caoutchouc, l'ajout de compatibilisants efficaces (tels que les copolymères diblocs) peut améliorer la résistance à la traction du composé.
Les composés sont souvent des mélanges de plusieurs caoutchoucs avec différents paramètres de solubilité, résultant en des phases continues et discontinues de la microstructure du mélange. L'affinité du noir de carbone pour différents caoutchoucs est rapportée comme suit:
br> sbr> cr> nbr> nr> epdm> ir
grâce à la technologie de mélange de phases, la distribution du noir de carbone dans différentes phases peut être contrôlée efficacement, optimisant ainsi la résistance à la traction.

24. Le mélange
de mélange NR avec du polyoctémasère peut atteindre une résistance à la traction relativement élevée, bien qu'elle ne soit pas aussi élevée que celle du polyuréthane.

25. Mélanges NR / IR
Bien que le poids moléculaire élevé ait un impact positif sur la résistance à la traction et l'allongement à la rupture, la cristallisation induite par la souche dans le caoutchouc isoprène élevé (IR) et le caoutchouc naturel (NR) peut améliorer considérablement ces propriétés.

26. Mélanges NR / EPDM
à l'aide d'un système de vulcanisation combiné de soufre / peroxyde pour co-vulcaniser les mélanges NR / EPDM peuvent améliorer les propriétés. Le caoutchouc naturel confère une résistance à la traction plus élevée au composé.

27. Mélanges NBR / PVC
Il a été signalé que l'ajout lentement d'une certaine quantité d'élastomère de polyuréthane transformable aux composés à base de NBR / PVC peut améliorer efficacement la résistance à la traction.
Un autre rapport suggère que l'ajout de SBR 4503 (un polymère d'émulsion thermiquement polymérisé contenant 30% de styrène par fraction de masse, réticulé avec du divinylbenzène) aux mélanges NBR / PVC peut améliorer la résistance à la traction.

28. TPV (vulcanistes thermoplastiques)
La résistance à la traction des vulcanisats thermoplastiques (TPV) est dérivée de la phase en caoutchouc hautement réticulé. Le TPV préparé par vulcanisation dynamique contient une phase de caoutchouc avec une densité rétillante élevée, entraînant une résistance à la traction élevée.
Dans TPV, la phase en caoutchouc réticulé doit être constituée de particules extrêmement fines d'un diamètre inférieur à 1 µm pour contribuer positivement à la résistance à la traction. Ces particules réticulées doivent être uniformément dispersées tout au long de la phase matricielle. Par conséquent, pour les composés TPV, il est essentiel de sélectionner ceux avec des particules de caoutchouc finement dispersées pour améliorer la résistance à la traction.
Les élastomères thermoplastiques sont souvent anisotropes, en particulier ceux mouinés par injection à des taux de cisaillement élevés, et leur résistance à la traction dépend de la direction du flux de traitement.

29. La poudre en caoutchouc
Si la poudre en caoutchouc est utilisée comme remplissage, la poudre en caoutchouc à mailles doit être sélectionnée pour éviter une réduction significative de la résistance à la traction. Plus les particules de poudre en caoutchouc sont fines, moins la résistance à la traction est réduite.
Évitez d'utiliser de la poudre de pneu en caoutchouc moulue (GRT) dans des composés de pneus, car il peut réduire considérablement la résistance à la traction. De plus, des tailles de particules plus grandes de poudre en caoutchouc provoquent une réduction plus grave de la résistance à la traction.

30. Charges
pour les charges telles que le noir de carbone ou la silice, la sélection des tailles de particules plus petites et des surfaces plus élevées peut améliorer efficacement la résistance à la traction.
Envisagez d'utiliser une petite quantité de nanotubes de carbone et assurer leur dispersion uniforme pour améliorer considérablement la résistance à la traction.
Les nanoclays (par exemple, montmorillonite) modifiés avec des tensioactifs organiques peuvent améliorer la résistance à la traction des composés EPDM.
Une bonne sélection de nanoclays, telles que la montmorillonite modifiée, peut améliorer la résistance à la traction des composés en caoutchouc naturel.

