青岛科技大学橡胶配方设计 ppt课件
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青岛科技大学橡胶工艺讲稿4
青岛科技大学橡胶工艺原理讲稿（4）第三章补强与填充体系§3-1 绪论填料是橡胶工业的主要原料之一，它能赋予橡胶许多优异的性能。
例如，大幅度提高橡胶的力学性能，使橡胶具有磁性、导电性、阻燃性、彩色等特殊的性能，赋予橡胶良好的加工性能，降低成本等。
一．何谓补强与填充？补强：在橡胶中加入一种物质后，使硫化胶的耐磨性、抗撕裂强度、拉伸强度、模量、抗溶胀性等性能获得较大提高的行为。
凡具有这种作用的物质称为补强剂。
填充：在橡胶中加入一种物质后，能够提高橡胶的体积，降低橡胶制品的成本，改善加工工艺性能，而又不明显影响橡胶制品性能的行为。
凡具有这种能力的物质称之为填充剂。
二．填料的分类填料的品种繁多，分类方法不一。
填料按不同方法分类如下：（1）按作用分补强剂：炭黑、白炭黑、某些超细无机填料等。
填充剂：陶土、碳酸钙、胶粉、木粉等。
（2）按来源分有机填充剂：炭黑、果壳粉、软木粉、木质素、煤粉、树脂等。
无机填充剂：陶土、碳酸钙、硅铝炭黑等。
（3）按形状分粒状：炭黑及绝大多数无机填料。
纤维状：石棉、短纤维、碳纤维、金属晶须等。
三．橡胶补强与填充的历史与发展橡胶工业中填料的历史几乎和橡胶的历史一样长。
在Spanish时代亚马逊河流域的印第安人就懂得在胶乳中加入黑粉，当时可能是为了防止光老化。
后来制作胶丝时曾用滑石粉作隔离剂。
在Hancock发明混炼机后，常在橡胶中加入陶土、碳酸钙等填料。
1904年，S. C. Mote用炭黑使橡胶的强度提高到28.7MPa，但当时并未引起足够的重视。
在炭黑尚未成为有效补强剂前，人们用氧化锌作补强剂。
一段时间后，人们才重视炭黑的补强作用。
我国是世界上生产炭黑最早的国家。
1864年美国开始研制炭黑。
1872年世界才实现工业规模的炭黑生产。
炭黑的补强性不仅使它得到广泛的应用，而且也促进了汽车工业的发展。
二战前槽黑占统治地位，50年代后用炉黑代替槽黑、灯烟炭黑，炉黑生产满足了轮胎工业发展的要求。
青岛科技大学实用橡胶工艺学通用课件
二、橡胶工业的重要性
1.橡胶是重要的工业材料，同时又是重要的战略 物资，应用广泛。
2.目前世界橡胶制品的品种和规格的总数约有10 万之多。
三、本科程的内容
1.橡胶工艺生产所用的 原材料
包括生胶及橡胶类似物、硫化 体系配合剂、补强填充剂、软 化增塑剂、防老剂等原材料
以生胶为原料 制造橡胶制品
2.原材料的配方 3.橡胶加工工艺的过程
恒粘橡胶
它是在制胶时加入了占干胶重 量0.4%的中性盐酸羟胺或中性硫酸 羟胺或氨基脲等羟胺类化学药剂， 使之与橡胶链上的醛基作用，将醛 基钝化而抑制生胶贮存硬化，保持 生胶的粘度在一个稳定的范围。 固定粘度橡胶的主要特点是生 胶门尼粘度低而且稳定。
3、分级
两种分级方法
1.按外观质量分级 如烟胶片及绉胶片
（6）1830年至1876年英国人把橡胶树种和幼苗从伦敦皇 家植物园移植到印尼、新加坡、马来西亚等地，完成 了野生天然橡胶变成人工栽培种植的艰难工作。 （7）1839年，C．Goodyear发明橡胶硫化法：将橡胶和 硫磺共热，特别是在铅化合物存在下与硫磺共热之后， 橡胶就会变成坚实而富有弹性的物质，不再因温度的 改变而变硬发粘。 （8） 1888年英国医生Dunlop发明了充气轮胎。 （9） 1904年发现某些金属氧化物有促进硫化作用，但 效果不十分明显。1906年发现苯胺有促进硫化作用， 直到1919年才开始大量应用噻唑类促进剂。 （10） 1920年炭黑作为橡胶的补强剂大量使用。
天然橡胶 合成胶
品种
较少 较多
产量
较低 较高
性能
综合性能好 特种性能好
用途宽广
较窄 较广
注：天然胶与某一种合成胶相比则用途较广， 若与整类合成胶相比则用途较窄
XX514第7章橡胶配方设计
➢ 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。
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；
✓ 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。
✓ 交联键型影响强度，一般是S/促>TMTD>过氧化物 >辐射硫化。
✓ 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。
➢ 软化剂： ✓ 含芳烃高的和粘度大的操作油、松焦油、树脂、
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。
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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XX514第7章橡胶配方设计
• 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。
➢ 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。
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；
✓ 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。
✓ 交联键型影响强度，一般是S/促>TMTD>过氧化物 >辐射硫化。
