橡胶制品的配方设计原理介绍

橡胶制品的配方设计原理一、橡胶的并用。

无论是什么橡胶不可能具有十全十美的性能，使用部门往往对产品提出多方面的性能要求，为了满足此目的，而采用橡胶并用的方法。

如，为提高二烯烃类橡胶耐热、耐光老化性能，可加入氯磺化聚乙烯。

丁睛橡胶的耐粙性很好，但耐寒性不好，若并用10%的天然胶，便可改善它的耐寒性。

在橡胶中并用高苯乙烯、改性酚醛树脂、三聚氰胺树脂等都可改善橡胶的补强性能。

合成橡胶的工艺性能一般都不够好，特别是饱和较高的合成橡胶，无论是炼胶、压延、贴合、硫化等性能都比较差，所以常加入天然橡胶或树脂。

以改善其未硫化胶的加工性能。

如，丁苯橡胶加入5-20份低压聚乙烯，可减少丁苯橡胶的收缩率。

乙丙橡胶中加入酚醛树脂可提高粘性。

加入天然胶对一般合成橡胶的工艺性能都会有所改善。

为了改进工艺加工性能，并用天然胶或树脂的比例一般都在20%以下。

有些合成橡胶性能优良，但价格昂贵，在不损害原物性的前提下，并用其它橡胶或树脂是完全可行的，如，丁睛胶中并用聚氯乙烯或丁苯胶中掺入天然橡胶，都能起到这一作用。

1. 橡胶并用必须具有一定的相溶性，对橡胶来说天然、顺丁、异戊橡胶等能以任何比例均一地混合，最终达到相溶状态。

而天然胶与丁基橡胶就不能均一地混合。

若硬性机械地混合，所得硫化胶的实际使用性能会显着地下降，这是因为它们的相溶性很差。

并用体系最重要的因素是相溶性，从应用的观点来看，如果混合不均，非但达不到并用的目的，反而影响工艺加工，特别是硫化。

因此，并用问题的焦点是两种橡胶能否相互混合，以及混合后达到什么样的相容程度。

固体橡胶并用时，因橡胶本身粘度很大，高分子的布朗运动不像液体那么容易，扩散速度较慢，对大分子的位移造成很大的阻力，严重影响橡胶间的互容作用。

为此在工业生产中都采用机械力强化分子运动，用提高温度和加入软化剂的方法来降低粘度，以促进两种橡胶的混合，所以产物从宏观上来看虽没有相分离，但真正达到溶解状态也不是很多的，其原因包括下来有以下几点，橡胶的极性、内聚能密度、橡胶的结晶、橡胶的分子量等。

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2.分散性，高分子固相体橡胶的粘度高，纵然选择相容性较好的的两种橡胶，用开练机、密练机在高剪切作用下混合，要像低分子液体那样，呈分子状态的均一分散状态，也是很因难的。

