Semua jenis produk karet memiliki sifat-sifat berguna dan persyaratan proses yang spesifik. Untuk memenuhi persyaratan fisiknya, perlu dipilih polimer dan agen pencampur yang paling sesuai untuk desain formulasi yang rasional. Langkah pertama adalah memahami hubungan antara desain formulasi dan sifat fisik karet vulkanisasi. Sifat fisik karet vulkanisasi sangat berkaitan dengan desain formula, dan jenis serta jumlah bahan yang digunakan dalam formula akan menghasilkan perbedaan dalam kinerja.

1. Kekuatan tarik

Kekuatan tarik adalah kemampuan batas dari suatu benda untuk menahan kegagalan tarik. Ini adalah salah satu indikator penting dari produk karet. Umur banyak produk karet langsung terkait dengan kekuatan tarik. Misalnya, ketahanan karet pelapis dan peredam getaran karet dari sabuk konveyor meningkat dengan peningkatan kekuatan tarik.

Kekuatan tarik berkaitan dengan struktur karet, dan ikatan sekunder dari interaksi antar molekul lebih kecil ketika jumlahnya lebih sedikit. Oleh karena itu, ketika gaya eksternal lebih besar dari aksi antar molekul, akan terjadi geseran antar molekul dan bahan akan hancur. Sebaliknya, jika berat molekulnya besar, gaya antar molekul meningkat, kohesi bahan karet meningkat, dan segmen rantai tidak mudah meluncur saat diregangkan, sehingga tingkat kerusakan bahan lebih kecil. Semua faktor lain yang mempengaruhi gaya antar molekul juga memengaruhi kekuatan tarik. Seperti NR/CR/CSM, rantai utama karet ini memiliki substituen kristalin, ikatan antar molekul sangat meningkat, dan kekuatan tariknya juga meningkat. Ini adalah salah satu alasan utama untuk kinerja penguatan diri yang baik dari karet-karet ini. Secara umum, kekuatan tarik karet meningkat dengan peningkatan kristalinitas. Kekuatan tarik juga terkait dengan suhu akar, dan kekuatan tarik pada suhu tinggi jauh lebih rendah dibandingkan dengan suhu ruang. Kekuatan tarik terkait dengan kerapatan silang. Dengan meningkatnya kerapatan silang, kekuatan tarik meningkat. Setelah nilai maksimum tercapai, kerapatan silang terus meningkat, dan kekuatan tarik menurun secara signifikan. Kekuatan tarik karet vulkanisasi menurun dengan meningkatnya energi ikatan silang. Dapat menghasilkan kristalisasi tarik dari karet alam, ikatan lemah mengalami patah awal, yang menguntungkan orientasi kristalisasi kunci utama, sehingga akan ada kekuatan tarik yang lebih tinggi. Melalui sistem vulkanisasi, penggunaan vulkanisasi belerang, pemilihan dan penggunaan akselerator, DM/M/D juga dapat meningkatkan kekuatan tarik, (kecuali untuk penguatan karbon hitam, karena pemanasan karbon hitam).

1. Hubungan antara kekuatan tarik dan pengisi

Agen penguat adalah salah satu faktor penting yang memengaruhi kekuatan tarik, semakin kecil diameter pengisi, semakin besar luas permukaan spesifik, semakin besar aktivitas permukaan, dan semakin baik kinerja penguatan. Karet vulkanisasi dari karet kristalin mengalami penurunan monoton karena merupakan karet non-kristalin yang menguatkan dirinya sendiri seperti stirena-butadiena. Dengan peningkatan dosis, kinerja penguatan meningkat dan penggunaan berlebihan akan menurunkan kinerjanya. Karet rendah dapat tetap tidak berubah seiring peningkatan jumlah hingga mencapai nilai maksimum.

2. Hubungan antara kekuatan tarik dan pelunak

Penambahan pelunak akan mengurangi kekuatan tarik, tetapi sedikit tambahan, umumnya di bawah 7 bagian pada mesin pelatihan terbuka, dan mesin pelatihan padat di bawah 5 bagian akan meningkatkan dispersi, yang bermanfaat untuk meningkatkan kekuatan tarik. Pelunak yang berbeda memiliki tingkat pengurangan kekuatan tarik yang berbeda. Secara umum, karet alam cocok untuk minyak nabati. Karet non-polar dengan minyak aromatik seperti SBR/IR/BR.. Seperti IIR/EPDM dengan minyak parafin, minyak naftena. DBP/DOP untuk NBR/CR. Hal-hal seperti itu.

