Mejora de la resistencia a la tracción de los materiales de caucho - 48 métodos

Mejora de la resistencia a la tracción de los materiales de caucho - 48 métodos

Introducción

La resistencia a la tracción es una propiedad mecánica fundamental en la industria del caucho. Este parámetro experimental mide la resistencia final de un compuesto de caucho vulcanizado. Incluso si un producto de goma nunca se acercará a su resistencia a la tracción final, muchos usuarios de productos de caucho aún lo consideran un indicador importante de la calidad general del compuesto. Por lo tanto, la resistencia a la tracción es una propiedad de especificación muy general.

Se proporcionan varios programas experimentales en este documento sobre cómo mejorar la resistencia a la tracción.

Cabe señalar que: en primer lugar, estos esquemas experimentales generalizados proporcionados en este documento pueden no ser aplicables a cada caso específico; En segundo lugar, cualquier variable que pueda mejorar la resistencia a la tracción definitivamente afectará otras propiedades. Por lo tanto, es necesario que los ingenieros y otros desarrolladores consideren cada situación a fondo para hacer el mejor programa de mejora de la resistencia a la tracción.

Las siguientes son 48 formas de mejorar la resistencia a la tracción:

1. Principios generales
Para lograr la mayor resistencia a la tracción, generalmente es aconsejable comenzar con elastómeros capaces de cristalización inducida por la tensión, como el caucho natural (NR), el caucho de cloropreno (CR), el caucho de isopreno (IR), el caucho nitrilo hidrogenado ( HNBR), o poliuretano (PU).

2. Los compuestos a base de caucho natural del caucho natural (NR)
típicamente exhiben una mayor resistencia a la tracción en comparación con los compuestos de caucho de cloropreno. Entre varios grados de caucho natural, la hoja ahumada con acanalado No. 1 (RSS-1) ofrece la mayor resistencia a la tracción. En los compuestos de carbono llenos de negro, la hoja ahumada con acanalado No. 3 (RSS-3) puede proporcionar una mayor resistencia a la tracción que RSS-1.
Para los compuestos de caucho natural, se debe evitar el uso de plastificantes químicos (peptizadores), como el disulfuro de difenil de Dibenzamido o el pentaclorothiofenol (PCTP), ya que pueden reducir la resistencia a la tracción del compuesto.

3. El caucho de cloropreno (CR)
El caucho de cloropreno (CR) es un caucho cristalizador inducido por la tensión que puede impartir alta resistencia a la tracción a los compuestos incluso sin rellenos. De hecho, reducir el contenido de relleno a veces puede mejorar la resistencia a la tracción. Los calificaciones de Cr Molecular Molecular Molecular pueden proporcionar una mayor resistencia a la tracción. El caucho de cloropreno modificado con sulfonato puede mejorar tanto la resistencia a la tracción como el alargamiento en el descanso.

4. SBBR Polimerizado de la emulsión de estireno-butadieno (SBR)
producido a bajas temperaturas (5 ° C) generalmente imparte mayor resistencia a la tracción a los compuestos en comparación con SBR-Polimerizado de emulsión de emulsión de alta temperatura (50 ° C). Típicamente, el SBR polimerizado por la emulsión exhibe una mayor resistencia a la tracción que SBR polimerizada por la solución. Cuando el contenido total de aceite en el compuesto se mantiene constante, reemplazar SBR no extendido con aceite con SBR de alto peso molecular extendido puede dar como resultado una mayor resistencia a la tracción.

5. Goma de nitrilo (NBR)
NBR con un alto contenido de acrilonitrilo (ACN) puede impartir una mayor resistencia a la tracción al compuesto. NBR con una distribución de peso molecular estrecha tiende a proporcionar una mayor resistencia a la tracción. Cuando el contenido de acrilonitrilo (ACN) alcanza el 41% (por fracción de masa), la resistencia a la tracción del compuesto NBR mejora significativamente.

6. La influencia del peso molecular
usando NBR con alta viscosidad de Mooney y alto peso molecular puede impartir una mayor resistencia a la tracción al compuesto.

7. Elastómeros carboxilados
considera reemplazar NBR no carboxilado con XNBR carboxilado y HNBR no carboxilado con XHNBR carboxilado, ya que esto puede mejorar la resistencia a la tracción del compuesto.
NBR carboxilado compuesto con una cantidad apropiada de óxido de zinc puede proporcionar una mayor resistencia a la tracción en comparación con el NBR tradicional.
El caucho de nitrilo carboxilado hidrogenante (XNBR) para producir HXNBR puede mejorar significativamente la resistencia a la tracción a temperatura ambiente y temperaturas elevadas.

