XX514-第7章橡胶配方设计

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➢ 胶种：选用结晶性、粘着强度大的胶种，如NR、CR 等。
➢ 硫化体系：硫磺硫化体系比ROOR体系好，可生成较 多多硫键。
➢ 硫化促进剂一般选用中等活性而赋予平坦硫化性能的 促进剂DM、CZ，且硫化程度不得过深。
➢ 补强填充剂：必须用C.B补强，且应选粒径小、结构 度低的较好。
➢ 软化剂：适量配些软化剂利于胶料结构取向和转向， 用些石油类树脂或古马隆树脂保强度，对增加粘性也 有利。
古马隆树脂、烷基酚醛树脂等可提高粘着性有利 包辊； ✓ StA、硬脂酸锌、蜡类、油膏等易使胶料脱辊。 ➢ 填料： ✓ 补强性高的填料如C.B、白碳黑、硬质陶土、活 性碳酸钙等能增加胶料的强度，使包辊性增加； ✓ 而硫酸镁、钛白粉、滑石粉等填料使混炼胶强度 降低，包辊性差。
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混炼分散性：配合剂是否容易与橡胶混合以及是否容 易分散。
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•橡胶配方设计的具体化论述
➢ 六步程序——配方设计的步骤 ✓ 确定胶料的技术要求 ✓ 收集技术资料 ✓ 制订基本配方和性能试验项目——拟方 ✓ 进行试验并选取最佳配方——小试选方 ✓ 复试和扩大中试 ✓ 确定生产配方——定方投产
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• 7.3 与硫化胶性能的关系
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•橡胶配方设计的具体化论述
➢ 五条原则: ✓ 尽量节约原材料，降低成本，提高产品质量——
多快好省原则； ✓ 使胶料适合于混炼、压延、压出、硫化等工艺操作
，并有利于提高设备的生产效率； ✓ 考虑产品各部位不同胶料的整体配合，使各部件胶
料在硫速和硫化胶性能上达到协调； ✓ 确保安全生产和劳动保护； ✓ 配方尽可能力求简化而无需不必要的繁琐。
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➢ 耐磨性： ✓ 磨蚀磨耗：在路面差的行驶条件下(有尖石等)，在
轮胎表面出现纵向裂纹的现象。 ✓ 打卷磨耗：路面较平，轮胎表面不平有突起部分，
在行驶过程中凸起部分打卷。 ✓ 疲劳磨耗：轮胎行驶时在交替的应力应变条件下发
生生热破坏，无明显断裂花纹。
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➢ NR：在一般磨耗条件下耐磨性好。 ➢ SBR：在高温条件下耐磨性好。 ➢ BR：在苛刻条件下(如高速时)耐磨性好。 ➢ 若在极高速时(在100~130 km/hr速度下使用的飞机
以胶料总体积为100%，以配方中每一组分体积占配方总 体积的%表示。
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橡胶配方设计的具体化论述
✓ 生产配方：生产中实际使用的配方表示形式。 • 炼胶机容量的经验计算式：
V=0.042DL（英制）或 V=0.0065DL（公制） V: 炼胶机容量(升)；D——炼胶机辊筒直径(寸或厘米)； L: 炼胶机辊筒长度(寸或厘米)。 • 炼胶机每次混炼的总重量(W)=γ×V • 换算系数=W/∑Wi=混炼总重量/基本配方重量份总数 • 生产配方中各配合剂的重量= Wi×换算系数
✓ 抗张强度MPa和伸长率%：是强度性能主要 测试项目。 本身强度好 材料抗张强度好，应 应力要分散 材料要均质
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✓ 胶种：宜选用NR、CR等结晶性橡胶或CSM等，含 胶率可达60%；
✓ 补强剂： 应选用优秀补强性填充剂； 最适宜用量。
✓ 硫化体系：应有适当交联度，用常硫硫化体系，一 般用S量2~3份，使生成较多多硫键，有利于抗张强 度的提高。
烧性和收缩性。 ➢ 压延效果的影响因素： ✓ 压延能力：指压延时胶料的塑性变形能力，它受
胶料的可塑性和应力松弛能力的影响。
✓ 压延后的收缩率：经压延后，胶料在压延方向上 长度缩短、宽度变窄及厚度增加的现象称收缩，
其长度变化的比率叫做收缩率。
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压出 压出性能的好坏决定于：
➢ 加料口吃胶量：与生胶强度有关。 ➢ 压出半成品的外观质量。 ➢ 压出收缩大小。 ➢ 压出速度。
XX514-第7章橡胶配方 设计
2020年5月25日星期一
7.1 配方设计概述
配方设计的全部涵义——选材定比
➢ 为满足制品使用性能要求而正确合理设计，选用必要 的原材料(包括聚合物、配合剂);
➢ 制定各种原材料用量配比的专业性较强的配料技术;
➢ 专业理论和实践经验紧密结合的应用技术工作。
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橡胶配方设计的具体化论述
