橡胶配方设计第三章

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Peak: 342.2 °C
Mass Change: -13.22 %
DTG /(%/min) 0 -1 -2
-3
Mass Change: -48.84 %
-4
Peak: 454.6 °C
Residual Mass: 32.86 % (699.3 °C)
-5
200
300
400
500
600
Temperature /°C
(1)粒径小,比表面积大,物理结合点多,动态变 形中摩擦(填料与填料、填料与链段之间)产生滞 后损耗大。
(2)随CB用量增加,其tgδ和E’ 、E”均会提高。片 状填料有较佳的阻尼性质。
Ch6 电绝缘橡胶
高压电线电缆、护套,电子配件 表征方法:绝缘电阻、电阻率(大好)
介电常数(小好) 介电损耗(小好) 击穿电压(大好) 一.橡胶的选择 非极性饱和度高的橡胶:VMQ、IIR、EPDM
第三章 特种橡胶及功能性材料
• 随着高分子科学的发展以及工业需求量的增加,特 种橡胶的应用越来越广泛,赋予橡胶制品特殊的性 能,满足特定使用环境的要求。
• 功能橡胶:阻燃、导电、磁性、吸水膨胀等
Ch1、耐热橡胶
Temperature oC
Temperature in the Engine Compartment over last 25 Years 近25年汽车发动机舱温度变化
SBR/BR并用胶的模量与温度的关系
二、硫化体系 (1)C-SX-C>C-S-C>C-C (2)S用量增大,耐寒性差 采用高硫低促,对于结晶橡胶可提高交联密度; 对于非结晶橡胶可降低交联密度。
三、合理的软化增塑体系提高耐寒性 软化剂降低分子间作用力,降低形变时所产生
的应力,显著降低脆性温度,提高耐寒性能。 癸二酸酯和邻苯二甲酸酯 二丁酯>二辛酯 凝固点低的软化剂降低Tg
ZnO 5
常采用低硫高促并用DCP交联。
SA 2 石蜡 1
(2)增加填充剂用量时有助于提高耐
SRF 60
油性能,以CB为主,并用BaSO4
DOP 10
CaCO3 CaSiO3;
古马隆 5
(3)选用粒径小的补强剂,定伸应力大; CaCO 10
(4)分子量大的软化剂对耐油性好
3促T.T 0.5
软化剂用量大、硬度低、定伸
四、填料少用或不用,选用软质或球形填料
各种增塑剂对NBR耐寒性的影响
增塑剂
空白 邻苯二甲酸二辛酯 邻苯二甲酸二丁酯 邻苯二甲酸丁基·月桂
酯 邻苯二甲酸丁基·苄酯
磷酸三苯甲酯
脆性温度Tb /℃
Байду номын сангаас
增塑剂
脆性温度Tb /℃
-29.5
磷酸三苯酯
-30
-37.5
己二酸二辛酯
-43
-37.5
壬二酸二辛酯
-44.7
A
耐热输送带覆盖胶
SBR1500 100
ZnO 10
SA
2
防D 1.5
HAF 30
SRF 50
10#机油 8
古马隆树脂 6
松焦油 5
促TMTM 1
促DM 1.5
促T.T
2
S
0.5
耐热胶管
EP35 100
ZnO 8
SA 2
FEF 120
环烷油 50
芳烃油 30
促M 1
促T.T 1
S
1
Ch2 耐寒橡胶
-42
癸二酸二辛酯
-49
-37
癸二酸丙二醇酯
-36.5
-29.5
液体古马隆
-27.5
• 橡胶的耐寒系数采用室温(25℃)下的形变值 ε25与指定温度下的形变值εi之比来表示,耐寒 系数K为: K = εi / ε25
• 显然,当温度接近Tg 时,与室温下形变值相比, 接近Tg 的形变值很小,K值接近于零。加入增 塑剂可使高弹态的范围向低温方向扩展。
粘弹谱仪:tgδ =E”/E’ ,其中tgδ :力学损耗 E’:弹性模量(储存模量),E”:损耗模量
阻尼C:应力/松弛速度
二、胶种选择
IIR、NBR、Q(高阻尼时用,动态疲劳时生热 大,影响制品的老化性能和动态性能)
NR、BR(低阻尼,生热低,蠕变小)
三、硫化体系
交联剂用量大,弹性下降,阻尼值大
C-SX-C<C-S-C<C-C 阻尼值大 四、填充剂
加大交联密度,提高定伸应力 CR CSM 用金属氧化物交联,PbO代替MgO IIR 采用树脂或醌肟效果好
各种橡胶耐H2SO4性能
编号
橡胶 H2SO4体积分数(%) 时间(d)
变化
1
FKM-23
2
EPDM