橡胶分子的布朗运动不象液体那样自由，扩散速度较慢，从外表上看是均一地混合了，由于两种或多种橡胶的分散状态在广泛的范围内变化，并用胶的物理性能将产生很大的差异。

两种橡胶在空气中混合时，由于相容性的不一致可产生两种不同的分散状态。

，即均相分散状态和非均相分散状态，实际上并用达到均相分散状态的可能性很小，在部分是非均相分散状态组分之间仍然保持一定的界面。

以不连续相（岛相）分散于连续相（海相）中的分散状态。

非均相分散状态分为以下三级A,宏观非均相级，区域尺寸为10-100微，B,微观非均相为0.1-2微C,半均相级成接枝或嵌段两种共聚体。

一种并用体的分散状态不可能单一纯地存在着一个状态，而是以几种状态并存的局面，只不过某一级为主而已。

3.共硫化，除了相容性和分散性外，橡胶并用的另一个重要因素是共硫化性。

它是指并用橡胶的硫化体系选择和硫化速度的调整问题。

对相同硫化速度而言，通用橡胶以天然胶为最快，其次是异戊橡胶，顺丁橡胶、乳聚顺丁、丁苯胶。

硫化速度较慢的橡胶可采用减少硫黄，增加促进剂的方法，以与天然橡胶的硫化速度互相配合。

一般对同一硫化速度的橡胶，天然橡胶为高硫黄低促进剂、丁苯橡胶为低硫黄高促进剂，顺丁胶处于两者之间。

橡胶硫化速度的差异与其分子结构的关系很大。

不同硫化体系橡胶，如天然胶与氯丁胶或丁基橡胶并用。

虽可以提高并用体系的加工性能，但因缺泛共硫化性能所得的硫化胶性能比平均值还低，不能获得满意的性能。

把丁基橡胶卤化后或提高不饱和度，可改善与天然胶的共硫化。

选用适宜的共硫化剂，如天然胶与氯丁胶的共硫化剂可为醛类物质，并用性能差不多呈直线变化。

从实际生产看，并用橡胶的共硫化性与分散性是不可分割的。

橡胶之间分散越均匀，硫化的物理性能越好，但并用橡胶多为非均相分散状态，由于两相间硫化程度的差异以及界面之间的不同橡胶能否交联、接枝等因素，对硫化胶的物性有决定性的影响，造成并用橡胶两相间硫化程度不均的原因是1.硫化胶的溶解度，在温室条件下，按通常配方所加入的硫化剂数量为过保和或近似于保和状态，在硫化温度范围内就变成不保和状态，并用两相间的溶解度之差，造成两相间硫化剂分配不均一，也存在浓度差，从而导致并用橡胶两相间的硫化程度非均性2.硫化剂的扩散性，由于橡胶的溶解度不同，在并用体系的两相间，硫化剂会引起扩散引起迁移，在一定温度下，通常向硫化剂溶解度高的橡胶相迁移，当达到分配系数后，为平衡状态。

硫化剂等配合剂的扩散速度非常迅速，同一种橡胶中的浓度差异在短时间内就可消除。

总之并用橡胶物性的好坏与其硫化系统有密切的关系，选择两种橡胶并用时，要考滤到两者所采用的硫化体系是否一致，有没共硫化作用，对同一硫化体系而言，还存在着硫化剂的溶解度和扩散的差异，硫化时由于硫化剂偏向于扩散浓度大的橡胶，导致硫化速度快，结果造成过硫或欠硫的两种橡胶并存，从而异相间形成不均一硫化，并用橡胶物性下降，如三元乙丙与丁苯胶并用效果就不够好。

为了提高二烯烃类橡胶的抗臭氧性能，并用相容性差的EPDM时，将EPDM的各种硫化促进剂做接枝处理，可大大改善对NR的混合性，用加成硫黄法亦可改进EPDM/NR并用体系的耐疲劳、耐曲绕性。