弹性——能显高弹性的胶料，应满足以下结 构条件：
➢ 线型长链高分子结构； ➢ 链柔性大，链间作用力较小，呈粘弹态而不
结晶和非玻璃态； ➢ 适当交联消除链间滑移，能避免塑性形变。
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• 7.3 与硫化胶性能的关系
➢ 设计配方时应考虑： ✓ 胶种：弹性好(柔性大)，NR、BR最好，IIR最差。 ✓ 含胶率：宜高些为好。 ✓ 硫化体系的设计 控制适当交联度并形成活动性较大的多硫键; 适当噻唑类和胍类促进剂并用; 避免用超速级促进剂。
➢ 一般S、促进剂、防老剂和软化剂等与橡胶有一定的 相容性，只要控制限量配合以防过量过饱和喷出、油 渗以及工艺条件合适即可与橡胶混合并分散。
➢ 填料 • 疏水性(亲胶性)：如C.B • 亲水性(疏胶性)：如CaCO3、BaSO4、陶土、ZnO、
MgO、白碳黑等
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压延压出性
➢ 对压延胶料，要求有良好的包辊性、流动性、焦
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• பைடு நூலகம்久变形
➢ 胶种：一般选弹性好的生胶，如BR、NR等。但也需 结合其它性能要求，如油封用NBR，密封件也有用 EPR的。若有氧存在下，SBR的压缩变形会比IIR大。
➢ 硫化体系：应使形成低硫或C-C强键并适当交联度，有 些胶料又受二次硫化影响很大，适当高温度和较长时 间有利。
➢ 补强剂：宜选结构度高或粒径较大的C.B好。密封件胶 料性能多不苛求强度而着重于弹性和低压缩变形，因 而常选半硬质C.B或软质C.B。
硬度——表示胶料抵抗外力压入的能力。
相似点：都为非断裂形变下的模量。 不同点：定伸强度为较大形变下的拉伸模量，
而硬度为较小形变下的压缩模量。
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➢ 生胶：选择除考虑结晶性外，还受链的刚柔性影 响，一般选NR、CR、NBR等。
➢ 硫化体系：使交联密度大或生成C-S-C、C-C等强 键的硫化体系。
➢ 补强填充剂：使用活性硬质碳黑(粒径小、结构度 高)，高填充量可使定伸强度提高。
➢ 硫化体系：采用能形成多硫键的硫化体系，如传统的硫磺 硫化体系。若要兼顾耐热性和耐老化性，则可选SEV体系 或S/非S并用体系。
➢ 补强填充体系：选补强性好的，用量多一些(~50phr)，以 增加韧性强度。
➢ 软化剂：选用古马隆树脂、松焦油，用量宜少些。 ➢ 防老：防4010、4010NA、H、AW等为佳，用量可稍多。
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混炼性
生胶的强度高 ➢包辊性取决于 粘性好
有收缩性
➢ 生胶： NR强度高、粘性好，故包辊性好。SBR 收缩性大，故包辊性也好。
➢ CR的生胶强度和粘着性好，所以包辊性也好，但 CR热敏性大，易粘辊。其余SR由于生胶强度差 ，包辊性差，故应从配方上加以改进。
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➢ 软化剂： ✓ 含芳烃高的和粘度大的操作油、松焦油、树脂、
➢ 一个目的：满足使用性能的要求，充分发挥高分 子材料应有的宝贵性能，使产品达到优质高产。
➢ 二项内容： ✓ 正确选用聚合物和各类配合剂； ✓ 合理确定含胶率和各组分间的配比用量。
➢ 三类配方： ✓ 基础配方或研究配方； ✓ 性能配方或试验配方——技术配方； ✓ 工艺配方——生产配方。
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橡胶配方设计的具体化论述
一般NR总是硫磺硫化体系，有的制品以Se代 部分S，有利于耐磨性提高。
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➢ 防老体系——相当重要。 轮胎胶料中多选用4010NA、RD和BLE并用，再配加 石蜡物理防护，其中BLE还有增粘性，综合效果好。
➢ 软化剂——会使耐磨性降低，但为提高耐磨性，一般 补强剂用量均在30~50phr，混炼分散率较差，必须配 适量软化剂，以促使加速分散而不致过炼为度。
➢ 补强填充体系：加入少量弱补强剂(以保弹性)。 ➢ 软化增塑体系：加入软化点较低的油，尽量减少橡
胶分子间的相互作用，主要有操作油、石蜡油、沥 青等。
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➢ 在受交变的应力应变作用时，材料发生了破坏，这是橡胶 制品通常遇到的“疲劳破坏”现象。
➢ 胶种：应选生热性小的弹性好的生胶为宜，如NR、BR、 CR、SBR，或采用合理并用。
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• 高伸长率的胶料配方
➢ 胶种选择同上，含胶率再高些。 ➢ 采用生成多硫键的硫化体系，即降低些S量使得交
联度低些；促进剂宜用噻唑类，平坦性好些； ➢ 需添加填料时应选用补强性低的软质碳黑和白色