✓ 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。
➢ 软化剂： ✓ 含芳烃高的和粘度大的操作油、松焦油、树脂、
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。
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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XX514第7章橡胶配方设计
• 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。
➢ 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。
《橡胶配方与加工技术I》课件——第一章 橡胶配方设计基础
配方2单位质量成本: Pm=∑(Pi×mi)/ ∑mi=2376.7/214.5=11.080（元/kg）
配方2单位体积成本： Pv2=Pm× ρ=11.080 ×1.330=14.736（元/L）
配方2制作制品的体积： V2=V1=m/ ρ=1200/1.147=1046.2（cm3）
制品胶料成本： P胶2=Pv2×V2=14.736×1.0462=15.42（元）
配方2的炼胶成本：P炼胶2=1.0462×1.330×1.2=1.67（元） 配方2硫化成本：P硫化2=（5/60）×10=0.83（元） 总成本：P总2= P胶2+ P炼胶2+ P硫化2=17.92（元） 每件制品的利润：R2=P价格—P总2= 21.6-17.92=3.68(元)
总结：
（1）配方中加入填料均可降低胶料成本，但不一定降低 总成本。加入填料后，合格率下降，硫化时间延长，炼胶 成本增大。 （2）如产品按质量计价，配方中加入密度大的填料成本 低；如按件计价，加入密度小的填料成本低。 （3）加入填料，会牺牲制品的性能。 （4）不加填料，加快硫化速度或胶料流动性，虽然胶料成 本略有增加，但可降低炼胶成本和硫化成本，提高效益。 （5）中低档及小制品采用加填料降成本；高档大型制品要 多考虑制品合格率和工艺成本。
SBR
18
0.94
N770
8
1.8
芳烃油 6.5
1
ZnO
14
5.57
St
6
0.85
S
1.8
2
促M
16
1.52
防DPPD 32
1.28
重钙 0.352.8合计————
体积
/cm3
106.38 27.78 5.00 0.90 1.18 0.75 0.66 0.78 17.86
配方2单位体积成本： Pv2=Pm× ρ=11.080 ×1.330=14.736（元/L）
配方2制作制品的体积： V2=V1=m/ ρ=1200/1.147=1046.2（cm3）
制品胶料成本： P胶2=Pv2×V2=14.736×1.0462=15.42（元）
配方2的炼胶成本：P炼胶2=1.0462×1.330×1.2=1.67（元） 配方2硫化成本：P硫化2=（5/60）×10=0.83（元） 总成本：P总2= P胶2+ P炼胶2+ P硫化2=17.92（元） 每件制品的利润：R2=P价格—P总2= 21.6-17.92=3.68(元)
总结：
（1）配方中加入填料均可降低胶料成本，但不一定降低 总成本。加入填料后，合格率下降，硫化时间延长，炼胶 成本增大。 （2）如产品按质量计价，配方中加入密度大的填料成本 低；如按件计价，加入密度小的填料成本低。 （3）加入填料，会牺牲制品的性能。 （4）不加填料，加快硫化速度或胶料流动性，虽然胶料成 本略有增加，但可降低炼胶成本和硫化成本，提高效益。 （5）中低档及小制品采用加填料降成本；高档大型制品要 多考虑制品合格率和工艺成本。
SBR
18
0.94
N770
8
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芳烃油 6.5
1
ZnO
14
5.57
St
6
0.85
S
1.8
2
促M
16
1.52
防DPPD 32
1.28
重钙 0.352.8合计————
体积
/cm3
106.38 27.78 5.00 0.90 1.18 0.75 0.66 0.78 17.86
橡胶配方ppt
橡胶配方ppt
那么对于f(x)，只要知道u，σ 2，即E(X)和D(X)， 就可以画出其曲线。
正态分布表示为
，往往需要对其进行标准
化。如令
，则随机变量Y服从标准正态分
布，表示为 ，N(0，1)。
大家可计算E(Y)=0，D(Y)=1。
如
橡胶配方ppt
5. 三种重要抽样分布
三种重要抽样分布—— 分布，t分布，F分布。它们在 作统计判断时经常使用。先来看一下正态母体的子样平均 数。
5.1 正态母体中的 的分布：
设x1，x2，…，xn是独立同分布随机变量，且每个随机变
量服从正态分布
，则平均数
是否服从？
橡胶配方ppt
大家可以用前面所学的计算一下：
橡胶配方ppt
5.2 分布
设x1，x2，…，xn是独立同分布随机变量，且每个 随机变量服从标准正态分布N(0，1)，则随机变量
的分布密度是
橡胶配方ppt
因此s2不是σ2的无偏估计 按E(X)性质
σ2无偏估计，记为s*2 Es*2=σ2，这里可看到，当n很大时，s*2= s2
橡胶配方ppt
前面我们所说的估计可以说是点的估计，而数理统计 中的未知参数往往需要依靠一定的概率在一定范围 内进行估计，这即是区间估计，例：