Cara lain untuk meningkatkan kekuatan tarik termasuk mencampur karet dengan resin, modifikasi kimia karet, dan modifikasi permukaan pengisi (misalnya, cassia, dll.)

2. Kekuatan robek

Pemecahan karet disebabkan oleh perluasan cepat retakan atau celah pada bahan saat gaya diterapkan. Kekuatan robek tidak terkait langsung dengan peregangan. Dalam banyak kasus, robek tidak sebanding dengan peregangan. Secara umum, karet kristalin lebih kuat dalam robekan dibandingkan dengan karet non-kristalin. Kekuatan robek bergantung pada suhu. Selain karet alam, kekuatan robek pada suhu tinggi akan berkurang secara signifikan. Kekuatan robek karet yang diisi dengan karbon hitam dan karbon hitam putih jelas meningkat. Kekuatan robek juga terkait dengan sistem vulkanisasi. Ikatan polisulfida memiliki kekuatan robek yang lebih tinggi. Dosis belerang yang tinggi dan kekuatan robek yang tinggi. Tetapi terlalu banyak kandungan belerang akan secara signifikan mengurangi kekuatan robek. Penggunaan promotor yang memiliki kelurusan yang lebih baik menguntungkan untuk meningkatkan kekuatan robek.

Kekuatan robek terkait dengan sistem pengisian, dan berbagai pengisi penguat seperti karbon hitam, karbon hitam putih, putih brilian, oksida seng, dll., dapat menghasilkan kekuatan robek yang lebih tinggi. Beberapa agen pengikat seperti laurane dapat meningkatkan kekuatan robek. Kekuatan robek biasanya berkurang dengan penambahan pelunak. Seperti minyak parafin yang akan membuat kekuatan robek dari karet stirena butadiena sangat tidak menguntungkan. Dan minyak aromatik tidak banyak berubah. Seperti CM/NBR dengan plastik ester, dampaknya jauh lebih kecil dibandingkan dengan pelunak lainnya.

3. Stres dan kekerasan pada regangan konstan

Stres regangan konstan dan kekerasan adalah indikator penting dari kekakuan bahan karet. Mereka adalah gaya yang diperlukan untuk menghasilkan deformasi tertentu pada karet vulkanisasi. Kedua faktor ini terkait dengan deformasi tarik yang lebih besar. Korelasi antara keduanya cukup baik, dan hukum perubahan dasarnya hampir sama. Semakin besar berat molekul karet, semakin besar stres silang efektif pada regangan konstan. Untuk memperoleh stres yang telah ditentukan pada regangan konstan, kerapatan silang dapat ditingkatkan dengan tepat pada karet yang memiliki berat molekul relatif kecil. Setiap faktor struktural yang meningkatkan gaya antar molekul dapat meningkatkan kemampuan karet vulkanisasi untuk menahan deformasi. Seperti CR/NBR/PU/NR, dll., memiliki stres tarik yang lebih tinggi. Stres regangan konstan sangat dipengaruhi oleh kerapatan silang. Baik itu karet murni atau karet vulkanisasi yang diperkuat, dengan peningkatan kerapatan silang, stres regangan konstan dan kekerasan juga meningkat secara linier. Hal ini biasanya dicapai dengan menyesuaikan jenis agen vulkanisasi, akselerator, agen aktif, dll. Penggunaan belerang memiliki efek yang lebih signifikan dalam meningkatkan stres pada regangan konstan. Polisulfida bermanfaat untuk meningkatkan stres regangan tetap. Pengisi dapat meningkatkan stres regangan konstan dan kekerasan produk. Semakin tinggi kinerja penguatan dan semakin tinggi kekerasannya, semakin tinggi stres regangan konstan. Stres regangan konstan meningkat seiring dengan peningkatan kekerasan, semakin tinggi peningkatan pengisian. Sebaliknya, dengan peningkatan penggunaan pelunak, kekerasan menurun dan stres regangan konstan juga menurun. Selain meningkatkan agen penguat dan penggunaan resin fenolik alkil, kekerasan dapat mencapai 95 derajat, resin stirena tinggi. Menggunakan resin RS, akselerator H dan kekerasan sistem dapat mencapai 85 derajat, dll.

