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橡胶实验报告
篇一：橡胶实验报告
材料科学与工程专业
《橡胶课程设计报告》
课程题目白炭黑对天然橡胶性能影响的研究学生班级 09材化生实验班学
生姓名吴雪飞学号指导老师实验时间
白炭黑对天然橡胶性能影响的研究
引言：白炭黑是一种用途广泛的化工产品，可用于橡胶、树脂、印刷油墨、涂料、电线电缆、电池、纸张、铅笔、颜料等产品。

白炭黑是目前在橡胶工业中
性能最好，用量较大的补强剂。

实验证明，白炭黑作为补强剂可对天然橡胶硫
化胶产生很大影响。

在本文里，我们采用白炭黑作为补强剂对天然橡胶作补强，并将不同含量补强天然橡胶的性能进行对比，以研究不同含量白炭黑对于天然
橡胶性能的影响。

关键词：白炭黑，天然橡胶，性能
一、天然橡胶简介
天然橡胶具有许多可贵的性能，在合成橡胶大量出现之前，天然橡胶是橡胶工
业及其制品的万能原料，有“褐色黄金”之称。

简单地讲，天然橡胶实际上是
天然胶乳浓缩凝固而形成的，其中，橡胶烃的化学结构主要是顺式1,4-聚异戊
二烯（约占98％），其分子结构如下：
（一）天然橡胶的基本特性
1、物理特性
1）天然橡胶无一定熔点，加热后慢慢软化，到130-140℃时完全软化以至呈
熔融状态；到200℃左右开始分解，到270℃则急剧分解。

2）天然橡胶的玻璃化温度为-74～-69℃，在常温下稍带塑性，温度降低则逐
渐变硬，0℃时弹性大幅度下降，冷到-70℃左右则变成脆性物质。

受冷冻的生
胶若再加热到室温，则仍可恢复原状。

3(来自: 在点网)）天然橡胶具有很好的弹性，弹性模量为2~4MPa，约为钢
铁的1/30000。

弹性伸长率最高可达1000％，回弹率在0~100℃范围内可达
70~85％。

4）天然橡胶是一种结晶性橡胶，自补强性大，具有非常好的机械强度，纯胶
硫化胶的拉伸强度为17~25 MPa，而经炭黑补强的硫化胶则可高达25~35 MPa。

在高温
(93℃)下的强度保持率为65％左右。

5）纯胶硫化胶的耐屈挠性较好，屈挠20万此以上才出现裂口，这是由于天然橡胶的
滞后损失小，在多次变形时生热低的结果。

6）天然橡胶是良好的电绝缘材料，除去蛋白质后电绝缘性能更好，体积电阻
可达1017
Ωcm，且潮湿或浸水条件下也变化不大。

7）天然橡胶具有较好的气密性，渗透系数为2.969×10H2 (S?Pa)。

2、化学特性
天然橡胶因有不饱和双键，是一种反应性较强的物质，每一个双键形成一个反
应活性点，它们分布在整个橡胶分子的长链中，支配着橡胶的化学变化，其反
应可分为加成、取代、环化、裂解等，由此可变成硫化胶和其他多种改性天然
橡胶或天然橡胶衍生物。

天然橡胶与硫化体系均匀地混合，在一定温度和压力
下反应一定时间，就会由线型结构的生胶转变成网状结构的硫化胶。

-12-1
（二）、天然橡胶的配合
天然橡胶生胶一般不能直接用于生产制品，而必须添加各种配合剂制成混炼胶，并经硫化后才能满足各种实际使用条件的性能要求。

根据天然橡胶制品的应用
要求，科学合理地选择各种配合剂（确定其类型和用量等），使天然橡胶材料
具有符合应用要求的物理机械性能、良好的加工工艺性能和较低的制品成本，
这一过程我们就称为天然橡胶的配方设计。

天然橡胶主要的配合体系包括：硫化体系、促进剂体系、防护体系、补强填充
体系等。

1、硫化体系
天然橡胶适用的硫化剂有:a.硫、硒、碲；b.硫磺给予体；c.有机过氧化物；d.酯类；e. 醌类等。

一般要根据不同的性能要求采用不同的硫化体系。

2、促进剂体系
促进剂与硫化剂配合能起到使硫化剂活化、加速硫化反应、缩短硫化时间的作用。

天然橡胶常用的促进剂主要有二硫代氨基甲酸盐类（如促进剂ZDC、PZ 等）、秋兰姆类促进剂（如促进剂TMTD、TETD等）、噻唑类（如促进剂D、DM 等）、次磺酰胺类（如促进剂CZ、AZ、DZ等）。