已知某橡胶试片的300％定伸强度在正常情况下 服从正态分布，且标准差σ＝0.108，现测五个试片， 其300％定伸是4.28，4.40，4.42，4.35，4.37 （MPa),试以概率95％对母体平均u作区间估计。
橡胶配Байду номын сангаасppt
举例
测200个圆柱状橡胶件的直径，最小13.09，最大13.69。现 把它们分成12个组，组距为0.05列表如下：
青岛科技大学橡胶工艺讲稿1
青岛科技大学橡胶工艺原理讲稿（1）青岛科技大学, 橡胶, 讲稿, 工艺, 原理合成橡胶在8种合成橡胶中全部由我国自行研究开发的胶种有BR、SSBR、SBS和CR；全部引进国外技术的胶种是EPDM。
§1.3丁苯橡胶（SBR）SBR是产量最大的合成橡胶，占合成橡胶总量的55%，70%用于轮胎。
按合成方法分为乳聚（1933年由德国的Farben公司生产）和溶聚（60年代投入工业化生产，发展较快）SBR两大类。
一．合成方法聚合单体：丁二烯（占2/3以上）、苯乙烯（少于1/3）1．乳液法：高温乳液聚合：50℃低温乳液聚合：5℃2．溶液法：60年代后投入工业化生产，该胶具有滚动阻力低，抗湿滑性好、综合性能高等特点，在轮胎行业中获得广泛应用。
二．分类（按制法分）三．SBR的结构乳聚SBR：顺1，4—结构含10%，反1，4—结构70%，1，2—结构20%溶聚SBR：顺1，4—结构比乳聚高，其它比乳聚低四．SBR的性能（一）性能1．物理常数密度（g/cm3）d=0.92~0.94折光指数 1.532．SBR强度比NR差生胶格林强度约为0.5MPa；纯胶硫化胶的强度为1.4~3.0MPa；但炭黑补强后硫化胶的拉伸强度高达17~28MPa。
撕裂强度比NR低，大约为NR的一半。
3．弹性、耐寒性比NR差。
4．耐热、耐老化、耐磨性比NR好（苯环弱吸电、体积大—分子内摩擦大、双键浓度低），硫化反应速度慢。
5．SBR耐屈挠疲劳性比NR差，但耐初始龟裂性好，耐裂口增长性差。
6．SBR粘着性比NR差。
7．SBR的电性能和耐溶剂性SBR电绝缘性能良好，耐溶剂性比NR好，但仍不耐非极性油类。
8．抗湿滑性优于NR、BR。
（二）配合与加工配合：必要成分—硫化剂：硫黄用量比NR中少(双键量少)促进剂：促进剂用量比NR中多(硫化速度慢)活化剂补强剂：主要是炭黑(非自补强性)增粘剂：本身粘性差，用烷基酚醛树脂，古马隆树脂增粘一般成分—防老剂，软化剂加工：塑炼性—一软丁苯（门尼粘度在40~60之间）一般不需要塑炼；混炼性——SBR对炭黑湿润性差，混炼生热高，开炼机应控温在40~50℃之间且包冷辊。
最新橡胶材料与配方 第十章 橡胶配方设计的试验设计方法教学讲义ppt课件
橡胶材料与配方 第十章 橡胶配方设计的试验设计
方法
Unit Three Hypotaxis and Parataxis（形合与意合）
I. Review (Contrasts between E and C Languages)
English
Chinese
1. synthetic
III. Basic Clause Pattern in English
1. SV
5. SVOA
2. SVA
6. SVOO
3. SVC
7. SVOC
4. SVO
eg. 内战使他们的生意萧条．
analytic
2. hypotaxis
parataxis
3. chain language
block language
4. complex
simple
5. tightly-knitted
loosely-structured
6. result + cause
cause + result
7. impersonal
Shanghai was once paradise for the adventurers but hell for the working people.
9) 他于1830年离校，去伦敦生活。
He left school in 1830, and went to live in London.
----( The American Heritage Dictionary) Parataxis: The arranging of clauses on after the other without connectives showing the relation between them.
方法
Unit Three Hypotaxis and Parataxis（形合与意合）
I. Review (Contrasts between E and C Languages)
English
Chinese
1. synthetic
III. Basic Clause Pattern in English
1. SV
5. SVOA
2. SVA
6. SVOO
3. SVC
7. SVOC
4. SVO
eg. 内战使他们的生意萧条．
analytic
2. hypotaxis
parataxis
3. chain language
block language
4. complex
simple
5. tightly-knitted
loosely-structured
6. result + cause
cause + result
7. impersonal
Shanghai was once paradise for the adventurers but hell for the working people.
9) 他于1830年离校，去伦敦生活。
He left school in 1830, and went to live in London.