4. Ketahanan aus

Karakterisasi ketahanan aus adalah kemampuan vulkanisat untuk menahan kehilangan material akibat kerusakan permukaan di bawah pengaruh gaya gesekan. Ini adalah sifat mekanik yang sangat terkait dengan umur layanan produk karet. Bentuknya adalah:

1. Aus dan sobek, pada gesekan dengan permukaan benda kasar yang tajam dan tidak rata, terus-menerus memotong dan menggosok. Akibatnya, titik kontak pada permukaan karet terpotong dan sobek menjadi partikel kecil, yang jatuh dari permukaan karet dan membentuk aus. Kekuatan aus sebanding dengan tekanan dan berbanding terbalik dengan kekuatan tarik. Menurun seiring dengan peningkatan ketahanan balik.

2. Aus kelelahan, permukaan karet vulkanisasi yang bersentuhan dengan permukaan gesekan mengalami kompresi periodik, geseran, regangan, dan efek deformasi lainnya dalam proses yang berulang, menyebabkan kelelahan pada permukaan karet dan perlahan menghasilkan retakan mikro di dalamnya. Perkembangan retakan ini menyebabkan pengelupasan mikroskopis pada permukaan material. Aus kelelahan meningkat dengan peningkatan modulus elastis dan tekanan karet, dan meningkat dengan penurunan kekuatan tarik dan penurunan kinerja kelelahan.

3. Mengeriting dan aus. Ketika permukaan halus di bawah karet bersentuhan, akibat pengaruh gesekan, permukaan tidak rata dari karet vulkanisasi terdeformasi, dan sobek serta hancur, menghasilkan permukaan yang tergulung.

Ketahanan aus terkait dengan sifat mekanik utama dari vulkanisat. Dalam perancangan formula, perlu mencoba menyeimbangkan hubungan antara berbagai sifat. Secara umum, urutan ketahanan aus adalah NBR>BR>SSBR>SBR(EPDM)>NR>IR(IIR)>CR.

Ketahanan aus terkait dengan sistem pengikatan, dan jumlah silang yang tepat dapat meningkatkan ketahanan aus. Semakin banyak belerang tunggal, semakin baik ketahanan aus, yang merupakan alasan utama untuk ketahanan aus dari sistem vulkanisasi semi-efektif. Ketahanan aus dari CZ sebagai akselerator pertama lebih baik daripada akselerator lainnya, dan jumlah penguat yang terbaik akan meningkatkan ketahanan aus. Penggunaan pelunak yang tepat akan meminimalkan ketahanan aus. Seperti karet alam, karet stirena-butadiena dengan minyak aromatik.

Penggunaan antioksidan yang efektif dapat mencegah penuaan kelelahan. Meningkatkan dispersi karbon hitam dapat meningkatkan ketahanan aus.

Ketahanan aus dapat ditingkatkan secara signifikan dengan menggunakan agen perlakuan permukaan modifikasi.

Penggunaan pencampuran karet dan plastik untuk meningkatkan ketahanan aus, seperti penggunaan tintin dan polivinil klorida, untuk membuat kulit tekstil.

Ding Jing dan nilon ternary digunakan bersama, Ding Qing dan resin fenolik digunakan bersama.

Tambahkan pelumas padat dan bahan anti-gesekan. Misalnya, menambahkan grafit, molibdenum disulfida, nitrat silikon, dan serat karbon ke dalam komposisi karet butil dapat mengurangi koefisien gesekan dari karet vulkanisasi dan meningkatkan ketahanan ausnya.

5. Kelelahan dan Kegagalan Kelelahan

Fenomena perubahan struktur dan sifat material ketika vulkanisat dikenakan tegangan bergantian disebut kelelahan. Ketika kelelahan berlanjut, fenomena yang menyebabkan kegagalan material disebut kegagalan kelelahan.

1. Pengaruh struktur karet, karet dengan suhu transisi kaca yang rendah memiliki ketahanan kelelahan yang baik. Karet dengan gugus polar memiliki ketahanan kelelahan yang buruk. Karet dengan gugus besar atau gugus samping dalam molekul, karet dengan ketahanan kelelahan yang buruk dan urutan struktur yang teratur, mudah untuk polimerisasi menjadi kristalisasi, dan memiliki ketahanan kelelahan yang buruk.

2. Pengaruh sistem vulkanisasi karet, sistem vulkanisasi dengan belerang tunggal memiliki kinerja kelelahan minimal, ketahanan kelelahan yang baik, dan peningkatan jumlah agen pengikat akan mengurangi kinerja kelelahan karet vulkanisasi. Oleh karena itu, jumlah agen pengikat harus diminimalkan.

3. Pengaruh pengisi, semakin kecil kinerja penguatan pengisi, semakin kecil pengaruhnya, semakin besar jumlah pengisi, semakin besar pengaruhnya, pengisi harus digunakan sesedikit mungkin.

