У гумовій промисловості межа міцності на розрив є фундаментальною механічною властивістю. Цей експериментальний параметр вимірює граничну міцність вулканізованої гумової суміші. Навіть якщо гумовий виріб ніколи не наближається до його кінцевої міцності на розрив, багато користувачів гумових виробів все одно вважають це важливим показником загальної якості суміші. Таким чином, міцність на розрив є дуже загальною специфікацією, і хоча кінцеве використання конкретного продукту має мало спільного з нею, розробникам часто доводиться робити все можливе, щоб відповідати їй.

1. Загальні принципи

Щоб отримати найвищу міцність на розрив, зазвичай слід починати з еластомерів, де можлива кристалізація, викликана деформацією, наприклад NR, CR, IR, HNBR.

2. Натуральний каучук NR

Клеї на основі натурального каучуку зазвичай мають вищу міцність на розрив, ніж неопренові клеї. З різних марок натурального каучуку найвищу міцність на розрив має фум-плівка №1. Було повідомлено, що принаймні у випадку сполук, наповнених сажею, плівка диму № 3 забезпечує кращу міцність на розрив, ніж плівка диму № 1. Для сумішей натурального каучуку слід уникати хімічних пластифікаторів (пластизолу), таких як біфеніламідотіофенол або пентахлортіофенол (PCTP), оскільки вони знижують міцність суміші на розрив.

3. Хлоропрен CR

Хлоропрен (CR) — кристалічний каучук, що викликається деформацією, який забезпечує високу міцність на розрив за відсутності наповнювачів. Насправді міцність на розрив іноді можна збільшити шляхом зменшення кількості наповнювача. Вищі молекулярні ваги CR дають вищу міцність на розрив.

4. Нітрильний каучук NBR

NBR з високим вмістом акрилонітрилу (ACN) забезпечує вищу міцність на розрив. NBR з вузьким розподілом молекулярної маси забезпечує більш високу міцність на розрив.

5. Вплив молекулярної маси

Завдяки оптимізації використання NBRs з високою в’язкістю меніска та високою молекулярною масою забезпечує вищу міцність на розрив.

6. Карбоксильовані еластомери

Розгляньте можливість заміни некарбоксильованого NBR на карбоксильований XNBR і некарбоксильованого HNBR на карбоксильований XHNBR, щоб покращити міцність на розрив сполуки.

Карбоксильований NBR з відповідною кількістю оксиду цинку забезпечує вищу міцність на розрив, ніж звичайний NBR.

7. EPDM

Використання напівкристалічного EPDM (з високим вмістом етилену) забезпечує вищу міцність на розрив.

8. Реактивний EPDM

Заміна немодифікованого EPDM на 2% (масова частка) модифікованого малеїновим ангідридом EPDM у суміші з NR збільшує міцність на розрив сполук NR/EPDM.

9. Гелі

Синтетичні гелі, такі як SBR, зазвичай містять стабілізатори. Однак при змішуванні сполук SBR при температурах вище 163°C можуть утворюватися як пухкі гелі (які можна змішати), так і щільні гелі (які не можна змішати та нерозчинні в певних розчинниках). Обидва типи гелю знижують міцність компаунда на розрив. Тому слід уважно ставитися до температури змішування SBR.

10. Вулканізація

Важливим способом отримання високої міцності на розрив є оптимізація щільності зшивання, уникнення недостатньої сульфурації, поствулканізації та уникнення утворення пухирців на гумі під час вулканізації через недостатній тиск або використання летких компонентів.

11. Вулканізація перепадом тиску

Для виробів, вулканізованих в автоклавах, утворення пухирів і, як наслідок, зниження міцності на розрив можна уникнути шляхом поступового зниження тиску до кінця вулканізації, це відомо як «вулканізація з падінням тиску».

12. Час і температура вулканізації

Довший час вулканізації при нижчих температурах призводить до утворення сітки з кількома сірковими зв’язками, вищої щільності зшивання сірки та, як наслідок, вищої міцності на розрив.

13. Міцність на розрив можна покращити за допомогою кращих методів змішування для покращення дисперсії армуючих наповнювачів, таких як сажа, уникаючи при цьому змішування домішок або великих недиспергованих компонентів.

14. Наповнювачі

Для таких наповнювачів, як сажа або кремнезем, вибір невеликого розміру частинок із великою питомою поверхнею може бути ефективним у покращенні міцності на розрив. Слід уникати неармуючих або наповнювачів, таких як глина, карбонат кальцію, тальк, кварцовий пісок тощо.

15. Сажа

Щоб гарантувати, що сажа добре диспергується, її наповнення слід збільшити до оптимального рівня для підвищення міцності на розрив. Сажа з малим розміром частинок матиме низьку оптимальну кількість наповнення. Збільшення питомої поверхні сажі та покращення дисперсії сажі шляхом подовження циклу змішування може покращити міцність гуми на розрив.

16. Біла сажа

Використання осадженого кремнезему з високою питомою поверхнею може ефективно підвищити міцність на розрив компаунду.

17. Пластифікатори

Слід уникати пластифікаторів, якщо потрібна висока міцність на розрив.

18. Під час вулканізації сполук NBR звичайну вулканізацію складніше розподілити рівномірно, тому сірка, оброблена карбонатом магнію, буде краще диспергуватися в полярних сполуках, таких як NBR. Якщо вулканізуючий агент погано диспергований, це може серйозно вплинути на міцність на розрив.

19. Зшиваюча мережа з кількома сірковими зв’язками

У звичайних системах вулканізації в сітці зшивання переважають полісульфідні зв’язки; з EV мережа зшивання переважає одинарними та подвійними сульфідними зв’язками, перші з яких призводять до вищої міцності на розрив.

20. Іонні зшиваючі мережі

Іонні зшиті сполуки мають вищу міцність на розрив, оскільки точки зшитого зв’язку можуть ковзати і, отже, рухатися, не розриваючись.

21. Напруга кристалізації

Комбінація натурального каучуку та неопрену, що містить кристали стресу в клеї, допоможе збільшити міцність на розрив.