橡胶基础知识

橡胶基础知识

张殿荣《现代橡胶配方设计（第二版）》出版日期: 2001

丁苯橡胶、顺丁橡胶等非结晶性橡胶，不配合补强剂时，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、降低材料成本等进行了大量的实践。

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结构，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成本；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，也可降低成本；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配合剂构成的多相体系，橡胶材料中各个组分之间存在着复杂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，在一定程度上仍依赖于长期积累的经验。

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基础的传统方法。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发展与普及，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多次试验改为多因素的一次试验，应用计算机进行配方试验的数据处理，优选配方，通过少量的试验，即可获取大量的有用信息，从而简化了实验程序，加快了研究进程，节约了大量的人力、物力和时间，同时能发现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可能在所有性能指标上达到全优。在许多情况下，配方设计应遵循如下基本原则：

①在不降低质量的情况下，降低胶科的成本；②在不提高胶构成本的情况下，提高产品质量。要使橡胶制品的性能、成本和工艺可行性三方面取得最佳的综合平衡。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，掌握原村科配合的内存规律，设计出实用配方。

基础配方

基础配方又称标准配方，一般是以生胶和配合剂的鉴定为目的。当某种橡胶和配合剂首次面世时，以此检验其基本的加工性能和物理性能。其设计的原则是采用传统的配合量，以便对比，配方应尽可能的简化，重现性较好。基础配方仅包括最基本的组分，由这些基本的组分组成的胶料，既可反映出胶料的基本工艺性能，又可反映硫化胶的基本物理性能。可以说，这些基本组分是缺一不可的。在基础配方的基础上，再逐步完善、优化，以获得具有某些特性要求的性能配方。不同部门的基础配方往往不同，但同一胶种的基础配方基本上大同小异。

天然橡胶(NR)、异戊橡胶(IR)和氯丁橡胶(CR)可用不加补强剂的纯胶配合，而一般合成橡胶的纯胶配合，其物理—机械性能太低而无实用性，所以要添加补强剂。

性能配方

为达到某种性能要求而进行的配方设计，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。性能配方应在基础配方的基础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。

实用配方

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，这就需要在不改变基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行折中。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，用下列经验公式计算：

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除以基本配方总质量即得换算系数α。

α = Q/基本配方总质量

橡胶设计理论

近年来，很多研究者采用了一种高分子材料“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，有意识地加了一个第二方块。第二方块的加入，为设计提供了理论根据，减少了试验工作的盲目性，是寻求结构与性能之间关系的有效方法，大大改进了传统的研究方法。

橡胶材料“三方块”设计方案

第一方块 第二方块 第三方块

图1 橡胶材料“三方块”设计方案

例如，通过电子显微镜可以研究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、组成及界面的形态结构等；用X 射线衍射可测定生胶和硫化胶中的结晶度，研究配合剂的原始形态和硫化混炼过程中的结构变化，以及炭黑的结构、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，研究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研究橡胶的微观结构，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、主链结构、结晶度、序列分布等；通过流变仪可以研究胶料的粘度与剪切应力、剪切速率、温度等的关系，以及聚合物流动中的粘弹行为等；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)的配方设计提供重要依据。

未硫化橡胶加工性能的试验

配合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新鲜表面，再借助仪器或肉服来观察表面测定分散度，或者对胶料超薄切片，进行内部结构的观察以测定分散度。分散度的直接测定法有：①ASTM(美国材料试验协会)D2663标难(A 法——肉眼判断法和B 法——凝聚块计数法)

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