----( The American Heritage Dictionary) Parataxis: The arranging of clauses on after the other without connectives showing the relation between them.
《橡胶配方与加工技术II》课件——原材料的加工与配合
❖直接称量：（适用无污染、无粘附固体物料）（包括
两边都加垫纸称量） ❖ 1) 清理称盘 ❖ 2) 标定好砝码或砣及游码（物料质量） ❖ 3) 准确加料（先多后少先快后慢最后滴加）到称盘 ❖ 4) 倒出料到存料器并刷净 ❖ 5) 复位
❖ 间接称量
❖ 1) 清理容器 ❖ 2) 将容器放到称盘 ❖ 3) 准确称量容器的质量 ❖ 4) 标定好砝码或砣及游码（物料和容器质量和） ❖ 5) 准确加料（先多后少先快后慢最后滴加）到称盘 ❖ 6) 取下容器 ❖ 7) 复位
❖ ④合应保持清洁、配合剂不得相互掺混或掺入其它杂质， 配合后应在4h混炼完。否则应严格保护好，以防吸潮、 落入尘灰和本身飞扬等。
❖ ⑤实验室称量，使用完每一种药品要及时将药匙归位， 并盖好盖子。
❖ （5）标识与复查 ❖ ①每称量好一样原材料后，需标识好品种、规格及用量； ❖ ②原材料全部称量完毕，必须复查原材料的品种、规格
❖ 方法：烘房、烘箱、红外线、高频电流
❖ 加工对象：1.硬质橡胶NBR
❖
2.结晶橡胶NR、CR
❖ 实训：使用实验室烘箱进行烘箱操作 ❖ （1）操作顺序 ❖ ①按工艺要求设置好烘胶温度，进行预热； ❖ ②设置烘胶时间； ❖ ③温度达到工艺要求后放入生胶进行烘胶，注意生胶不要
靠近箱壁，胶块之间应稍有空隙。 ❖ ④烘胶时间到取出生胶以备使用。 ❖ （2）操作要点 ❖ ①烘胶前先按工艺要求设置好烘胶温度和烘胶时间； ❖ ②放胶时手不要碰触箱壁，以防烫伤。
最好要切的胶块下垫一胶片； ❖ ④胶块放好后，用手指按下“下降”开关，开关颜色，开始
切胶；切下后多数机台可自动上升。 ❖ ⑤将切好的胶块放到胶架上，不要落地； ❖ ⑥切好后关闭电源开关； ❖ ⑦清擦设备，打扫卫生，做好设备记录。
第四章橡胶配方设计丁基应用
2.85
10.6 79
树脂6份 树脂7份
14.07 14.92
402
406
3.13
3.39
11.27 80
12.05 81
拉伸强度 拉断伸长率 100%定伸应力 300%定伸应力 硬度增加
-74.34% -41.36% -40.47% -40.92% -38.66% -39.61%
-3.78% 2.77% -2.09% -11.92% -6.49% -10.30%
80
80
80
80
80
80
80
ZnO
2
5
--
--
--
--
--
硬脂酸
1
--
--
--
--
--
--
促DM
1
--
--
--
--
--
--
促TT
0.5
--
--
--
--
--
--
促BZ
0.5
--
--
--
1
--
--
硫磺
0.5
--
--
--
--
--
--
MgO
--
4
--
--
--
--
--
强力克
--
--
2.5
--
--
--
--
Diak1#
（2）化学改性剂法
• 炉法炭黑、热裂发炭黑、白炭黑和陶土等补强填充剂 的表面不含氧，因此必须通过使用化学改性剂进行热 处理，以提高其补强效果。常用的处理剂为聚对二亚 硝基苯、N-甲基-N,4-二亚硝基苯胺、醌肟GMF等。
10.6 79
树脂6份 树脂7份
14.07 14.92
402
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拉伸强度 拉断伸长率 100%定伸应力 300%定伸应力 硬度增加
-74.34% -41.36% -40.47% -40.92% -38.66% -39.61%
-3.78% 2.77% -2.09% -11.92% -6.49% -10.30%
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Diak1#
（2）化学改性剂法
• 炉法炭黑、热裂发炭黑、白炭黑和陶土等补强填充剂 的表面不含氧，因此必须通过使用化学改性剂进行热 处理，以提高其补强效果。常用的处理剂为聚对二亚 硝基苯、N-甲基-N,4-二亚硝基苯胺、醌肟GMF等。
第十篇橡胶配方设计的试验设计方法PPT课件
为两水平平均值之差，其绝对值大小 反映了不同因子对试验结果的影响情 况。
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感谢您的观看！
第17页/共17页
15
x3(0.382)
x2 (0.618)
0
3.6
9.3
x4(0.382)
x3(0.618)
0
2.2
3.6
5.7
试验结果：齐聚酯用量的合理范围为2.2～5.7质量份。
第4页/共17页
橡胶配方设计的试验设计方法
二、平分法(对分法)
如果在试验范围内，目标函数是单调的，要找出满足 一定条件的最优点，可以用平分法。平分法和黄金分割 相似，但平分法逼近最佳范围的速度更快，在试验范围 内每次都可以去掉试验范围的一半，而且取点方便。
第7页/共17页
橡胶配方设计的试验设计方法
一、正交表的概念
1．正交表的表示 正交表是试验设计法中合理安排试验并对数据进行统计 分析的主要工具。常用的正交表有：L4（23），L8 （27），L12（211），L16（215），L20（219），L32 （231），L8（4×23），L16（42×29），L16 （43×26），L16（44×23），L16（8×28），L16 （215），L16（215），L16（215），L9（34），L27 （313），L16（45），L25（56）…… 正交表的符号以L4（23）为例，说明如下： L——表示正交； 4——代表试验次数； 2——标准正交表上可安排的因子水平数； 3——代表列数(试验的因子数)。