3
IIR
4
NBR
5
SBR
6
CR
7
CSM
8
EPDM
9
EPDM
10
IIR
发烟 发烟(62) 发烟(62) 发烟(62) 发烟(62) 发烟(62)
BR NR
10 20 30 40 60 80 100 120 140 No
Classification of Elastomers according to Maximum Volume Change(%) in ASTM Oil 3#
(二)配合体系:
NBR 100
(1)硫化体系尽可能提高交联密度。
(耐热、耐老化、耐高压) 非极性不饱和度高:NR SBR BR 中低压产品 极性橡胶不宜作电绝缘材料
二.硫化体系 通用胶:采用低硫或无硫硫化体系 IIR、EPDM:醌肟硫化 、过氧化物或低硫配
三.填充剂选择 (1)增加填充剂的用量可提高制品的电击穿强度 (2)采用陶土、滑石粉、CaCO3、白CB,不宜用炭黑 (3)片状填料在绝缘体内部形成防止击穿的障碍物
2. 选择适当的硫化体系 3. 填加能提高耐温等级的新型填料 4. 新型防老剂、稳定剂 5. 软化剂选用粘度大,高温减量少为宜
• 热氧老化后性能变化率 • 热失重
FKM
TG /% 100 90 80 70 60 50 40
100
MVQ
Mass Change: -5.08 % Peak: 239.4 °C
促NS 1.5
应力小,油类容易溶胀橡胶。
S
1.5
(5) DNP(耐抽提防老剂)
防MB 1
防RD 1.5
Ch4 耐化学介质腐蚀橡胶
水、酸、碱、盐对橡胶氧化作用、橡胶裂解、断 裂、配合剂分解、溶解
1.选择合适的橡胶品种 2.减低化学物质同橡胶的扩散速度(石蜡、聚 四氟乙烯涂喷表面) 3.在橡胶中加入能够与化学介质反应的添加剂 (一)选用饱和度高的橡胶IIR EPDM CSM FKM (二)硫化体系:
NBR (-CN含量大小选择) CR ACM FPM (1)主链含双键或醚键:BR NR CO Q
(2)主链不含双键,不含极性基团 EPDM IIR (3)不含双键,含侧基
10
100/0
SBR/BR
9
75/25
50/50
8
25/75
lgE/Pa
7
0/100
6
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
温度/℃
三.填充剂 白炭黑 ,ZnO,MgO,Al2O3和硅酸盐 一般无机填料比炭黑类补强胶料的耐热性好。
四.软化剂 选用具有热稳定性和不挥发的品种 (高粘度的石蜡油改善耐热性) 硫化时能起聚合作用的软化剂 (如固马隆、PIB、齐聚酯)
五.防护体系 胶种与所对应的耐热防老剂(1)挥发性小的;
(2)分子量大;(3) 能与橡胶进行反应结合。 通常4010NA,4020,4010,NBC,RD,D,
3.交联剂选择
乙炔炭黑消耗BP(过氧化苯甲酰)和DCBP(2,4-二 氯过氧化二苯甲酰),可采用DCP、双2,5交联,用 量范围1-3份。
NBR
一.橡胶的选择 橡胶的软化温度:极性-Cl -F -CN -COOC4H9 橡胶的热稳定性:提高键能如Si-O 和C-O 橡胶的化学稳定性:减少弱键“=” ,HNBR
二.硫化体系:-C-SX-C <C-S2-C <C-S-C<C-C EPDM采用DCP交联,热撕裂差,有时少量配用“S” CR采用ZnO MgO NBR采用镉镁硫化体系或过氧化物,前者适宜于高 温高压密封,后者高压下易压碎 IIR采用树脂硫化或醌肟硫化 通用胶以低硫高促或含硫载体促进剂
Heat Resistance oC
H 250 G 225
FPM FMVQ
MVQ
F 200 E 175 D 150 C 125 B 100 A 70
ACM
44%ACN HNBR
80%VA 34%ACN
40%VA EVM
CO/ECO 48%ACN
NBR
PU
CM/CSM 18%ACN
CR
SBR
EPDM IIR
Ch3 耐油橡胶
油类介质(燃油、矿物油、润滑油)中使用,油 渗透到橡胶中使其发生溶胀
耐油性:抗油类渗透作用的能力 溶解度参数相差越大,橡胶难溶胀
苯胺点表示油中含芳香族成分与脂肪族成分 比例的尺度,或与等量的苯胺能够一起溶解的最 低温度。
苯胺点高的油:橡胶难溶胀 苯胺点低的油:橡胶易溶胀