8. Monómero de etileno propileno dieno (EPDM)
que usa grados semicristalinos de EPDM (con alto contenido de etileno) puede impartir una mayor resistencia a la tracción al compuesto. EPDM de alto peso molecular también exhibe una mayor resistencia a la tracción.

9. Catalizadores de EPDM
La aplicación de la tecnología de catalizador de geometría restringida (CGC) en la polimerización ha llevado al desarrollo de grados EPDM con alto contenido de etileno y alta cristalinidad. Estas calificaciones de EPDM especializadas pueden impartir una mayor resistencia a la tracción a los compuestos vulcanizados. Al mantener un contenido constante de etileno y reemplazar más propileno con etilideno norbornene (ENB), el EPDM producido con esta tecnología de catalizador aún puede mantener una alta resistencia a la tracción.
La incorporación de Fullerene C60 en EPDM y el curado bajo luz ultravioleta puede producir compuestos con mayor resistencia a la tracción en comparación con las curadas con DCP.

10. EPDM reactivo
en mezclas con NR, reemplazar EPDM no modificado con el 2% (por fracción de masa) EPDM modificado con anhídrido maleico puede mejorar la resistencia a la tracción de las mezclas NR/EPDM.

11. EPDM en fase gaseosa
La selección de EPDM polimerizado en fase gaseosa con alto contenido de etileno y viscosidad de Mooney ultra-bajo puede proporcionar una mayor resistencia a la tracción en compuestos incluso con alta carga de relleno. Se ha informado que el alto contenido de etileno puede impartir una mayor resistencia a la tracción a los compuestos vulcanizados.

12. Gel
Caudos sintéticos como SBR típicamente contienen estabilizadores. Sin embargo, al mezclar los compuestos SBR a temperaturas superiores a 163 ° C, se pueden formar geles sueltos (que se pueden mezclar) y se pueden formar geles ajustados (que no se pueden mezclar o disolver en ciertos solventes). Ambos tipos de geles pueden reducir la resistencia a la tracción del compuesto. Por lo tanto, es esencial controlar cuidadosamente la temperatura de mezcla de SBR.

13. Vulcanización
Una forma importante de lograr una alta resistencia a la tracción es optimizar la densidad de reticulación, evitar la reducción de curaciones y evitar la formación de poros durante la vulcanización debido a la presión insuficiente o el uso de componentes volátiles.
En los compuestos de caucho natural, reemplazar MBS o TBB con el acelerador CBS puede proporcionar una mayor resistencia a la tracción y alargamiento al descanso.
Para compuestos de goma especializados como el caucho nitrilo carboxilado hidrogenado (HXNBR) o el fluororuber, se puede utilizar un proceso de vulcanización secundario para mejorar la resistencia a la tracción.

14. Vulcanización de baja presión
para productos vulcanizados en un autoclave, reduciendo gradualmente la presión hasta que el final de la vulcanización pueda evitar la formación de poros y la reducción resultante en la resistencia a la tracción. Esto se conoce como 'Vulcanización de presión baja. '

15. Tiempo y temperatura de vulcanización
utilizando baja temperatura y vulcanización a largo plazo puede formar una red de polisulfuro, lograr una mayor densidad de reticulación de azufre y, en última instancia, dar como resultado una mayor resistencia a la tracción.

16. Procesamiento
Evite contaminar varios agentes compuestos y gomas de base, y evite la introducción de impurezas durante el procesamiento.

17. Compuestos de elastómeros de poliuretano
basados ​​en poliéster y poliuretanos de tipo poliéter pueden exhibir una resistencia a la tracción muy alta. Para los poliuretanos fundidos de dos componentes, ajustar la relación del agente de curado puede mejorar la resistencia a la tracción.
En ciertas aplicaciones, la selección de poliuretano de tipo poliéster puede ofrecer ventajas para mejorar la resistencia a la tracción.
Combinar el poliuretano con gomas tradicionales también puede mejorar su resistencia a la tracción.

18. El caucho de silicona
para garantizar la alta resistencia a la tracción, el caucho de silicona o el caucho de fluorosilicona no se deben seleccionar.

19. Caucho de etileno-acrilato (AEM)
para caucho AEM, un copolímero ternario, sistemas de vulcanización tradicionales a base de diamina como el hexametileno tetramina carbamato (HMDC) y la difenilguanidina (DPG). Agregar peróxido de dicumilo (DCP) y 1,2-polibutadieno (Ricon 152) puede mejorar la resistencia a la tracción del compuesto.