A×C 5 1 2 1 2 2 1 2 1
8.5 8.0 0.125
B×C 6 1 2 2 1 1 2 2 1 7
9.5 -0.625
青岛科技大学实用橡胶工艺.ppt
概 述
一、橡胶的分类 1.按来源与用途分 2.按外观形态分 3.按交联方式 4.按化学结构分类
1.按来源与用途分
天然橡胶
通用合成橡胶
合成橡胶 特种合成橡胶
2.按外观形态分
固体（块状及片状）橡胶—为目前工 业应用的主要品种 液体橡胶 粉末橡胶
3.按交联方式分 化学交联的传统橡胶
热塑性弹性体
4.按化学结构分
类型功能生胶及橡胶类似物基本材料主体硫化体系硫化剂促进剂起硫化作用活性剂防焦剂补强填充剂改善某些性能提高物机性能降低成本软化增塑剂改善加工操作性能防老剂改善提高质量延长使用寿命专用配合剂赋予特殊性能nr10035石蜡11凡士林促dm11陶土078zno60硬脂酸发泡剂h65矿油1535学习要求第一节天然橡胶第二节合成橡胶第三节其它形式橡胶品种第四节硫化胶粉和再生胶学习要求学习目的
第二节 合成橡胶（Synthetic Rubber）
一、合成橡胶的发展概况、命名及分类
合成橡胶是由各种单体经聚合反应或缩合 反应而制成的高弹性聚合物。
概念 发展概况 命名 分类
初期研究→甲基工业化时期 → 1940~1954年间的进展→工业化时期
趋于按原料单体组成来命名 如由丁二烯聚合的叫丁二 烯橡胶；由丁二烯和苯乙烯 分类趋于按其性能和用途可分为： 共聚的则叫丁苯橡胶。 ①通用合成橡胶：性能与NR 相近，物机 性能和加工性能较好。 ②特种合成橡胶：具有特殊性能
杜仲胶是我国一种野生天然高分子资源，它存 在于杜仲树的叶、皮、根中。杜仲胶和产于三 叶橡胶树的天然橡胶，化学成份相同，但分子 结构不同，杜仲胶为反式聚异戌二烯，天然橡 胶为顺式聚异戌二烯。在理论上，由于同种杜 仲胶分子，因硫化方式不同，既可呈现橡胶态 又可呈现不同的塑料态 ，根据此观点，有可 能在理论上深化对高分子材料分子结构和宏观 物理性能间关系的认识，并促进高分子理论的 发展。
橡胶配方设计第二章.ppt
光滑路面：
卷曲、疲劳磨耗
I=K[KμE/σ0]t[P/E]1+βt
由上式可知：磨耗性从本质上说取决于它的
拉伸强度、弹性模量，疲劳性和摩擦特性等。
具体情况具体分析：两种磨耗情况同时考虑，
如定伸应力或硬度的影响。
1、生胶与耐磨性的关系：
（1）PU最耐磨，并且强度高 在多数场合，高压且要求耐磨性时考虑PU 1)浇铸轮胎 2)鞋底 （2）BR：玻璃化转变温度低，摩擦系数低，动 态模量高，耐磨性好；增加1,4结构含量，拉伸 强度和弹性都增加，磨耗体积减小。后期老化后 反而降低了磨耗性，“抗掉块能力差”。 措施：增加BR中CB用量和降低硫化程度 （3）SBR：共轭体系存在时提高耐磨性 （4） NBR: 优良的 抗湿滑性及耐磨性 （5）TPI的耐磨性优于NR
在周期形变中不可逆形变产生的滞后损失 转化为热，亦促进了橡胶的疲劳破坏过程。
氧及臭氧的侵蚀
以断裂力学为基础研究橡胶的疲劳性能
Rivlin和Thomas提出：dc/dn = BGβ
G=2KCW0，W0 =E/2(λ2+2/λ-3)
可以通过积分式得到： LogN=-β[logf(λ)+log(λ2+2/λ-3)] +[logG-log(β-1)-(β-1)logC0-βlogE] 得到疲劳寿命与橡胶裂纹增长特性、形变幅 度、初始裂纹或缺陷的尺寸的定量关系。
4．软化体系
少量填加软化剂能改善胶料的拉伸形变，有 利于撕裂； 用量较多时，降低分子链间作用力，撕裂强 度降低。
三、 拉断伸长率(elongation at break)
1、橡胶分子链柔顺性好、生胶强度高、弹性变形 能力大，胶料的拉断伸长率高。 NR、CR、IR、IIR 2、硫化体系： 1) 拉断伸长率随交联密度增加而降低，降低交联 剂的用量或通过交联不足来达到高的伸长率。 2) C-SX-C> C-S2-C> C-S-C>C-C 3．补强填充体系 选用粒径大，结构度低的CB，伸长大； 用量越多，拉断伸长率越低 填料选用亲和力好的，或采用偶联剂改性 4．增加软化剂用量，显著提高硫化胶的拉断伸长率
橡胶配方设计基础 ppt课件
粘合力/kg
30 56 44
（1.27cm）-1
第二次试验 0.5 1.5
第三次试 验
0.75 1.25
53
51 55 54
• 试验结果：该配方中应用Manbond 680C的最佳用
量范围为0.75—1.25份。
28
分批试验法
这种方法是每批试验配方均匀地安排在试验范围
内。例如：每批做4个实验，我们可以先将实验范围 (a，b)均分为5份，在其4个分点x1，x2，x3，x4处 做4个实验。
初步确定 最佳工艺条件
20
（6）确定完整的生产配方 生产配方内容包括： 配方组分、用量，胶料性能指标（指胶料的名称， 代号，用途），工艺条件（主要指塑混炼条件， 硫化条件）及检验方法等整套资料。
21
以上配方设计程序可示意于下图
调查研究收集技术资料
制品的使用分析 原材料性能分析
加工工艺分析
制订基本配方和性能试验项目 试验室研究分析 选取最佳配方 复试并扩大中试 确定完整的生产配方
∑M胶——生产配方中生胶的总质量。
原材料 名称
生产配方
统一单位 配方/kg
转换系数
NR SBR
S 促M ZnO
St 防4020
C.B.
