橡胶基础知识

橡胶根底学问

张殿荣《现代橡胶配方设计〔其次版〕》出版日期:2023

丁苯橡胶、顺丁橡胶等非结晶性橡胶，不协作补强剂时，硫化胶的强度很低，根本无法使用。因此长期以来，人们为提高橡胶性能、改善加工工艺、降低材料本钱等进展了大量的实践。

硫化体系(包括交联剂、助交联剂、促进剂、活性剂)可使线型的橡胶大分子通过化学交

联，形成一个立体空间网络构造，从而使可塑的粘弹性胶料，转变成高弹性的硫化胶；补强

填充剂则能保证胶料具有要求的力学性能，改善加工工艺性能和降低本钱；软化剂等加工助剂

可使胶料具有必要的工艺性能，改善耐寒性，也可降低本钱；防老剂能提高硫化胶的耐老化性能，并对各种类型的老化起防护作用。

综上可见，橡胶材料是生胶与多种协作剂构成的多相体系，橡胶材料中各个组分之间存在着

简单的化学作用相物理作用。目前虽然可借助微机算出配方和某些物理性能之间的定量关系，

但尚不能完全用理论计算的方法确定各种原材料的配比，在肯定程度上仍依靠于长期积存的阅历。

在配方设计方法方面，橡胶制品工业长期以来使用单因素的均匀变量为根底的传统方

法。1951 年，英国的鲍克斯和威尔逊创立3 三因素以上的试验设计法。近年来随着计算机的进展与普及，把科学的数理方法如正交试验设计法、回归分析法应用到橡胶配方优化设计上，可使橡胶配方设计由单因素的屡次试验改为多因素的一次试验，应用计算机进展配方试验的数据

处理，优选配方，通过少量的试验，即可猎取大量的有用信息，从而简化了试验程序，加快

了争辩进程，节约了大量的人力、物力和时间，同时能觉察配方中各组分与硫化胶性能的相

关性与规律性。

正交试验：

因子——影响胶料性能指标的因素的通称，如原材料，工艺条件等；水平——指每个因子

可能处于的状态，它可以是原材料的品种、用量，也可以是工艺参数等。

任何一个橡胶配方都不行能在全部性能指标上到达全优。在很多状况下，配方设计应遵循

如下根本原则：

①在不降低质量的状况下，降低胶科的本钱；②在不提高胶构本钱的状况下，提高产品质量。要使橡胶制品的性能、本钱和工艺可行性三方面取得最正确的综合平衡。用最少物质消耗、最短时间、最小工作量，通过科学的配方设计方法，把握原村科协作的内存规律，设计出有

用配方。

根底配方

根底配方又称标准配方，一般是以生胶和协作剂的鉴定为目的。当某种橡胶和协作剂首次

面世时，以此检验其根本的加工性能和物理性能。其设计的原则是承受传统的协作量，以便比照，配方应尽可能的简化，重现性较好。根底配方仅包括最根本的组分，由这些根本的组分组成的胶料，既可反映出胶料的根本工艺性能，又可反映硫化胶的根本物理性能。可以说，这些

根本组分是缺一不行的。在根底配方的根底上，再逐步完善、优化，以获得具有某些特性要求的性能配方。不同部门的根底配方往往不同，但同一胶种的根底配方根本上大同小异。

自然橡胶(NR)、异戊橡胶(IR)和氯丁橡胶(CR)可用不加补强剂的纯胶协作，而一般合成

橡胶的纯胶协作，其物理—机械性能太低而无有用性，所以要添加补强剂。

性能配方

为到达某种性能要求而进展的配方设计，其目的是为了满足产品的性能要求和工艺要

求，提高某种特性等。性能配方应在根底配方的根底上全面考虑各种性能的搭配，以满足制品

使用条件的要求为准。

有用配方

又称生产配方。在试验室条件下研制的配方其试验结果并不是最终的结果，往往在投入生产时会产生一些工艺上的因难，如焦烧时间短、压出性能不好、压延粘辊等，这就需要在不转变根