20. El caucho de silicona/EPDM
que reemplaza el caucho tradicional de silicona con una nueva combinación de caucho de silicona/EPDM puede mejorar la resistencia a la tracción.

21. Caucho reactivo de polibutadieno (BR)
para caucho de polibutadieno carboxilado (BR) con aproximadamente un grupo carboxilo por 100 átomos de carbono en la cadena principal, la reticulación oxidativa combinada con la vulcanización tradicional de azufre puede impartir una mayor resistencia a la tensión. Esto se debe a que el compuesto se convierte en un elastómero de ionómero, 'donde los reticulares iónicos forman dominios a nanoescala.

22. Mezcla
Mejora de la dispersión de rellenos de refuerzo como el negro de carbono a través de mejores técnicas de mezcla puede mejorar la resistencia a la tracción. Al mismo tiempo, evite introducir impurezas o partículas grandes mal dispersas.
Al utilizar cuidadosamente las ayudas de procesamiento, se puede mejorar la dispersión de rellenos en el compuesto, aumentando así la resistencia a la tracción del compuesto.

23. Mezcla de fase
Se ha informado que para las mezclas SBR/BR, aumentar el contenido de negro de carbono en la tecnología de mezcla de fase SBR a través de fase puede reducir la resistencia a la tracción del compuesto.
Otros informes sugieren que para las mezclas de NR/BR, la tecnología de mezcla de fase puede aumentar el contenido de negro de carbono en la fase BR, mejorando así la resistencia a la tracción de la mezcla.
Sin embargo, algunos estudios han encontrado resultados diferentes. La investigación de Hess también encontró que si el negro de carbono se concentra en la fase NR, la resistencia a la tracción disminuirá significativamente.
En mezclas de caucho, agregar compatibilizantes efectivos (como copolímeros de Dibloque) puede mejorar la resistencia a la tracción del compuesto.
Los compuestos a menudo son combinaciones de varias gomas con diferentes parámetros de solubilidad, lo que resulta en fases continuas y discontinuas en la microestructura de la mezcla. La afinidad del negro de carbono para diferentes cauchos se informa de la siguiente manera:
Br> SBR> Cr> NBR> NR> EPDM> IR
a través de la tecnología de mezcla de fase, la distribución del negro de carbono en las diferentes fases se puede controlar efectivamente, optimizando así la resistencia a la tracción.

24. Mezclar
la mezcla de NR con polyoctenamer puede lograr una resistencia a la tracción relativamente alta, aunque no es tan alta como la del poliuretano.

25. CUMBRAS DE NR/IR
Aunque el alto peso molecular tiene un impacto positivo en la resistencia a la tracción y el alargamiento en la rotura, la cristalización inducida por la tensión en el caucho de isopreno (IR) y el caucho natural (NR) de alto CIS puede mejorar significativamente estas propiedades.

26. Las mezclas NR/EPDM
que usan un sistema combinado de vulcanización de azufre/peróxido para vulcanizar las mezclas NR/EPDM pueden mejorar las propiedades. El caucho natural imparte mayor resistencia a la tracción al compuesto.

27. Mezclas NBR/PVC
Se ha informado que agregar lentamente una cierta cantidad de elastómero de poliuretano procesable a los compuestos basados ​​en NBR/PVC puede mejorar efectivamente la resistencia a la tracción.
Otro informe sugiere que agregar SBR 4503 (un polímero de emulsión polimerizado térmicamente que contiene 30% de estireno por fracción de masa, reticulado con divinilbenceno) a mezclas NBR/PVC puede mejorar la resistencia a la tracción.

28. TPV (vulcanizados termoplásticos)
La resistencia a la tracción de los vulcanizados termoplásticos (TPV) se deriva de la fase de caucho altamente reticulada. El TPV preparado por vulcanización dinámica contiene una fase de goma con alta densidad de reticulación, lo que resulta en alta resistencia a la tracción.
En TPV, la fase de goma reticulada debe consistir en partículas extremadamente finas con un diámetro de menos de 1 µM para contribuir positivamente a la resistencia a la tracción. Estas partículas reticuladas deben dispersarse uniformemente en toda la fase de la matriz. Por lo tanto, para los compuestos de TPV, es esencial seleccionar aquellos con partículas de caucho finamente dispersas para mejorar la resistencia a la tracción.
Los elastómeros termoplásticos a menudo son anisotrópicos, especialmente aquellos moldeados por inyección a altas tasas de corte, y su resistencia a la tracción depende de la dirección del flujo de procesamiento.