合计
5kg 3kg 200g 80g 400g 160g 160g 4kg
5
100/8=12.5
3
0.2
0.08
0.4
0.16
0.16
4
13.0
基本配方/份
62.5 37.5 2.5 1.0 5.0 2.0 2.0 50.0
确 定
油类： NBR、CR 刹车液E：P DM
6
橡胶配方设计课件
橡胶配方设计
配方体系表示方法、设计原则、 配方体系表示方法、设计原则、 性能对配方体系的要求
4
1/23/2011
1
4.1橡胶配方设计的基本概念 4.1橡胶配方设计的基本概念
橡胶配方就是表示能满足制品规定使用性能及加工性能要求 的胶料中，各种原材料的种类和用量的搭配方案。 的胶料中，各种原材料的种类和用量的搭配方案。生产中所 用配方应该包括：胶料的名称及代号、胶料的用途、各种配 用配方应该包括：胶料的名称及代号、胶料的用途、 合剂的用量、生胶含量、密度以及胶料的物性。 合剂的用量、生胶含量、密度以及胶料的物性。 所谓配方设计就是如何确定这种比例关系，是橡胶制品生产 所谓配方设计就是如何确定这种比例关系， 过程中的关键环节。 过程中的关键环节。
1/23/2011 4
1/23/2011
5
4.1.3 橡胶配方的表示方法及其计算
橡胶配方的表示方法 ⑴ 基本配方 基本配方是用质量份数表示的配方，即以生胶的质量为100 基本配方是用质量份数表示的配方，即以生胶的质量为100 其它配合剂用量都以相对的质量份数来表示。 份，其它配合剂用量都以相对的质量份数来表示。 ⑵ 质量百分数配方 质量百分数配方是以胶料总质量为100% 100%， 质量百分数配方是以胶料总质量为100%，生胶及各种配合 剂用量都用质量百分数来表示。 剂用量都用质量百分数来表示。 ⑶ 体积百分数配方 体积百分数配方是以胶料的总体积为100%，生胶及各种配 体积百分数配方是以胶料的总体积为100%， 100% 合剂用量都用体积百分数来表示。 合剂用量都用体积百分数来表示。 ⑷ 生产配方 根据炼胶机的容量，由基本配方换算出的实际生产投料量。 根据炼胶机的容量，由基本配方换算出的实际生产投料量。
1/23/2011
配方体系表示方法、设计原则、 配方体系表示方法、设计原则、 性能对配方体系的要求
4
1/23/2011
1
4.1橡胶配方设计的基本概念 4.1橡胶配方设计的基本概念
橡胶配方就是表示能满足制品规定使用性能及加工性能要求 的胶料中，各种原材料的种类和用量的搭配方案。 的胶料中，各种原材料的种类和用量的搭配方案。生产中所 用配方应该包括：胶料的名称及代号、胶料的用途、各种配 用配方应该包括：胶料的名称及代号、胶料的用途、 合剂的用量、生胶含量、密度以及胶料的物性。 合剂的用量、生胶含量、密度以及胶料的物性。 所谓配方设计就是如何确定这种比例关系，是橡胶制品生产 所谓配方设计就是如何确定这种比例关系， 过程中的关键环节。 过程中的关键环节。
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1/23/2011
5
4.1.3 橡胶配方的表示方法及其计算
橡胶配方的表示方法 ⑴ 基本配方 基本配方是用质量份数表示的配方，即以生胶的质量为100 基本配方是用质量份数表示的配方，即以生胶的质量为100 其它配合剂用量都以相对的质量份数来表示。 份，其它配合剂用量都以相对的质量份数来表示。 ⑵ 质量百分数配方 质量百分数配方是以胶料总质量为100% 100%， 质量百分数配方是以胶料总质量为100%，生胶及各种配合 剂用量都用质量百分数来表示。 剂用量都用质量百分数来表示。 ⑶ 体积百分数配方 体积百分数配方是以胶料的总体积为100%，生胶及各种配 体积百分数配方是以胶料的总体积为100%， 100% 合剂用量都用体积百分数来表示。 合剂用量都用体积百分数来表示。 ⑷ 生产配方 根据炼胶机的容量，由基本配方换算出的实际生产投料量。 根据炼胶机的容量，由基本配方换算出的实际生产投料量。
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2）混炼：采用开炼机或密炼机使生胶与配方中各 个组分混合均匀，制成混炼胶。
3）压延：利用压延机将混炼胶或与 纺织物、钢丝等骨架材料通过压 片、压型、贴合、擦胶、贴胶等 操作制成一定规格的半成品的过 程。
4）压出：利用挤出机将混炼胶通过 口型压出各种断面半成品的过程， 如内胎、胎面、胶管等。
5）硫化：橡胶加工的最后一道工序， 通过一定的温度、压力和时间后， 使橡胶大分子由塑性状态转变为 网状弹性状态的过程。
1 50 5 2.25 ？ ？
测试项目
ML1+4100℃ 硫化仪t10，min 硫化仪t90 ，min
硬度，邵A 拉伸强度，MPa 拉断伸长率，% 100%定伸应力，MPa 300%定伸应力，MPa 扯断永久变形，% 撕裂强度，KN/m
弹性/% 磨耗体积，cm3/1.61km
1# 51
2:51
12:25 71 26.4 526 2.96 14 19 98 46
1kg
3
1.2kg
1
400g
100
40kg
密度 0.95 0.95 5.5 0.9 1.3 1.4 1.2 1.1 1.8 2.6 0.9 1.1 2.0
价格 25 20 15 10 20 15 28 18 8 1 5 6 3
作业：求出混炼胶的含胶率、密度和成本
生产配方组成：
1) 胶料用途 2) 胶料的名称及代号，生胶及各种配合
剂的用量 3) 合计（计算密度、含胶率、成本） 4) 工艺条件 5) 物理机械性能