(一)橡胶选择 根据制品的使用条件和其他性能指标加以调整 (1)NBR中-CN含量高低、HNBR、NBR/树脂酚 醛、
1.足够的炭黑粒子,形成连续的导电链状结构, 电阻率较小
2.只形成部分连续的链状结构,电阻率较大
二.配方设计
1.胶种选择
一般选硅橡胶(MVQ),CR, NBR。MVQ具有耐 高低温、耐老化,工艺性能好,制造形状复杂产品。
2.导电填料选择
乙炔,石墨,碳纤维等,同时改善物性和工艺性 能, MVQ采用少量白炭黑补强(绝缘);NBR 和 CR可选用CB补强。
油,酯类或植物油类在碱液中起皂化作用; (8)加入石蜡防老剂。 (9)表面处理技术(喷涂惰性材料)
Ch5 减震橡胶
防止振动、冲击的传递或缓冲作用 应用:房屋和桥梁减震、空气弹簧、橡胶护舷等。
一、橡胶的阻尼性质 主要是吸收震源发生的振动能量,阻止由于振动
波产生的共振效应所导致的同步振动。 橡胶的阻尼来自于大分子运动的内摩擦
A —玻璃态;B —过渡区;C —高弹态;D —过渡区;E —粘流态; Tg —玻璃化温度; Tb —脆性温度; Tf —粘流温度
随着温度下降,链段活动能力减弱,松弛过程减慢, 硬度、模量和分子内摩擦增大,弹性显著降低。 Tg是橡胶完全丧失弹性时的特定起始温度; Tb 是橡胶在外来冲击力下出现断裂时的最高温度。 一、橡胶选择: 分子链的柔性 BR VHQ NR SBR IIR EPDM
防鼠剂、防微生物剂 六.聚合物并用
IIR和EPDM与PE共混后可改善其电绝缘性,改善 加工工艺性。
Ch7 导电橡胶
在橡胶中加入导电物质可以制成导电橡胶, 绝缘橡 胶电阻率在1015Ω.cm, 导电:10Ω.cm以下。
一.原理:
导电性填料粒子在橡胶中形成长链状和网状通路 时,产生导电,常用的有乙炔CB,导电炉黑,华光 CB和石墨粉。综合考虑物性和加工性能以乙炔CB为 好。
190
170
150
Peak
130
Permanent
110
Temperature
90
70
50 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Year
Max Service Temperature oC
High Service Temperature
Target of Timing Belt Performance 同步带寿命的目标
NBR/三元尼龙、NBR/PVC 高温下选用-CN含量高 30~40% 低温下选用-CN含量低 15~30% (2)ACM : 150˚C~180˚C 不耐水、弹性差 (3)FKM(氟橡胶):200˚C~250˚C且耐油性好, 弹性差,低温性差 (4)ECO CO(氯醇、氯醚橡胶)-50˚C ~150˚C (4)交联聚乙烯醇:耐石油溶剂优良,耐水性差 (5)FMVQ(氟硅橡胶):高低温性好、成本高。 橡胶的耐油性取决于橡胶及油的极性
82 82 98 98
27
△m为1
2
损坏
2
损坏
6h
损坏
4h
损坏
2h
损坏
11
△m为6.4 %
4
△m为1.1 %
1
胀裂
1
发粘
(三)配合剂: (1)CB 、 陶土、 BaSO4 、滑石粉;
(2)BaSO4 惰性填料,耐酸碱性好; (3)CaCO3 、 MgCO3 耐酸性差 ; (4)白炭黑耐碱性差; (5)增大填充剂量 ,提高耐介质性 ; (6)配入一定量的矿物油膏或生石灰吸收水分; (7)不易与化学药品起化学作用的增塑剂如石蜡
(云母、滑石粉) (4)采用表面改性剂的填料,可以减少填料与橡胶
界面间细微空隙中的放电现象
四.软化体系 NR、SBR、BR采用石蜡5-10phr,环烷油、芳烃油 IIR 和EPDM采用PIB或饱和度高的石蜡油 五.防护体系
高温、臭氧、对苯二胺类、抗臭氧剂、微晶蜡 防H防止龟裂生成 防AW使龟裂增长慢
200
Current
150
Target
HNBR
100
HNBR/NBR peroxide
Sulfur CR
50
Long Service Life
0 0
50
100
150
200
Life Expected (1000Km)期望寿命(1000公里 )
耐热性:橡胶在长时间热氧化作用下保持 原有物性的能力
1. 合成新的弹性体,使它们的化学结构具 有高的耐热性
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