本质上，硫化是一种化学过程，可将柔软、粘稠的天然橡胶转化为耐用、有弹性的、非常有用的材料。通过将生橡胶与硫和其他硫化剂加热，在分子水平上发生根本性变化，从而产生一种坚固、柔韧且耐温变的产物。
生天然橡胶因过于脆弱且不稳定，无法满足大多数实际应用。硫化通过使用硫在橡胶分子之间创建化学“桥梁”，将它们锁定在坚固、有弹性的结构中，从而解决了这个问题。
生天然橡胶的问题
要理解硫化为何如此重要，我们首先必须看看橡胶在自然状态下的局限性。
粘稠且不稳定的材料
生天然橡胶，或称乳胶，是一种粘稠、脆弱的物质。它在高温下会变软变粘，在低温下会变脆，因此在任何需要稳定性的应用中都不可靠。
分子视角
在微观层面，天然橡胶由长而缠结的聚合物链（聚异戊二烯）组成。这些链没有化学连接，很容易相互滑动，这就是为什么材料如此容易变形且缺乏强度的原因。
硫化如何改变材料
这个过程由查尔斯·固特异（Charles Goodyear）著名地完善，它引入了一种化学变化，永久地改善了这些性能。
引入硫交联
关键成分是硫。当与橡胶一起加热时，硫原子会插入长聚合物链之间，形成称为交联的强化学键。
创建分子“网”
您可以将这些硫交联视为连接两条长侧轨（聚合物链）的梯子的横档。这会创建一个单一的、统一的分子网络或“网”。链条不再能自由滑动。
所得性能
这种新的分子结构赋予了硫化橡胶其备受赞誉的特性。该材料现在已固定为稳定、永久的形态。
转化的实际益处
从松散的聚合物链集合转变为交联网络，带来了性能上的巨大提升。
提高耐用性
分子网使橡胶更坚固、更耐磨。它可以抵抗撕裂和磨损，因此非常适合汽车轮胎和鞋底等产品。
卓越的弹性
虽然交联阻止了链条永久滑动，但它们仍然允许链条拉伸和展开。当力被移除时，交联会将链条拉回其原始位置，赋予橡胶其标志性的弹性。
耐温性
硫化使橡胶在各种温度下都更加稳定。它不再在高温下变得粘稠，在低温下变得易碎，使其成为发动机软管、密封件和户外设备的可靠材料。
可模塑性，便于制造
该工艺允许将柔软、柔韧的生橡胶在模具中成型——例如用于橡胶靴——然后进行硫化。加热过程会固化橡胶，并将其永久固定在该特定的、耐用的形状中。
理解权衡
尽管具有革命性，但该过程并非没有折衷。真正的理解需要承认其局限性。
这是一个不可逆的过程
一旦橡胶硫化，就无法像热塑性塑料那样将其熔化并轻松重塑。化学交联是永久性的，这使得回收更加复杂。
失去天然粘性
使生橡胶在最终产品中存在问题的粘性，在制造过程中用于堆积层时实际上是有用的。硫化永久消除了这种粘性。
过度硫化会变脆
该过程必须仔细控制。添加过多的硫或加热时间过长会导致产生过多的交联，使橡胶变硬变脆，而不是坚固且有弹性。
如何应用这些理解
认识到硫化背后的“为什么”，有助于您更好地理解日常互动中无数物体的特性。
- 如果您的主要关注点是产品耐用性：将硫化视为鞋底可以弯曲数千次而不断裂，以及汽车轮胎能够承受巨大摩擦的原因。
- 如果您主要关注材料科学：将此过程理解为将天然聚合物转化为高性能热固性弹性体的基本方法。
- 如果您主要关注设计和制造：认识到硫化是使柔性原材料能够永久模塑成特定、有弹性的形状的关键，从简单的 O 形圈到复杂的靴子。
最终，硫化是释放橡胶巨大潜力的化学钥匙，将一种天然原料转化为现代世界不可或缺的材料。
摘要表：
| 生橡胶的性能 | 硫化的效果 | 所得益处 |
|---|---|---|
| 脆弱且粘稠 | 硫创建交联 | 提高耐用性和强度 |
| 缺乏弹性 | 形成分子“网” | 卓越的弹性和回弹力 |
| 温度不稳定 | 锁定聚合物链 | 耐温性 |
| 无法保持形状 | 在模具中永久固化 | 可模塑性，便于制造 |
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