29. Polvo de goma
Si se usa el polvo de goma como relleno, se debe seleccionar el polvo de goma de alta malla para evitar una reducción significativa en la resistencia a la tracción. Cuanto más fino son las partículas de polvo de goma, menos se reduce la resistencia a la tracción.
Evite usar polvo de neumático de goma molido (GRT) en compuestos de neumáticos, ya que puede reducir significativamente la resistencia a la tracción. Además, los tamaños de partículas más grandes de polvo de goma causan una reducción más severa en la resistencia a la tracción.

30. Rellenos
para rellenos como negro de carbono o sílice, seleccionar tamaños de partículas más pequeños y áreas de superficie más altas pueden mejorar efectivamente la resistencia a la tracción.
Considere usar una pequeña cantidad de nanotubos de carbono y garantizar que su dispersión uniforme mejore significativamente la resistencia a la tracción.
Los nanoclays (p. Ej., Montmorillonita) modificados con tensioactivos orgánicos pueden mejorar la resistencia a la tracción de los compuestos EPDM.
La selección adecuada de nanoclays, como la montmorillonita modificada, puede mejorar la resistencia a la tracción de los compuestos de caucho natural.

31. Negro de carbono
Para garantizar una buena dispersión del negro de carbono, su carga debe optimizarse para mejorar la resistencia a la tracción. Los negros de carbono de tamaño de partícula más pequeño tienen cargas óptimas más bajas. Aumentar la superficie del negro de carbono y mejorar su dispersión a través de ciclos de mezcla extendidos puede mejorar la resistencia a la tracción.
Agregar látex de negro de carbono dispersado al molino de bola al látex de goma natural antes de la coagulación y la mezcla posterior da como resultado una mayor resistencia a la tracción en comparación con agregar directamente el negro de carbono a una batidora interna.
Reemplazar una pequeña cantidad de negro de carbono con nanotubos de Halloysite, al tiempo que garantiza la dispersión uniforme, puede mejorar tanto la resistencia a la tracción como el alargamiento en el descanso.

32. SELICIA DE SELICA
La sílice precipitada con una superficie alta puede mejorar efectivamente la resistencia a la tracción. Si se usa sílice tratada con agentes de acoplamiento de silano, la resistencia a la tracción se puede mejorar aún más.

33. Paper de los rellenos no reforzados
para lograr una alta resistencia a la tracción, se debe evitar el uso de rellenos no reforzados o inertes como arcilla, carbonato de calcio, talco, tiza y arena de cuarzo.

34. Arcilla
Para mejorar la resistencia a la tracción de los compuestos llenos de arcilla, es aconsejable tratar la arcilla con agentes de acoplamiento de silano.

35. El papel de los aceites
para lograr una alta resistencia a la tracción, el uso de plastificantes debe minimizarse.

36. Sulfur
en la vulcanización de los compuestos NBR, el azufre tradicional es difícil de dispersar de manera uniforme. Por lo tanto, el uso de azufre tratado con carbonato de magnesio en gomas polares como NBR puede mejorar la dispersión. La mala dispersión de los agentes vulcanizantes puede afectar severamente la resistencia a la tracción.

37. Los aceleradores de vulcanización
aseguran que el tamaño de partícula de los aceleradores sea suficientemente pequeño (menos de 100 µm) para evitar impactos negativos significativos en la resistencia a la tracción.
Si los productos químicos de caucho con altos puntos de fusión (por ejemplo, MBTS, que se derriten a 167-179 ° C, típicamente más altas que la temperatura de descarga de un mezclador interno) no están finamente molidos, pueden reducir la resistencia a la tracción y afectar la vida útil de los productos de caucho de los productos de caucho . Esto se debe a que las partículas grandes de aceleradores pueden conducir a una distribución heterogénea de la red reticulada. Algunos informes también sugieren que las partículas acelerador excesivamente pequeñas pueden reducir la resistencia a la tracción en aproximadamente un 10%.
Considere el uso de aceleradores de grado de laboratorio como el disulfuro de BIS (diisopropilfosforilo) (DIPDIS), que, cuando se usa sinérgicamente con aceleradores de tiazol, puede proporcionar compuestos NR con mayor resistencia a la tracción.

38. Redes reticuladas de polisulfuro
que utilizan un sistema de vulcanización convencional da como resultado una red reticulada dominada por enlaces de polisulfuro, mientras que un sistema de vulcanización eficiente (EV) produce una red dominada por monosulfuro y enlaces disulfuro. El primero puede proporcionar una mayor resistencia a la tracción en el complejo.