本性物理性能和使用性能的方法来调整工艺性能，也就是说在物理性能、使用性能和工艺性能之间进展折中。胶

生产配方

符合生产使用要求的质量配方，称为生产配方。生产配方的总质量通常等于炼胶机的

容量，例如使用开炼机混炼时，炼胶机的容量(装胶量)Q，用以下阅历公式计算：

Q＝D·L·γ·K

式中：Q——炼胶机装胶量，kg；D——辊简直径，cm；L——辊筒长度，cm；

γ——胶科相对密度；K——系数(0.0065-0.0085)。

Q 除以根本配方总质量即得换算系数α。

α = Q/根本配方总质量

橡胶设计理论

近年来，很多争辩者承受了一种高分子材料“三方块”设计方案(见表1—19)，目前该没计方案在并用与共混的体系中尤为适用。“三方块”设计方案的主要特点是．在传统的第一方块和第三方块之间，有意识地加了一个其次方块。其次方块的参加，为设计供给了理论依据，削减了试验工作的盲目性，是寻求构造与性能之间关系的有效方法，大大改进了传统的争辩方法。

橡胶材料“三方块”设计方案

第一方块其次方块第三方块

配方：构造和形态：加工工艺性能：橡胶及共混高分电子显微镜门尼粘度或可塑度子材料光学显微镜门尼焦挠

硫化体系热分析(DTA、DSC) 硫化特性

补强填充体系X 射线衍射法硫化胶物理性能：

防护体系核磁共振波谱法(NMR〕拉伸性能

其他助剂化学组成及化学反响：撕裂强度工艺条件：红外光谱硬度

混炼工艺条件紫外光谱压缩变形

压延、压出条件原子吸取光谱有效弹性和滞后损失

硫化条件凝胶渗透色潜耐磨耗性

色谱分析耐疲乏性能

运动的去征：耐老化性能

表现粘度低温性能

粘流活化能热性能

弹性模量电性能

复合模量集中和渗透性能

损耗角正切粘接性能

耐介质性能

静态粘弹性能

图1 橡胶材料“三方块”设计方案

例如，通过电子显微镜可以争辩胶料中炭黑和各种填料的分散状态，以及聚合物并用或共

混体系中分散相的大小、组成及界面的形态构造等；用X 射线衍射可测定生胶和硫化胶中的结晶度，争辩协作剂的原始形态和硫化混炼过程中的构造变化，以及炭黑的构造、骨架材料的

结晶度和取向度等；通过热分析(DTA、DSC)可以测定聚合物的玻璃化温度(Tg)，判断共混物的相容性，分析弹性体的结晶度，争辩和分析橡胶的硫化过程，鉴别胶料的热稳定性、抗老化稳定性以及评价防老剂在橡胶中的防护效果等；用核磁共振波谱仪可以争辩橡胶的微观构造，以及橡胶硫化和补强的机理等；通过红外光谱、紫外光谱等色谱分析可以鉴定聚合物的成分、主链

构造、结晶度、序列分布等；通过流变仪可以争辩胶料的粘度与剪切应力、剪切速率、温度

等的关系，以及聚合物流淌中的粘弹行为等；用粘弹谱仪可以分析硫化胶的动态粘弹性等动

态力学性能，为某些制品(如减震制品)的配方设计供给重要依据。

未硫化橡胶加工性能的试验

协作剂在混炼胶中分散度的检测：分散度测定方法，可分为直接测定法和间接测定法两种。

1.直接测定分散度的方法

以撕裂、拉伸、切割等方式制得胶料的颖外表，再借助仪器或肉服来观看外表测定分散度，或者对胶料超薄切片，进展内部构造的观看以测定分散度。分散度的直接测定法有：

①ASTM(美国材料试验协会)D2663 标难(A 法——肉眼推断法和B 法——分散块计数法)；