五、橡胶配方设计影响因素
• 原材料应用 • 加工工艺 • 使用性能 • 产品结构
1、 原材料应用
生胶（高聚物单用或并用）：母体材料或基体材料
硫化体系：与橡胶大分子起化学作用，使橡胶由线 型大分子变为三维网状结构，提高橡胶性能、 稳定形态的体系。
橡胶配方设计 Rubber Formula Design
肖建斌
,
Key Lab of Rubber-Plastics (Qingdao University of Science and Technology) Ministry of Education, China
橡胶配方设计课程目的及意义：
理论指导
目的和要求：
• 掌握配方设计的原则和表示方法。
• 学会计算材料的含胶率、密度、成本。
• 了解橡胶产品的种类、结构，对橡胶制品的使用 条件和加工条件有所了解。
• 掌握原材料的特性及配合规律。
• 掌握胶料加工及物性检测方法及数值大小对性能 的影响。
一 、 橡胶配方设计的定义
一、橡胶配方设计，就是根据橡胶产品的性能要
补强填充体系：在橡胶中加入炭黑等补强剂或其它 填充剂，提高其力学性能，改善工艺性能，或 者降低制品成本。
防护体系：加入防老剂，延缓橡胶的老化，提高制 品的使用寿命。
增塑体系：降低制品硬度和混炼胶的粘度，改善加 工工艺性能。
加工及功能助剂：改善胶料的加工和物理性能。
2、橡胶加工工序
1）塑炼：降低生胶的分子量，增加塑性，提高流 动性和可加工性。
橡胶配方设计
实践应用
• 提高橡胶制品的质量； • 改善加工工艺； • 配合体系的生产及应用研究； • 橡胶加工设备及测试仪器； • 成本分析； • 计算机建模预测性能等。
原材料
NR ZnO 硬脂酸 石蜡 防RD/4010NA 促进剂CZ HAF 机油
S 无机填料
矿物油
组分
100 5 3
0.5 1/1
3. 体积百分数表示：即以胶料的总体积为100%，将 基本配方中生胶及各种配合剂的重量分数分别除以各 自的相对密度，求出体积份数。
4. 符合生产使用要求的质量配方称为生产配方，取炼 胶机的装胶量Q除以基本配方总质量即得换算系数， 乘以基本配方中各组分的质量份，即得实际用量。
举例：摩托车胎配方：采用密炼机炼胶，总装胶量为40kg
0.175
第一章 橡胶配方设计的基本概念（4学时） 第二章 橡胶配方设计原理（12学时）
第一节 橡胶配方设计与硫化胶物性的关系 第二节 橡胶配方设计与工艺性能的关系 第三节 橡胶配方设计与成本的关系 第三章 特种橡胶与功能性橡胶配方设计（8学时) 第四章 配方设计优化方法（6学时) 第一节 单因素变量设计 第二节 多因素变量设计 第五章 橡胶制品配方设计（2学时)
配合剂 质量份数
NR
60
SBR
40
ZnO
5
SA
2
促CZ
1
促M
1
防老4010 1.5
防RD
1.5
N330
50
CaCO3
25
机油
5
固马隆
6
S
2
合计
200
质量百分数 生产配方
30
12kg
20
8kg
2.5
1kg1400g0.5200g
0.5
200g
0.75
300g
0.75
300g
25
10kg
12.5
5kg
2.5
未硫化橡胶加工性能的测定
1、 混炼胶的流动性
(1) 可塑度：P=(h0-h2)/(h0+h1), 0< P<1 h0：原始高度， h1：负荷作用3min后的高度， h2:恢复3min后的高度 可 塑 度 的 检 测 仪 器
2）门尼粘度：ML
100 1+4
门
尼
粘
度
的
测
试
原
理
２、门尼焦烧（最低扭矩上升5个门尼值）
2、程序：
基础配方：原材料试验鉴定 性能配方：针对性能指标制定的配方 实用配方：经验证符合要求的配方 生产配方：投入生产使用的配方
四、橡胶配方的组成及表示方法
橡胶配方简单地说，就是表示生胶和配合剂用量 配比表。表示方法：
1. 质量份数表示：以生胶分数为100，其余配合剂相 应质量份数表示。
2. 质量百分数：以混炼胶料总质量为100，生胶和配 合剂所占比例数来表示。
３、混炼胶的均匀程度：切片观察法、CB分散仪、 电子显微镜
４、挤出特性：材料的挤出膨胀比、挤出外观
５、应力松弛：以时间长短来衡量 ６、 胶料加工综合性能：混炼、压出特性等。
Brabender, Hakke流变仪
混炼工艺
温度的影响
转速的影响
• 混炼胶的质量和配方总量之差与配方总量之比： ISO2393规定无填料的混炼胶为0.3％； 有填料的混炼胶为0.6％
求和工艺条件合理选用原材料，确定各种原材料
的用量配比关系，使得胶料的物性、工艺性和成
本三者取得最佳平衡。
物理机械性能
工艺性
成本
二、橡胶配方设计的原则与程序
1、原则：
配方设计人员应用理论知识，用最少的物质消 耗，最短的时间，最少的工作量，通过科学的橡 胶配方设计方法，掌握原材料配合的内在规律， 设计出实用配方，使制品的性能、成本和工艺可 行性等方面取得最佳的综合平衡。
3）压延：利用压延机将混炼胶或与 纺织物、钢丝等骨架材料通过压 片、压型、贴合、擦胶、贴胶等 操作制成一定规格的半成品的过 程。
4）压出：利用挤出机将混炼胶通过 口型压出各种断面半成品的过程， 如内胎、胎面、胶管等。
5）硫化：橡胶加工的最后一道工序， 通过一定的温度、压力和时间后， 使橡胶大分子由塑性状态转变为 网状弹性状态的过程。
1 50 5 2.25 ？ ？
测试项目
ML1+4100℃ 硫化仪t10，min 硫化仪t90 ，min
硬度，邵A 拉伸强度，MPa 拉断伸长率，% 100%定伸应力，MPa 300%定伸应力，MPa 扯断永久变形，% 撕裂强度，KN/m