天然橡胶选用促进剂主要应考虑以下两点：一是促进剂的硫化临界温度，即促
进剂在硫化过程中开始起促进作用的温度。

一般地，临界温度低的促进剂易焦烧，但反应速度快；临界温度高的促进剂不易焦烧，在较高温度下才起反应。

对于厚壁制品，为了防止胶料早期焦烧，宜使用临界温度较高的促进剂。

3、防护体系
天然橡胶是高不饱和橡胶，生胶及其橡胶制品在贮存和使用过程中，受到氧、
臭氧、紫外线以及其他活性物质的作用而发生降解，拉伸强度损失，橡胶链发
生交联硬化。

为防止天然橡胶降解，添加防老剂是极有效的办法，良好的防老
剂可以使橡胶制品的使用寿命提高几十倍。

天然橡胶常用的防老剂有：胺类防
老剂（防老剂A、D、4010、4010NA、4020等）、酚类防老剂（防老剂264、SP 等）、键合型防老剂（防老剂NDPA等）、以及石蜡等等。

4、补强填充体系
炭黑是最常用的补强剂，橡胶制品的性能与所选用的炭黑的性质是密切相关的，因此我们必须根据橡胶制品的性能要求来选用炭黑。

除炭黑外，白炭黑（化学成分是SiO2）是另一种重要的补强型填充剂，它能提
高天然橡胶的抗撕裂强度、减少龟裂扩展，改善胶料与帘布的粘合性能。

而常见的重/轻质碳酸钙、二氧化钛、滑石粉、陶土等则属于非补强型填充剂，它们能增加胶料的容积和比重，降低制品成本。

这些填充剂若经活化处理或添
加偶联剂，有时也能获得一定的补强效果（如活性碳酸钙、用偶联剂处理的陶
土等）。

（三）、天然橡胶的加工
生胶的加工在配方设计的基础上一般须进行下列加工过程：
生胶
塑炼胶
混炼胶
半成品
成品
? ?
1、塑炼
天然橡胶在加工过程中，塑炼是一个很重要的阶段。

塑炼的目的是降低天然橡
胶的粘度，增加其塑性，提高填充剂及其他配合剂在天然橡胶中的分散性，从
而改善其加工性能，如降低压延胶料的收缩性和压出胶料的口模膨胀，改善胶
料的成型粘性等。

同时，当天然橡胶与粘度不同的其他胶种（如丁苯橡胶、丁
二烯橡胶等）并用时，必须通过塑炼使两种并用胶的可塑度相近才能混合均匀，从而保证并用胶有良好的物理机械性能。

天然橡胶的塑炼方法主要有开炼机法和密炼机法两种。

天然橡胶在开炼机上进
行塑炼时，主要是借助机械剪切作用使生胶的分子主链断裂，从而适当降低生
胶的分子量和粘度，使其具有一定的可塑度。

塑炼时，炼胶机两辊筒的速比为1:1.15～1:1.25，辊筒温度不宜超过50℃。

由于塑炼温度较低时，橡胶分子热
运动困难，在强剪切力作用下易于断裂，固塑炼效果较好，因此开炼机塑炼时，塑炼温度越低越好。

另外，采用薄通塑炼和分段塑炼是提
高天然橡胶塑炼效果、降低能耗的重要方法。

混炼胶塑炼时的温度一般为130-160℃，主要是依赖高温下天然橡胶的氧化降
解达到降低分子量、提高塑性的目的。

采用密炼机塑炼具有时间快、劳动强度低、可塑度均匀的优点。

2、混炼
天然橡胶的混炼就是使各种配合剂均匀地加入并分散在天然橡胶中，这同样可
使用开炼机和密炼机两种方法。

开炼机混炼时，辊筒速比一般控制在1:1.08~1:1.25，辊温控制在50～60℃，
可先将塑炼胶压软包辊，然后按下列一般顺序添加配合剂：生胶?固体软化剂?
小料?炭黑、填充剂?液体软化剂?硫磺、促进剂?薄通?下料。

