一、橡膠硫化的定義與本質
橡膠硫化是指通過加熱、添加硫化劑（如硫磺、過氧化物等），使線性結構的生膠分子鏈通過交聯反應形成三維網狀結構的過程。這一過程能顯著改善橡膠的力學性能（如強度、彈性、耐磨性）、耐老化性及化學穩定性，使其從原本黏軟的塑性狀態轉變為具有實用價值的彈性材料。
二、硫化反應的核心原理
- 硫化劑的作用
- 硫磺硫化：最傳統的硫化方式，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生加成反應，形成硫橋（-Sx-） 交聯結構。交聯密度（硫橋數量）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）。
- 過氧化物硫化：過氧化物分解產生自由基，引發橡膠分子鏈交聯，適用于飽和橡膠（如三元乙丙橡膠 EPDM），交聯結構不含硫，耐老化性更優。
- 其他硫化體系：如金屬氧化物（用于氯丁橡膠）、樹脂硫化劑（用于丁基橡膠）等，根據橡膠種類和性能需求選擇。
- 交聯反應的影響
- 未硫化橡膠：分子鏈自由移動，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：三維網絡結構限制分子鏈移動，受力時彈性變形能力增強，且不易因溫度或外力永久變形。
三、硫化工藝的關鍵要素
- 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）、過氧化二異丙苯（DCP）等。
- 促進劑：加快硫化速度，減少硫磺用量，如噻唑類（促進劑 M）、次磺酰胺類（促進劑 CZ）。
- 活化劑：增強促進劑效果，常用氧化鋅（ZnO）與硬脂酸復配。
- 防老劑：防止硫化橡膠老化，如胺類、酚類防老劑。
- 硫化條件控制
- 溫度：提高溫度可加快硫化速度，但溫度過高會導致橡膠分子鏈斷裂（過硫化），一般硫化溫度為 140-200℃，具體取決于硫化劑種類（如硫磺硫化需 150℃以上，過氧化物硫化需 180℃以上）。
- 時間：硫化時間與溫度成反比，需通過硫化儀測定最佳硫化時間（如焦燒時間、正硫化時間），避免欠硫（強度不足）或過硫（彈性下降）。
- 壓力：壓制硫化時需施加壓力（5-20MPa），防止氣泡產生，確保交聯均勻，適用于模壓制品（如輪胎胎面）。
- 硫化工藝分類
- 模壓硫化：將混煉膠放入模具中加熱加壓成型，適用于輪胎、密封件等復雜形狀制品。
- 擠出硫化：通過擠出機將膠料擠出成型后，進入硫化罐或微波硫化隧道，適用于膠管、密封條等連續生產。
- 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、硫化程度的評估指標
- 硫化特性曲線
使用硫化儀測定，曲線顯示膠料黏度隨時間的變化：- 焦燒時間（T10）：膠料開始交聯的時間，避免加工過程中提前硫化。
- 正硫化時間（T90）：黏度達到穩定值 90% 的時間，此時橡膠性能最佳。
- 硫化平坦期：正硫化時間后的平臺期，工藝窗口越寬，越容易控制硫化質量。
- 物理性能測試
- 拉伸強度、斷裂伸長率、硬度（邵氏硬度）、彈性恢復率等，硫化不足時強度低、彈性差，過硫化時硬度增加、伸長率下降。