31. Noir du carbone
Pour assurer une bonne dispersion du noir de carbone, sa charge doit être optimisée pour améliorer la résistance à la traction. Les noirs en carbone de la taille des particules plus petits ont des charges optimales plus faibles. L'augmentation de la surface du noir de carbone et l'amélioration de sa dispersion à travers des cycles de mélange étendus peuvent améliorer la résistance à la traction.
L'ajout de noir de carbone dispersé au moulin à boule au latex en caoutchouc naturel avant la coagulation et le mélange ultérieur entraîne une résistance à la traction plus élevée par rapport à l'ajout de noir de carbone à un mélangeur interne.
Le remplacement d'une petite quantité de noir de carbone par des nanotubes de halloysite, tout en assurant une dispersion uniforme, peut améliorer à la fois la résistance à la traction et l'allongement à la pause.

32. Silice
sélectionnant la silice précipitée avec une surface élevée peut améliorer efficacement la résistance à la traction. Si la silice traitée avec des agents de couplage de silane est utilisée, la résistance à la traction peut être encore améliorée.

33. Rôle des charges non renforçant
pour obtenir une résistance à la traction élevée, l'utilisation de charges non renforcées ou inertes telles que l'argile, le carbonate de calcium, le talc, la craie et le sable de quartz doivent être évités.

34. Argile
Pour améliorer la résistance à la traction des composés remplis d'argile, il est conseillé de traiter l'argile avec des agents de couplage de silane.

35. Rôle des huiles
pour atteindre une résistance à la traction élevée, l'utilisation de plastifiants doit être minimisée.

36. Soufre
dans la vulcanisation des composés NBR, le soufre traditionnel est difficile à disperser uniformément. Par conséquent, l'utilisation du soufre traité au carbonate de magnésium dans des caoutchoucs polaires comme NBR peut améliorer la dispersion. Une mauvaise dispersion des agents vulcanisants peut gravement affecter la résistance à la traction.

37. Les accélérateurs de vulcanisation
garantissent que la taille des particules des accélérateurs est suffisamment faible (moins de 100 µm) pour éviter des impacts négatifs significatifs sur la résistance à la traction.
Si les produits chimiques en caoutchouc avec des points de fusion élevés (par exemple, MBTS, qui fond à 167–179 ° C, généralement plus élevé que la température de décharge d'un mélangeur interne) ne sont pas finement broyés, ils peuvent réduire la résistance à la traction et affecter la durée de vie des produits en caoutchouc . En effet, de grandes particules d'accélérateurs peuvent conduire à une distribution hétérogène du réseau réticulé. Certains rapports suggèrent également que les particules d'accélérateur excessivement petites peuvent réduire la résistance à la traction d'environ 10%.
Envisagez d'utiliser des accélérateurs de qualité de laboratoire tels que le disulfure de BIS (diisopropylphosphoryle) (DIPDIS), qui, lorsqu'ils sont utilisés en synergie avec des accélérateurs de thiazole, peuvent fournir aux composés NR une résistance à la traction plus élevée.

38. Les réseaux réticulés en polysulfure
utilisant un système de vulcanisation conventionnel se traduit par un réseau réticulé dominé par les liaisons polysulfure, tandis qu'un système efficace de vulcanisation (EV) produit un réseau dominé par les liaisons monosulfure et disulfure. Le premier peut fournir une résistance à la traction plus élevée dans le composé.

39. Vulcanisation du caoutchouc chloroprène
pour les composés en caoutchouc chloroprène, l'utilisation de l'éthylène thiourée comme agent vulcanisant assure des exigences de sécurité et de santé appropriées tout en améliorant la résistance à la traction.

40. La vulcanisation du peroxyde
remplacement des composés de peroxyde traditionnels mélangés à des charges inertes avec des peroxydes de type MasterBatch peut améliorer leur dispersion dans le composé, conduisant à des propriétés physiques plus uniformes.
L'acrylate de zinc, en tant qu'agent co-croisé (par exemple, Saret® 633), est parfois utilisée dans les systèmes de vulcanisation du peroxyde pour améliorer la résistance à la traction.
Pour les systèmes de vulcanisation du peroxyde, l'utilisation d'agents co-croisés pour augmenter l'insaturation du système peut améliorer la densité de réticulation. En effet, l'abstraction d'hydrogène domine la réticulation dans les polymères saturés, tandis que la réticulation radicale est plus efficace dans les systèmes insaturés. Les agents co-croisés peuvent introduire différents types de réseaux réticulés, améliorant ainsi la résistance à la traction.

41. Les antioxydants
dans de nombreux cas, l'ajout d'antioxydants au début du cycle de mélange peut atténuer efficacement les effets du mélange sur la structure et le poids moléculaire du composé.

