硫磺在橡胶中的作用

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硫磺在橡胶中的作用

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硫磺在橡胶工业中扮演着至关重要的角色。从最初的橡胶硫化技术到现代各种硫磺的广泛应用，硫磺不仅改变了橡胶的性能，也推动了整个橡胶工业的发展。本文将为您详细介绍硫磺在橡胶中的作用及其重要性。

硫磺在橡胶中的作用机制

硫磺在橡胶中主要起到硫化作用。在硫化过程中，橡胶分子由线型结构转变为网状结构。这种转变是通过硫化剂使橡胶分子链发生交联来实现的。橡胶交联的机理及交联键的性质随硫化体系的不同而异。

绝大部分不饱和橡胶以及三元乙丙橡胶、乙烯基硅橡胶和不饱和度大于2%（克分子）的丁基橡胶均可用硫黄硫化。在硫化的若干理论中，硫黄硫化机理是比较复杂的。

橡胶的硫化是一复杂的化学反应过程。在硫化过程中，橡胶分子由线型结构转变为网状结构。这种转变一般是通过硫化剂使橡胶分子链发生交联来实现的。橡胶交联的机理及交联键的性质随硫化体系的不同而异。绝大部分不饱和橡胶以及三元乙丙橡胶、乙烯基硅橡胶和不饱和度大于2%（克分子）的丁基橡胶均可用硫黄硫化。在硫化的若干理论中，硫黄硫化机理是比较复杂的。

硫磺与橡胶的历史渊源

橡胶作为一种古老的材料很早就为祖先所使用，那时橡胶大都只能用于黏合剂和制作防水服。因为橡胶有一个致命的缺点，就是对温度过于敏感。温度稍高它就会变软变粘，而且有臭味；温度一低它就会变脆变硬。

1834年夏天，固特异参观了纽约的印第安橡胶公司，他了解到橡胶的这种性质困扰着整个橡胶工业，但橡胶同时具有高弹性、可塑性、耐用、防水、绝缘等一系列优异性质，因而固特异决心研究橡胶的改性。1839年1月固特异偶然把橡胶、氧化铅和硫黄放在一起加热并得到了类似皮革状的物质。这种物质不像通常知道的弹性橡胶会在较高的温度下分解。固特异经过一系列改良，最终确信他所制备的这种物质不会在沸点以下的任何温度分解，“橡胶硫化技术”问世了。所以说正是由于固特异这个无意间的发现，使得橡胶的性能得到改善，在固特异去世后的38年以后，为了纪念查尔斯。固特异对美国橡胶工业做出的巨大贡献，弗兰克。克伯林把自己创建的轮胎橡胶公司命名为——固特异，目前已是世界前三大轮胎制造商之一。

硫磺的分类

在橡胶工业中使用的硫磺有硫黄粉、不溶性硫黄、胶体硫黄、沉淀硫黄、升华硫黄、脱酸硫黄和不结晶硫黄。其中前三种比较常用。

硫黄粉：将硫黄块粉碎筛选而得，是橡胶工业中使用最广泛的一种硫黄。
不溶性硫黄：硫的均聚物，又称聚合硫。其最大的优点是制品不易喷霜，广泛应用于高档钢丝子午线轮胎等橡胶制品中。
胶体硫黄：硫黄粉或沉降硫磺与分散剂一起研磨而制成的糊状物。主要用于乳胶制品。

硫磺在橡胶制品中的作用

传统的橡胶要具有优良的使用性能，必须要从线型大分子链通过交联作用形成三维网络空间结构。交联过程通常也被称为橡胶的硫化，就是因为最初的交联是用硫黄实现的。橡胶经过硫化之后，随着结构发生改变，性能也发生了变化：橡胶受热不再流动，不再溶于它的良溶剂，模量和硬度提高，力学性能提高，耐老化性能和化学稳定性提高。因此说，只有发现硫黄了之后，橡胶才成为了一种性能优良、应用广泛的高分子材料。

当然，硫黄在橡胶中形成硫化网络还需要配合活性剂、促进剂等其他配合剂才能组成完整的硫化体系，而且随着橡胶工业的发展，人们对橡胶制品的性能提出了更高的要求，因此，硫黄的种类和替代品也在逐渐被研制和生产中。

影响硫化工艺过程的主要因素

硫磺用量：其用量越大，硫化速度越快，可以达到的硫化程度也越高。硫磺在橡胶中的溶解度是有限的，过量的硫磺会由胶料表面析出，根据橡胶制品的使用要求,硫磺在软质橡胶中的用量一般不超过3%，在半硬质胶中用量一般为20%左右，在硬质胶中的用量可高达40%以上。
硫化温度：若温度高10℃，硫化时间约缩短一半。由于橡胶是不良导热体，制品的硫化进程由于其各部位温度的差异而不同。
硫化时间：这是硫化工艺的重要环节。时间过短，硫化程度不足（亦称欠硫）。时间过长，硫化程度过高（俗称过硫）。只有适宜的硫化程度（俗称正硫化），才能保证最佳的综合性能。