填料如陶土、碳酸钙等，且用量越少越好； ➢ 软化剂能提高伸长率，其量也可适当多配些。
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定伸强度——胶料拉伸至一定伸长率时的应力 。
✓ 交联键型影响强度，一般是S/促>TMTD>过氧化物 >辐射硫化。
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✓ 软化增塑剂： 要适量选配，要求是以保证混炼均匀分散和胶料 均质化为度。 选配既取决于配合剂补强填料配量和胶种本性， 又要和加工工艺结合考虑。 软化增塑剂性质也应注意配合，如有的胶料配用 古马隆树脂使其发挥多功能性，又有利于强度， 且用量高达10份也无妨。
轮胎等)，因除要求耐磨性好外，还要求抗湿滑性 高，故以氯化IIR为好。 ➢ 配方设计时应考虑多方面因素，胶种是基础，补强 剂为主要因素，其它组分该相应配合。
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➢ 胶种：耐磨性﹥BR﹥SBR﹥NR﹥CR、NBR ➢ 补强剂：主要靠C.B补强。
一般来说，C.B粒径小、结构度高的好，但 应综合考虑使用条件和实际工艺，对一般条件下 影响性能的以粒径为主，若苛刻条件下使用，受 结构度影响就大。 ➢ 硫化体系：视胶种而定。
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• 7.4 与未硫化胶料工艺性能的关系
工艺性能
可塑性（门尼粘度） 混炼性（包辊性、混入分散性） 压延压出收缩膨胀性 粘着性 硫化特性（焦烧性、硫速、平坦性、 返原性） 喷霜
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可塑性(粘度) ➢ 选择生胶品种：各类生胶都具有一定的门尼粘度值；
用化学塑解剂可使橡胶分子链断链产生自由基，引起氧 化断链，使塑性降低。 ➢ 加入软化增塑剂：直接使粘度降低，塑性提高。 ➢ 加入填料：粘度增加，塑性降低。 ➢ 高温操作时，SR有凝胶生成，使粘度增加，塑性降低 。 ✓ 防止凝胶生成：加入防264、防DNP等凝胶抑制剂。 ➢ 其它配合剂
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➢ 软化剂 ✓ 压延要求压延胶料有足够低的粘度（即有足够的
P），加入软化剂就能达到此目的，且因流动性 增加，使收缩性降低， ✓ 压出可加入油膏、矿物油、StA、石蜡等润滑性 的软化剂以减少口型阻力，提高压出速度，使压 出制品表面光滑。 ✓ 硫化体系：应选用迟效性体系。
➢ 防老体系：要视环境因素和使用条件而合适选用，此 虽间接影响但相当重要，不可忽视。
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• 耐疲劳性
定义：当受交替的应力应变作用时，材料的结构或 性质发生变化。
➢ 胶种：采用弹性好的NR、BR。 ➢ 硫化体系：使硫化胶形成低硫键结构(采用EV体系)
并适当增大交联密度，使交联键均匀分布，硫化工 艺控制在正硫化后期。
➢ 四种组成表示方法
✓ 重量份(基本配方) Wi，∑Wi 以橡胶重量为100份，其它配合剂均以相对重量份表示。
✓ 重量百分数配方 Wi /∑Wi×100% 以胶料总重量100%计，生胶及各类配合剂所占的重量百 分数表示。
✓ 体积百分数配方(体积配方) Wi /γi= Vi Vi / ∑Vi×100%
➢ 软化增塑剂：尽量少用软化剂，因加入软化剂能 使定伸强度和硬度降低，尤其是加入石油系操作 油。但可配用些固体古马隆树脂、硫化油膏等改 善操作。
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撕裂强度的影响因素： ➢胶种本身强度好，如结晶性橡胶的撕裂强
度好； ➢胶料要均质，应尽量避免弱结构出现，因
裂口撕裂总向弱处扩展，故各向异性的胶 料不宜使用； ➢适当有取向变化的能力。
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• 7.3 与硫化胶性能的关系
✓补强剂：选用中等粒径者比微粒者好，用量 宜少。
✓软化增塑剂：用量适当而不宜多用。 少用芳基油和粘度大的油，可用石蜡油
或酯类增塑剂可使胶料弹性有所增加。
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• 7.3 与硫化胶性能的关系
强度—— 包括抗张(扯断)、伸长(断裂)、定伸 (模量)、硬度(刚性)、撕裂、耐磨及永久变形 等，项目较多且内外关系复杂。
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• 配方设计
胶种：根据生胶的结构，视其柔顺性。 NR柔性好、弹性好、应力松弛快、收缩性小、保
持压延形状的能力大，故压延性能好。 BR柔性好，但强度低、包辊性差，故压延性能比
NR差。 SBR、NBR分子链呈刚性，柔性差，压延压出的
膨胀收缩性大，故压延压出性差。 含胶率：压延压出时要求含胶率低些好。