39. Vulcanización de caucho de cloropreno
para compuestos de caucho de cloropreno, utilizando etileno tiourea como agente vulcanizante asegura los requisitos apropiados de seguridad y salud al tiempo que mejora la resistencia a la tracción.

40. La vulcanización de peróxido
que reemplaza los compuestos de peróxido tradicionales mezclados con rellenos inerte con peróxidos de tipo Masterbatch puede mejorar su dispersión en el compuesto, lo que lleva a propiedades físicas más uniformes.
El acrilato de zinc, como agente de reclutamiento conjunta (por ejemplo, SARET® 633), a veces se usa en los sistemas de vulcanización de peróxido para mejorar la resistencia a la tracción.
Para los sistemas de vulcanización de peróxido, el uso de agentes de reclutamiento conjuntos para aumentar la insaturación del sistema puede mejorar la densidad del reticulación. Esto se debe a que la abstracción de hidrógeno domina la reticulación en polímeros saturados, mientras que la reticulación radical es más eficiente en los sistemas insaturados. Los agentes de reclutamiento conjuntos pueden introducir diferentes tipos de redes reticuladas, mejorando así la resistencia a la tracción.

41. Antioxidantes
En muchos casos, agregar antioxidantes temprano en el ciclo de mezcla puede mitigar efectivamente los efectos de la mezcla sobre la estructura y el peso molecular del compuesto.

42. Resinas en
el relleno no reforzado, compuestos SBR, NBR o CR de baja carga, la adición de 15-25 partes (en peso) de resinas de hidrocarburos, como la resina de alquitrán de carbón, puede mejorar efectivamente la resistencia a la tracción.

43. Orientación
Las propiedades de tracción del caucho vulcanizado, especialmente los elastómeros termoplásticos, están significativamente influenciadas por la orientación y la anisotropía.

44. Red de reticulación dual
Cuando se estiran los plásticos durante el procesamiento, la orientación y la anisotropía. Al enfriarse por debajo de la temperatura de fusión o la temperatura de transición de vidrio, se mejoran las propiedades anisotrópicas.
Sin embargo, el caucho se comporta de manera completamente diferente. Por lo general, cualquier orientación inducida durante el procesamiento disminuye y desaparece una vez que se completa el proceso.
Sin embargo, la 'red de reticulación dual' durante la vulcanización es un método para introducir una orientación permanente en el compuesto.
Primero, se forma una red primaria a través de la vulcanización ligera o parcial. Este compuesto ligeramente vulcanizado se extiende a una alargamiento α0, seguido de una mayor vulcanización. Después de la segunda vulcanización, se libera el compuesto. Durante esta versión, la red de reticulación secundaria evita que la red primaria se retraiga, lo que resulta en una alargamiento residual αR en el caucho vulcanizado. En comparación con las redes de reticulación tradicionales de una sola capa, las muestras en forma de mancuernas cortadas a lo largo de la dirección de estiramiento exhiben una mayor resistencia a la tracción.

45. Fibras
entre varias fibras utilizadas para mejorar la resistencia a la tracción, fibras lignocelulósicas no renovables con una relación de aspecto en el rango de 100: 1 a 200: 1, tratadas con adhesivos de resorcinol-formaldehyde-vinilpiridina, son una buena opción. Se ha informado que agregar fibras de aramida al compuesto puede mejorar efectivamente la fuerza.

46. ​​Ionómeros
En compuestos EPDM sulfonados por metales, la adición de estearato de zinc como ionómero puede mejorar significativamente la resistencia a la tracción, incluso comparable a los elastómeros de poliuretano.

47. Red de reticulación iónica
Se ha informado que los compuestos reticulados iónicamente exhiben una mayor resistencia a la tracción porque los puntos de reticulación pueden deslizarse y moverse sin ser destrozados.

48. Cristalización de estrés
que incorpora el caucho natural y el caucho de cloropreno en el compuesto ayudará a mejorar la resistencia a la tracción.

Conclusión

El artículo proporciona una introducción detallada a 48 métodos para mejorar la resistencia a la tracción de los materiales de caucho, que cubre varios aspectos, como seleccionar elastómeros adecuados, optimizar los procesos de vulcanización, mejorar la dispersión de relleno y usar aditivos especiales. Estos métodos son aplicables no solo para materiales de caucho comunes como caucho natural, caucho de cloropreno y caucho de nitrilo, sino también para gomas especializadas como el poliuretano y el caucho de silicona. En aplicaciones prácticas, los ingenieros deben considerar de manera integral varios factores basados ​​en requisitos específicos para lograr los mejores resultados de mejora de la resistencia a la tracción.

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