42. RESINS
Dans les composés de remplissage de remplissage, SBR, NBR ou Cr à faible chargement, l'ajout de 15 à 25 parties (en poids) de résines d'hydrocarbures, tels que la résine de goudron de charbon, peut efficacement améliorer la résistance à la traction.

43. Orientation
Les propriétés de traction du caoutchouc vulcanisé, en particulier les élastomères thermoplastiques, sont significativement influencés par l'orientation et l'anisotropie.

44. Double réseau de réticulation
lorsque les plastiques sont étirés pendant le traitement, l'orientation et l'anisotropie sont induits. Lors du refroidissement en dessous de la température de fusion ou de la température de transition du verre, les propriétés anisotropes sont améliorées.
Cependant, le caoutchouc se comporte complètement différemment. En règle générale, toute orientation induite pendant le traitement diminue et disparaît une fois le processus terminé.
Néanmoins, le 'réseau de réticulation double ' 'pendant la vulcanisation est une méthode pour introduire une orientation permanente dans le composé.
Premièrement, un réseau primaire est formé par une vulcanisation légère ou partielle. Ce composé légèrement vulcanisé est ensuite étendu à un α0 allongé, suivi d'une nouvelle vulcanisation. Après la deuxième vulcanisation, le composé est libéré. Au cours de cette version, le réseau de réticulation secondaire empêche le réseau primaire de se rétracter, résultant en un αR d'allongement résiduel dans le caoutchouc vulcanisé. Par rapport aux réseaux de réticulation mono-couche traditionnels, des spécimens en forme d'haltères coupés le long de la direction d'étirement présentent une résistance à la traction plus élevée.

45. Les fibres
entre diverses fibres utilisées pour améliorer la résistance à la traction, les fibres lignocellulosiques non renouvelables avec un rapport d'aspect dans la plage de 100: 1 à 200: 1, traitée avec des adhésifs résorcinol-foraldéhyde-vinylpyridine, sont un bon choix. Il a été rapporté que l'ajout de fibres d'aramide au composé peut efficacement améliorer la résistance.

46. ​​Ionomères
dans les composés EPDM sulfonés en métal, l'ajout de stéarate de zinc comme ionomère peut améliorer considérablement la résistance à la traction, même comparable aux élastomères de polyuréthane.

47. Réseau de réticulation ionique
Il a été rapporté que les composés réticulés ioniquement présentent une résistance à la traction plus élevée car les points de réticulation peuvent glisser et se déplacer sans être déchiré.

48. La cristallisation des contraintes
incorporant le caoutchouc naturel et le caoutchouc de chloroprène dans le composé contribuera à améliorer la résistance à la traction.

Conclusion

L'article fournit une introduction détaillée à 48 méthodes pour améliorer la résistance à la traction des matériaux en caoutchouc, couvrant divers aspects tels que la sélection des élastomères appropriés, l'optimisation des processus de vulcanisation, l'amélioration de la dispersion de remplissage et l'utilisation d'additifs spéciaux. Ces méthodes s'appliquent non seulement aux matériaux en caoutchouc commun comme le caoutchouc naturel, le caoutchouc chloroprène et le caoutchouc nitrile, mais aussi aux caoutchoucs spécialisés tels que le polyuréthane et le caoutchouc de silicone. Dans les applications pratiques, les ingénieurs doivent prendre en compte divers facteurs basés sur des exigences spécifiques pour obtenir les meilleurs résultats d'amélioration de la résistance à la traction.

Dans la production de produits en caoutchouc, en plus de la résistance à la traction, le retard de flamme est également un indicateur critique dans de nombreux scénarios d'application. Yinsu Flame Istrandant Company propose une variété de retardateurs de flamme sans halogène spécialement développés pour le caoutchouc, tels que le retardateur de la flamme du phosphore rouge EP-80, XJ-A2 et XJ-85m. Ces retardateurs de flamme améliorent non seulement efficacement les propriétés issues de la flamme du caoutchouc, mais répondent également aux exigences strictes de sécurité incendie tout en maintenant la résistance à la traction. Par rapport aux retardateurs de flamme halogène, ces produits sont plus compétitifs pour les coûts. En sélectionnant et en appliquant rationnellement ces retardateurs de flammes, les performances globales des produits en caoutchouc peuvent être encore améliorées, répondant aux diverses demandes du marché.