4. Pengaruh sistem pelunak, sebisa mungkin memilih pelunak dengan titik leleh rendah yang tidak kental; pelunak sebanyak mungkin, sebaliknya, pelunak dengan viskositas tinggi sebaiknya tidak digunakan, seperti tar pinus yang memiliki ketahanan kelelahan yang buruk, pelunak lipid memiliki ketahanan kelelahan yang baik.

6. Elastisitas

Properti paling berharga dari karet adalah elastisitasnya. Elastisitas tinggi berasal dari pergerakan molekul karet, yang sepenuhnya disebabkan oleh perubahan konformasi molekul yang terpelintir. Karet dapat segera kembali ke bentuk semula setelah gaya eksternal dihilangkan, yang disebut elastomer ideal. Interaksi antara molekul karet akan menghambat pergerakan segmen molekul, menunjukkan kekentalan atau viskositas. Oleh karena itu, karakteristik karet adalah gabungan antara elastisitas dan viskositas. Faktor-faktor yang mempengaruhi elastisitas antara lain ukuran deformasi, waktu aksi, suhu, dan lain-lain. Ketika interaksi antara molekul karet meningkat dan keteraturan rantai molekul tinggi, kristalisasi tarikan kemungkinan akan terjadi, yang berkontribusi pada peningkatan kekuatan dan menunjukkan elastisitas tinggi. Secara umum, elastisitas terbaik dimiliki oleh karet alam, diikuti oleh karet butil dan neoprena. Sementara karet butadiena-benzena dan butil memiliki elastisitas yang rendah.

Elastisitas berkaitan dengan kepadatan jalinan silang, dengan meningkatnya kepadatan jalinan silang, elastisitas karet vulkanisasi meningkat, dan nilai maksimumnya tercapai. Namun, ketika kepadatan jalinan silang terus meningkat, elastisitas mulai berkurang. Peningkatan derajat fluida yang tepat akan menguntungkan elastisitas. Penggunaan belerang dan CZ dalam kombinasi elastis tinggi dan penggunaan karet vulkanisasi dengan promosi D akan memberikan ketahanan lebih tinggi dan kehilangan histeresis kecil.

Elastisitas juga berkaitan dengan sistem pengisi, dan peningkatan kandungan gum adalah cara yang paling langsung dan efektif untuk meningkatkan elastisitas. Semakin baik penguatan yang diberikan, semakin tidak menguntungkan pengisian terhadap elastisitas.

Hubungan antara elastisitas dan pelunak. Pelunak berhubungan dengan kompatibilitas karet, dan semakin kecil kompatibilitasnya, semakin buruk elastisitasnya. Misalnya, karet alami dan cis-butyl, serta butil yang ditambah minyak parafin, lebih baik daripada yang ditambah dengan minyak naftena. Butyl mata plus DOP lebih baik daripada penggunaan minyak naftena dan minyak aromatik. Secara umum, pelunak akan mengurangi elastisitas karet, dan pelunak harus digunakan sesedikit mungkin.

7. Pemanjangan pada saat patah (elongasi)

Pemanjangan pada saat patah berkaitan dengan kekuatan tarik. Hanya dengan kekuatan tarik yang tinggi dan memastikan bahwa karet tidak rusak selama deformasi, akan ada pemanjangan yang lebih tinggi. Secara umum, dengan peningkatan stres dan kekerasan pada elongasi tetap, pemanjangan pada saat patah akan berkurang, ketahanan elastisitas meningkat, dan deformasi permanen berkurang. Karet dengan kandungan karet alam lebih dari 80% dapat mencapai pemanjangan pada saat patah hingga 1000%. Karet yang mudah mengalami aliran plastik selama deformasi juga memiliki pemanjangan yang lebih tinggi, seperti karet butil.

Pemanjangan pada saat patah berkurang dengan meningkatnya kepadatan jalinan silang. Dalam pembuatan produk dengan kekuatan tarik tinggi, derajat vulkanisasi tidak boleh terlalu tinggi, bisa sedikit mengurangi jumlah belerang atau mengurangi jumlah agen vulkanisasi. Meningkatkan jumlah pengisi akan mengurangi pemanjangan pada saat patah, dan semakin tinggi struktur agen penguat, semakin rendah pemanjangan pada saat patah.

Menambahkan jumlah pelunak dapat menghasilkan pemanjangan yang lebih besar pada saat patah.

Increasing the amount of softener can obtain a larger tear elongation.