密炼机混炼时，一般正常的加料顺序为：生胶?小料、填充剂或1/2炭黑?1/2
炭黑?油类软化剂?排胶。

密炼机混炼时的加料系数一般为0.48~0.75。

另外，
密炼机的转子转速、密炼温度和密炼时间是必须考虑的重要工艺参数，一般密
炼机的转子速度愈高，混炼胶温度愈高，混炼时间则愈短。

3、硫化
天然橡胶的硫化必须注意下列问题：
1）胶料厚度：橡胶是不良导体，热导性差，因此要考虑胶料的导热性，特别
是制品
厚度大于6mm时的硫化特性。

2）硫化温度：为了在尽可能短的硫化时间内生产出具有均匀物理性能的产品，必须
选择恰当的硫化温度。

天然橡胶的最适宜硫化温度为143℃。

硫化速度以及硫
化胶的物理性能均与硫化温度以及硫化时间密切相关，一般硫化温度每提高10℃，则其硫化反应的速度提高一倍，亦即硫化时间缩短一半。

3）橡胶的热稳定性：天然橡胶的最安全硫化温度为150℃，当硫化温度超过163℃时，
将会出现解聚，导致严重的硫化返原现象。

二、实验部分
（一）、仪器设备和原料
1、橡胶塑炼和混炼：S(x)K-160型平板开炼机(常州苏研科技有限公司)。

开放
式炼胶机的有效工作部件是两个圆形辊筒，辊筒内部可通水冷却，可对物料产
生剪切、分散、混合等作用。

主要用于天然橡胶的生胶的塑炼和配合胶的混炼
操作。

2、测试橡胶硫化时间：GT-M201X-A型平板硫化仪(高板检测仪器有限公司)，
用于测定
篇二：橡胶材料拉伸实验报告
北京理工大学
橡胶材料拉伸实验报告
一、实验目的
1. 进一步熟悉电子万能实验机操作以及拉伸实验的基本操作过程；
2. 通过橡胶材料的拉伸实验，理解高分子材料拉伸时的力学性能，观察橡胶拉伸时的
变形特点，测定橡胶材料的弹性模量E，强度极限σb，伸长率δ和截面收缩
率Ψ
二、实验设备
1. WDW3050型 50kN电子万能实验机；
2. 游标卡尺；
3. 橡胶材料试件一件。

三、实验原理
拉伸橡胶试件时，实验机可自动绘出橡胶的拉伸应力-应变曲线。

图中曲线的最初阶段会呈曲线，这是由于试样头部在夹具内有滑动及实验机存在间隙等原因
造成的。

分析时应将图中的直线段延长与横坐标相交于O点，作为其坐标原点。

橡胶的拉伸只有弹性阶段。

拉伸曲线可以直观而又比较准确地反映出橡胶拉伸
时的变形特征及受力和变形间的关系。

橡胶拉伸时，基本满足胡克定律，在应力-应变曲线上大致为一段直线，因此可以用这一段直线的斜率tanα来表示弹性模量E。

为了更准确地计算出弹性模
量的值，可以用Matlab对比例极限内的数据进行直线拟合，得到拟合直线的斜率，即为弹性模量的值。

四、实验过程
1. 用游标卡尺测量橡胶试件实验段的宽度h和厚度b，并标注一个20 mm的标距，并
做记录；
2. 打开实验机主机及计算机等实验设备，安装试件；
3. 打开计算机上的实验软件，进入实验程序界面，选择联机，进行式样录入和参数设
置，输入相关数据并保存；
4. 再认真检查试件安装等实验准备工作，并对实验程序界面上的负荷、轴向变形和位
移进行清零，确保没有失误；、
5. 点击程序界面上的实验开始按钮，开始实验；
6. 试件被拉断后，根据实验程序界面的提示，测量相关数据并输入，点击实验结束；
7. 从实验程序的数据管理选项中，调出相关实验数据，以备之后处理数据使用。

五、实验注意事项
1. 在实验开始前，必须检查横梁移动速度设定，严禁设定高速度进行实验。

在实验进
行中禁止在▲、▼方向键之间直接切换，需要改变方向时，应先按停止键；
2. 安装试件时，要注意不能把试件直接放在下侧夹口处，而是应该用手将试件提起，
观察夹口下降的高度是否合适，之后再将试件夹紧、固定；
3. 横梁速度v=10m/s，最大载荷为500N，最大位移400mm；
4. 实验过程中不能点“停止”，而是“实验结束”，否则将不能保存已经产生的数据；
5. 安装试件时横梁的速度要调整好，不能太快，试件安装完成后，要确认横梁是否停
止运动，以免造成事故。

六、实验数据记录
七、数据处理
1. 橡胶材料试件拉伸时的负荷-位移曲线：
图1 橡胶材料拉伸的负荷-位移曲线
2. 由于橡胶材料试件的厚度与宽度在不断变化，这里只能用试件的初始横截面积来大致计算应力与应变，图像如下：
图2 橡胶材料拉伸的大致应力-应变曲线
3. 弹性模量。

选取应力-应变曲线中部较为接近直线的数据，拟合后得到的直线图像如下图所示：
图3 应力-应变拟合曲线
由直线的斜率可得到橡胶材料的大致弹性模量E =7.906 MPa。

