硫磺
它與生膠彈性體發生化學反應,在聚合物鏈之間形成交聯,從而產生尺寸更穩定、熱敏感度更低的產物。其成本相對較低,但其功能卻至關重要。它具有與橡膠製造商硫磺相同的不同粒度(細度),並且還可以添加少量油以減少處理過程中空氣中的灰塵。橡膠製造商硫磺是適合硫化橡膠的硫磺;其灰分含量低、酸性低、且足夠細,以進行充分的分散和反應。較細的顆粒尺寸,加上碳酸鎂塗層,有助於其在腈類彈性體中的分散。有時,隨著化合物中硫含量的增加,有些硫會慢慢浮到表面。例如,Heinisch 提到,硫含量低至約 1 phr(室溫下)就可能產生花粉。如果添加劑在加工溫度下完全溶解在聚合物中,但在冷卻時僅部分溶解並聚集在聚合物塊的表面上,就會發生噴霜現象。在這種情況下,可以使用高度「聚合」(無定形)形式的硫,稱為不溶性硫,來減少這一問題,儘管在化合物中分散可能更加困難。雖然白化一般不會影響產品的性能但是從美學上來說卻是不美觀的。在未固化的化合物中,起霜可以降低建築作業所需的黏性(例如將未固化的橡膠片疊放在一起以獲得更厚的片材)。
氧化鋅和硬脂酸
這兩種材料與硫磺和促進劑一起構成了配方的「固化系統」。氧化鋅與硬脂酸反應生成硬脂酸鋅(在某些情況下,使用硬脂酸鋅代替氧化鋅和硬脂酸),並與促進劑一起加速硫硫化發生的速度。僅使用硫磺,固化過程可能需要幾個小時。採用這種固化系統,可以將時間縮短至幾分鐘。
氧化鋅 + 硬脂酸 --> 硬脂酸鋅
促進劑
促進劑(不要與催化劑混淆,催化劑在化學反應結束時仍然完全可用)通常被理解為有機化學物質,顧名思義,它可以加快硫化義,它可以加快化學物質速度。有些具有內建的延遲時間,因此在固化過程開始時對化合物施加熱量時,在指定的初始時間段內不會發生硫化(交聯)。它們被恰當地稱為延遲作用加速器。磺胺類藥物就是一個例子。如果化合物需要很長時間才能完全填充加熱模具中的空腔,則這種延遲非常有益。
一些促進劑能夠從其自身的化學結構中提供硫,因此在配方中對元素硫的需求可能會減少或消除。它們被稱為硫磺供體。硫供體提供單硫化物交聯,從而賦予改進的壓縮變形和耐熱性。
橡膠混煉商還需要考慮在混煉前儲存原料期間化學品的保質期
其他交聯絡系統
過氧化物:過氧化物適用於固化橡膠,但不建議用於某些彈性體,例如 IIR 或 CIIR。過氧化物可用於固化許多彈性體,因為與硫不同,它們不需要聚合物中的不飽和鍵。因此,它們可用於固化醚型聚氨酯、某些氟彈性體、有機矽以及所前面提到的飽和彈性體。過氧化物也可用於交聯 CR。
儘管過氧化物不像硫磺那麼受歡迎,但它在橡膠配方中佔有獨特的地位,並且是矽橡膠的主要固化劑。在基本的橡膠化合物配方中,氧化鋅、硬脂酸、硫磺和促進劑都可以被單一材料過氧化物取代。在化合物配方中必須小心謹慎,以避免與氧化物發生不必要的相互作用。例如這適用於抗氧化劑的選擇。 硫化過程中(例如在熱風爐或高壓釜固化中)應避免與氧氣(空氣)接觸。 硫磺體系中常見的某些成分不屬於固化體系,但它們會與過氧化物固化體系中的過氧化物相互作用從而乾擾固化。使用過氧化物作為固化劑可以帶來一些優點。首先,硫化膠的耐熱老化性能得到改善,因此溫度上限可以稍微提高一些,或延長其使用壽命。壓縮變形也得到了改善。另一方面,拉伸強度、撕裂強度、抗拉強度、抗撕裂強度疲勞(持續彎曲等動態變形)壽命降低。有時也會對過氧化物固化的硫化橡膠進行後固化(在模具外繼續固化),以完成固化並去除不需要的副產品。
可以透過添加稱為助劑的化學物質來增加過氧化物固化化合物的交聯密度,其中甲基丙烯酸酯就是一個很好的例子。這會導致更高的固化程度,並改善壓縮變形等性能。
電子束固化:電子束的使用在整個行業中並不廣泛,這種工藝在輪胎的部分交聯組件中找到了用武之地,作為輪胎生產的輔助手段,使用的輻射劑量約為四兆拉德。
抗氧化劑、抗老化劑和抗降解劑
在人體中,自由基(在老化過程中發揮作用)被抗氧化劑(以某些維生素的形式)中和。同樣,抗氧化劑對於保護其他有機材料(如大多數彈性體)免於老化也是必需的。許多硫化橡膠老化後會變脆。老化可能是由氧氣的破壞引起的量會加速老化。抗氧化劑的作用是減緩此過程,並可作為自由基清除劑。與促進劑一樣,抗氧化劑有很多種,可分為多個化學類別。 化學家在選擇抗老化劑時也需要小心,例如,在淺色化合物中或當產品與不能容忍污漬的表面接觸時家也需要注意一些抗氧化劑的揮發性(如果在化合物的高溫混合過程中蒸發,材料就沒有多大用處)。一些抗氧化劑在涉及產品高水平彎曲的應用中表現出色(抗彎曲開裂抗氧化劑)。
填充物
本節解釋為什麼這麼多橡膠產品是黑色的。這不僅僅是將黑色放入其中那麼簡單。雖然天然橡膠和氯丁橡膠的固化生膠彈性體具有較高的機械強度,但大多數橡膠在硫化時強度較低,需要添加補強填料。顧名思義,它具有增強作用,結果是增加硫化橡膠的機械強度(例如拉伸強度和抗撕裂強度),並增加剛度。添加填料會增加固化產品的硬度。並非所有填料都是一樣的,因此,其增強效果存在從非常高到非常低的範圍,這與填料顆粒的主要尺寸相對應,從提供效果的約10奈米(對於非常細的顆粒炭黑而言)到提供低增強效果的大於300奈米(對於某些碳酸鈣而言)而言。使用後者可降低複合成本。填料顆粒的形狀和表面化學性質在增強過程中也起著重要作用。一些常用的填料依增強作為:炭黑和二氧化矽、黏土和白堊(碳酸鈣,也稱為白堊)。
炭黑
這是一種對橡膠工業具有重要意義的材料,因此我們在市場上看到的大多數橡膠產品都是黑色的也就不足為奇了。我們已經取得了很大進展,不再只是從冒煙的油火中收集碳,而是產生了一種叫做燈煙的物質。下一個歷史性步驟是將在鐵槽中燃燒,然後刮掉碳,以產生一種名為槽黑的高增強材料。目前該種炭黑在橡膠工業的應用及供應來源都比較有限,且成本較高。目前生產炭黑有兩種常見的方法。在矽磚爐中加熱天然氣以形成氫和碳,產生一種稱為熱裂炭黑增強材料。或者,如果我們不完全燃燒重質石油餾分,那麼就會產生爐黑。