弹性/% 磨耗体积，cm3/1.61km
1# 51
2:51
12:25 71 26.4 526 2.96 14 19 98 46
1kg
3
1.2kg
1
400g
100
40kg
密度 0.95 0.95 5.5 0.9 1.3 1.4 1.2 1.1 1.8 2.6 0.9 1.1 2.0
价格 25 20 15 10 20 15 28 18 8 1 5 6 3
作业：求出混炼胶的含胶率、密度和成本
生产配方组成：
1) 胶料用途 2) 胶料的名称及代号，生胶及各种配合
剂的用量 3) 合计（计算密度、含胶率、成本） 4) 工艺条件 5) 物理机械性能
五、橡胶配方设计影响因素
• 原材料应用 • 加工工艺 • 使用性能 • 产品结构
1、 原材料应用
生胶（高聚物单用或并用）：母体材料或基体材料
硫化体系：与橡胶大分子起化学作用，使橡胶由线 型大分子变为三维网状结构，提高橡胶性能、 稳定形态的体系。
橡胶配方设计 Rubber Formula Design
肖建斌
,
Key Lab of Rubber-Plastics (Qingdao University of Science and Technology) Ministry of Education, China
橡胶配方设计课程目的及意义：
理论指导
目的和要求：
• 掌握配方设计的原则和表示方法。
• 学会计算材料的含胶率、密度、成本。
• 了解橡胶产品的种类、结构，对橡胶制品的使用 条件和加工条件有所了解。
• 掌握原材料的特性及配合规律。
• 掌握胶料加工及物性检测方法及数值大小对性能 的影响。
一 、 橡胶配方设计的定义
一、橡胶配方设计，就是根据橡胶产品的性能要
补强填充体系：在橡胶中加入炭黑等补强剂或其它 填充剂，提高其力学性能，改善工艺性能，或 者降低制品成本。
防护体系：加入防老剂，延缓橡胶的老化，提高制 品的使用寿命。
增塑体系：降低制品硬度和混炼胶的粘度，改善加 工工艺性能。
加工及功能助剂：改善胶料的加工和物理性能。
2、橡胶加工工序
1）塑炼：降低生胶的分子量，增加塑性，提高流 动性和可加工性。
橡胶配方设计
实践应用
• 提高橡胶制品的质量； • 改善加工工艺； • 配合体系的生产及应用研究； • 橡胶加工设备及测试仪器； • 成本分析； • 计算机建模预测性能等。
原材料
NR ZnO 硬脂酸 石蜡 防RD/4010NA 促进剂CZ HAF 机油
S 无机填料
矿物油
组分
100 5 3
0.5 1/1
3. 体积百分数表示：即以胶料的总体积为100%，将 基本配方中生胶及各种配合剂的重量分数分别除以各 自的相对密度，求出体积份数。
4. 符合生产使用要求的质量配方称为生产配方，取炼 胶机的装胶量Q除以基本配方总质量即得换算系数， 乘以基本配方中各组分的质量份，即得实际用量。
举例：摩托车胎配方：采用密炼机炼胶，总装胶量为40kg
0.175
第一章 橡胶配方设计的基本概念（4学时） 第二章 橡胶配方设计原理（12学时）
第一节 橡胶配方设计与硫化胶物性的关系 第二节 橡胶配方设计与工艺性能的关系 第三节 橡胶配方设计与成本的关系 第三章 特种橡胶与功能性橡胶配方设计（8学时) 第四章 配方设计优化方法（6学时) 第一节 单因素变量设计 第二节 多因素变量设计 第五章 橡胶制品配方设计（2学时)
配合剂 质量份数
NR
60
SBR
40
ZnO
5
SA
2
促CZ
1
促M
1
防老4010 1.5
防RD
1.5
N330
50
CaCO3
25
机油
5
固马隆
6
S
2
合计
200
质量百分数 生产配方
30
12kg
20
8kg
2.5
1kg1400g0.5200g
0.5
200g
0.75
300g
0.75
300g
25
10kg
12.5
5kg
2.5
未硫化橡胶加工性能的测定
1、 混炼胶的流动性
(1) 可塑度：P=(h0-h2)/(h0+h1), 0< P<1 h0：原始高度， h1：负荷作用3min后的高度， h2:恢复3min后的高度 可 塑 度 的 检 测 仪 器
2）门尼粘度：ML
100 1+4
门
尼
粘
度
的
测
试
原
理
２、门尼焦烧（最低扭矩上升5个门尼值）
2、程序：
基础配方：原材料试验鉴定 性能配方：针对性能指标制定的配方 实用配方：经验证符合要求的配方 生产配方：投入生产使用的配方
四、橡胶配方的组成及表示方法
橡胶配方简单地说，就是表示生胶和配合剂用量 配比表。表示方法：
1. 质量份数表示：以生胶分数为100，其余配合剂相 应质量份数表示。
2. 质量百分数：以混炼胶料总质量为100，生胶和配 合剂所占比例数来表示。
３、混炼胶的均匀程度：切片观察法、CB分散仪、 电子显微镜
４、挤出特性：材料的挤出膨胀比、挤出外观
５、应力松弛：以时间长短来衡量 ６、 胶料加工综合性能：混炼、压出特性等。
Brabender, Hakke流变仪
混炼工艺
温度的影响
转速的影响
• 混炼胶的质量和配方总量之差与配方总量之比： ISO2393规定无填料的混炼胶为0.3％； 有填料的混炼胶为0.6％
求和工艺条件合理选用原材料，确定各种原材料
的用量配比关系，使得胶料的物性、工艺性和成
本三者取得最佳平衡。
物理机械性能
工艺性
成本
二、橡胶配方设计的原则与程序
1、原则：
配方设计人员应用理论知识，用最少的物质消 耗，最短的时间，最少的工作量，通过科学的橡 胶配方设计方法，掌握原材料配合的内在规律， 设计出实用配方，使制品的性能、成本和工艺可 行性等方面取得最佳的综合平衡。