4. 强度极限约为： ?b?Fb?12.1875MPa A0
5. 断裂前后试件的宽度与厚度没有发生变化，即横截面积没有发生变化，故断裂伸长率和截面伸缩率均为0。

八、思考题：
1. 说明橡胶拉伸有什么特点？
答：橡胶材料在拉伸时，只有弹性变形阶段，没有屈服阶段、强化阶段和局部收缩阶段。

在弹性变形阶段中，除拉伸刚开始的部分外，负荷-位移曲线、应力-应变曲线基本为一条直线。

橡胶材料被拉断后，断口截面均匀，没有较为明显的特征。

2. 为了更加准确地利用实验数据计算材料的弹性模量 E ，需要采取哪些措施？
答：数据处理中使用Matlab软件对弹性阶段的数据进行直线拟合，理论上数据越多结果越精确。

但橡胶在被拉伸时，弹性阶段并不是一直保持正比关系并满
足胡克定律。

在弹性阶段的初期，应力应变图像是曲线，将这一阶段的数据用
到直线拟合中会带来较大的误差。

所以在选择数据时，选用拉伸曲线中部较为
接近直线的部分。

3. 橡胶的弹性模量很小，为什么会有很大的变形量？
答：橡胶是由线型的长链分子组成的。

由于热运动，这种长链分子在不断地改
变着形状，
因此在常温下橡胶的长链分子处于蜷曲状态，一旦把蜷曲分子拉直就会显示出
形
变量很大的特点。

当外力使蜷曲的分子拉直时，由于分子链中各个环节的热运动，力图恢复原来比较自然的蜷曲，形成了对抗外力的回缩力。

正是这种力促
使像胶形变的自发回复，造成形变的可逆性。

但是这种回缩力毕竟是不大的，
所以橡胶在外力不大时就可以发生较大的形变，因而弹性模量很小。

九、实验经验教训总结：
1. 安装试件时横梁的速度要调整好，不能太快；试件安装完成后，要确认横梁是否停
止运动，以免造成事故；
2. 确保将试件夹紧、固定，以免在拉伸过程中试件滑出夹口，无法完成实验；
3. 实验过程中不能轻易地点“停止”，而是“实验结束”，否则将不能保存已经产生的
数据。

篇三：橡胶厂实验报告
手機按鍵製程改善
指導老師：官生平副教授
專題小組：胡瑞珉王景南陳貞良陳柏伸黃晟銘曹子銘林星佐詹添宏林序岳張筱筠
摘要
由於寒假期間，有幸與官生平老師一同前往大陸深圳工廠實習，而工廠為本校
校友所設立，公司名為眾鼎橡膠工業(股)公司，主要產品為橡、塑膠的按鍵。

該公司於深圳設有兩廠一為向強廠；另一為S＆C。

向強廠唯一多樣少量生產形
式的工廠。

另一工廠S＆C則是與日本San Arrow三箭公司合資，最主要是生產NOKIA的手機按鍵，為一少樣多量之生產模式。

這份專題是於向強廠內以橡膠
製品在成型階段為對象，從混料、壓模、印刷到噴塗為研究部門，針對不良率
報表，找出其主要不良項目，進行現場改善及建議，並收集實驗完成的數據及
資料，回台灣後整合而完成。

此報告是結合實際與理論而成，能讓同學了解在
學校所學的理論能夠實際運用在業界上，而不是像以往一樣不能學以致用，本
小組希望在學校所學的知識能夠有用地運用在工廠上，這才是此報告的最大目的。

一、研究動機、選題理由
本組由胡瑞珉、林星佐、陳柏伸、黃晟銘四位於寒假期間前往大陸向強廠實習，並由官生平副教授負責專案計畫規劃、協調及輔導，在廠內有六名相關主管進
行輔導相關作業。

與主管討論後，決定以橡膠按鍵製品成型階段製程作為研究。

走訪各部門間的流程及製程之後，探討及整理出整個製程的12月及1月份不良數【圖1-1】，由柏拉圖分析的80：20原則，可明顯看出壓模、噴塗及印刷的
不良率佔了製程中近八成。

因此我們的研究重點為壓模、印刷及噴塗三大主題。

【圖1-1】各部門製程不良率分析圖
【柏拉圖分析】
44332211
8383849494
1357902468
6531086531
92581470360
....
01234567890
00000000
100%
000000000
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不.
良.數
.....
000
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二、壓模製程
為達成客戶要求及不良改善需求，建立一套壓模送樣製程標準化程序，並以客
戶需求為導向來降低不良率。