此外，并用体系中加入第三组份，或提高不保和度，如IIR的异戊二烯烃从1.8%提高到18%,可提高二烯烃类橡胶的并用性能。

还有使丙烯酸酯橡胶主链引入不保和基团，使之能用硫黄共硫化。

羟甲基化树脂和丁睛橡胶并用可制得高抗张强度、高硬度产物。

4.并用橡胶中的化学反应。

天然橡胶与顺丁橡胶并用有交联反应，而天然胶与丁睛胶则无交联反应。

聚胺脂橡胶与丁睛胶并用体系也有交联反应。

总之并用橡胶必须充分考滤以上四点二、配方设计与胶料工艺性能的关系。

所谓加工性能好的配方是配方与制造方法和加工设备相适应的配方。

1.可塑性，可塑性除了塑练工艺外，还可以通过调整软化剂的用量来得到。

软化剂对可塑性影响顺序为；油酸>松焦油>硬脂酸>松香>沥青>植物油>矿物油。

填充剂降低可塑性，影响大小按下列顺序；槽法碳黑>乙炔炭黑>陶土>氧化镁>碳酸镁>炉法炭黑>硫酸钡>立德粉>氧化锌>碳酸钙>热裂法碳黑。

同一种胶种因使用设备、工艺方法、工艺条件不同具有的可塑性也有差异，不能一概而论。

在密练机中高速混练时，丁苯橡胶与氯丁橡胶在高温中最易生成凝胶，粘度反而上升，使填充剂分散不良导致硫化胶物性不理想，这也是造成复合制品粘着不好的原因。

配方中加入防老剂、及亚硝基-2-萘酚有防止丁苯胶凝胶作用，加入五氯硫酚或DM可防止硫黄调节型氯丁胶凝胶。

使用两种橡胶并用时粘度高的必须先塑练，因为两种橡胶粘度两差太远，易引起聚合物分散不良。

聚氯乙烯或聚乙烯与热塑性塑料并用时，在加入填充前必须比塑料熔点稍高点温度下使两者混合均匀。

2.混练特性，填充剂混入速度快而分散不良的情况很多，一般来说，粒子近于球形、假比重的填充剂混入速度快，炭黑的结构低的有利于混入。

压出收缩与结构有关，结构愈高收缩愈小。

比表面积大不利于混入。

加入填充之前加入油类软化剂可使胶料粘度下降，加快填充剂的混入速度，但会带来分散不良。

因此原则上是后加油。

高填充配方在混练时，可分批加入填充及油料。

从配方设计角度方面考滤，可选用分散良好的填充剂。

分散良好的填充剂应具备以下条件，A,补强性较小B相同配方中粒经较大C,含水份较少D,假比重较大E,具有异向性能F,碳黑结构度较高等。

操作油中芳烃含量高亦能促进分散。

促进剂一般易分散，但必须注意硫黄的分散。

3.包辊性。

强度高、粘性好、具有收缩性的生胶包辊性好，天然胶的粘性，强度高所以包辊性好，合成橡胶中除了氯丁橡胶外一般强度都很低，所以在配合上要多想办法，选择增加混练胶强度的填充剂，补强性高的炭黑、白炭黑、硬质陶土、碳酸镁、白艳华等。

而氧化锌、硫酸镁、钛白等填充剂的混练强度降低。

此外，易脱辊的还有陶土类、滑石粉、白艳化等。

相反硬质陶土、碳酸钙、白艳华等易粘辊，含芳烃高和操作油粘度高的，如，松焦油、树脂、古马隆树脂、烷基酚醛树脂等可以提高粘性着性。

4.焦烧，当前生产中应用的槽法炭黑粒径小，生热大，但PH值低，一般不易焦烧，反之炉法炭黑则有促进硫化作用，容易焦烧，所以在碳黑用量多的配方中软化剂用量要增加，这除了帮助分散作用外，还可以减少胶料的生热对防止早期硫化是有效的。

在配方中采用迟效性促进剂或临界活化温度高的促进剂，如DM或DM与D并用等。

也可适量地配入防焦剂。

5.喷霜，若喷出的是硫黄再次硫化可以消除，不是硫黄可以用稀盐酸暂时擦去。

为了防止喷霜，应选用颗粒小的硫黄，且用量要适当，应严格控制正硫化，并加强对游离硫的控制。

其它配合剂如石腊、防老剂等在橡胶中都有一定的溶解度，当外界条件变化形成过保和，就可能喷出表面，防老剂选用分子量低的物质，则易喷出，易挥发，反之选用分子量高的则不易从胶料中迁到表面，因而起不到防止制品易老化的作用。

防老剂用量在1.5份，多了也有喷出的可能。

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6.压延压出性，压延是由压延机辊筒施力作用于热练胶而使之压成一定形状，压延效果的好坏决定于胶料的压延能力或压延后的收缩率。

胶料的压延能力是指压延时胶料的塑性变型能力。

它受到胶料的可塑性和应力松驰能力的影响。

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叫收缩，其长度变化的比率叫收缩率。

我们希望胶料在压延后保持压延形状的能力，即希望胶料的塑性大，应力松驰能力大。

影响压延过程的主要因素有两个方面，一是胶料方面，这是决定胶料流变形为的内在因素，二是工艺条件，如辊温、辊速等。

这是决定胶料流变形为的外在因素。

胶料配方设计时主要考滤以下几点。

A.生胶的选型，各种生胶分子结构特征不同，蠕变特性亦不一样，丁苯胶分子结构的特征是侧基比较笨重，分子比较僵硬，柔顺性差，因而变形总是比较慢，在压延辊筒上停留的时间内不能很好地达到平衡，而保持较大的弹性复原性，当离开辊筒后就改变了自已的形状，所以丁苯橡胶较之天然橡胶具有较大的收缩率。

天然橡胶的分子柔顺性大应力松驰得快，在压延机辊筒上能产生较大的塑性变形，保持压延形状能力最大。

一般来说，所有合成橡胶的压延能力比天然胶小，天然橡胶压延后的收缩率最小。

B,胶料的含胶率，胶料配方中同类生胶含胶率不同时对压延的影响亦不同，含胶率高，胶料的弹性大，收缩率就较大。