參考以往資料並搜集數據之後，整理出一份壓模
製程不良品之發生原因，其中以雜質、包風和撕破為前三項最嚴重不良發生現象，以雜質而言，與環境、作業員及混料部門有最直接之相關，以包風、撕破
而言，與溫度有最直接之相關，以撕破而言，與作業員及溫度有最直接之相關。

由於考慮到整體現場的調整改變有實際上困難，因此我們以包風為研究的重點，以實驗方式進行研究，所以我們設計溫度變量計量值檢查表，調整溫度參數，
進行降低機種DM271的包風不良率研究。

但由於只針對溫度參數做變化而沒考
慮到時間、壓力及其他因素的交互影響，所做出來的實驗數據資料（約100模）無法分析也與實際理論不合，因此DM271的實驗失敗。

再者以混料部門混料後置放天數作實驗，但混料之配方、白天及晚上之溫度、
溼度之差別因素太複雜，且氣候上的變化是無法由人為因素所控制，短時間之
內無法配置出較佳之實驗。

在這期間亦曾經使用DOE實驗方法，包風不良因素
已設計控制好，由於操作員素質太差，無法將其他不良因素的發生原因及條件
控制好，造成數據是具有可蒐集和可分析之價值。

最後我們便以荷重作為壓模
部門送樣製程標準化為實驗重點（客戶要求產品條件:荷重及料度），在荷重方面來說,以C-1721A機種為例進行試模實驗,針對溫度、時間、壓力再加上料重
和料度等五項因素檢驗荷重,衡量相關迴歸分析而導入試模製程方法的標準化。

調整條件因素和其影響荷重之實驗，對收集之數據作相關迴歸分析，以溫度、
時間、壓力再加上料重和料度等五項因素個別對荷重作相關分析。

下表是以機種C-1721A做96組實驗數據的紀錄表。

【表2-1】C-1721A實驗數據的紀錄表
（注：以上列出8組，其餘不一一列出）
由以上96組實驗，根據數據資料求出下列五變數與荷重之迴歸分析。

其中以料度及料重對荷重的相關迴歸性最明顯,相關係數都在0.8以上,呈現出相關性非常高。

料度與荷重相關分析
Y= -17.48 + 2.864X R=0.874999
R 的倍數 0.874999 R 平方 0.765624 調整的 R 平方 0.757542 標準誤
6.737031 觀察值個數 31
料重與荷重相關分析
Y=35.79927+12.69233X R=0.807954
【圖2-1】料度與荷重迴歸分析圖
迴歸統計
迴歸統計
圖2-2】料重與荷重迴歸分析圖
【
三、印刷
R 的倍數 R 平方
調整的 R 平方標準誤觀察值個數 0.807954 0.65279 0.633501 6.231653 20
製程
為改善手機薄膜按鍵印刷製程長期漏光、位偏漏光不良，經討論出影響漏光、位偏漏光不良可控制的主要因素有放置時間、色層加印、油墨黏度及網板擦拭頻度，較不可控制因素機台參數、網版張力及模具穴位。

為避免大批不良影響出貨，以各因素現況些微改變各取3個水準，配合生產計劃以9天的生產為實驗週期。

在方法上採用實驗設計（ＤＯＥ）。

實驗設計就是對提高產品品質、解決品質問題、研發新產品及其它為尋找事實真相所進行實驗的規劃、執行、分析及尋優驗証。

包括確立實驗目標，選擇對反應值有影響的因素及水準，設計實驗進
行的方法，分析實驗處理的觀測結果，估計合於實驗目標的因素水準及進行確認實驗。

如何選擇實驗的因素及其水準，這是實驗設計重要的問題。

以薄膜印刷對漏光不良的實驗設計說明。

由4個影響漏光的可控制因素，各選定3個水準如下表，經實驗配置如實驗實施計劃表。

【圖３-１】產品品質特性魚骨圖分析
實驗實施計劃表
由4個可控制的主要因素各選定3個水準如【圖4-1】＊因素：油墨粘度、色層加印、放置時間、擦拭次數＊水準：1，2，3
【表３-２】產品特性與因素
實驗配置好後如【表３-３】，由管理高層認可發佈，與實驗實施人員溝通了解後進行，過程中儘量不要變更實驗配置，著實依實驗批號紀錄實驗結果。

實驗
次序不一定要依實驗序號進行，以隨機方式進行，亦可先挑選較有希望達到目標的實驗條件進行。

經實施後分別記錄總檢驗數、漏光不良數、位偏不良數及總不良數，如【表３-４】。

【表３-３】實驗實施紀錄表
【表３-４】實驗實施計算表
實驗完成後，將實驗結果紀錄在直交表上，利用軟體或Excel進行計算分析。