橡胶实验报告

篇一：橡胶实验报告

材料科学与工程专业

《橡胶课程设计报告》

课程题目白炭黑对天然橡胶性能影响的研究学生班级 09材化生实验班学生姓名吴雪飞学号指导老师实验时间

白炭黑对天然橡胶性能影响的研究

引言：白炭黑是一种用途广泛的化工产品，可用于橡胶、树脂、印刷油墨、涂料、电线电缆、电池、纸张、铅笔、颜料等产品。白炭黑是目前在橡胶工业中性能最好，用量较大的补强剂。实验证明，白炭黑作为补强剂可对天然橡胶硫化胶产生很大影响。在本文里，我们采用白炭黑作为补强剂对天然橡胶作补强，并将不同含量补强天然橡胶的性能进行对比，以研究不同含量白炭黑对于天然橡胶性能的影响。

关键词：白炭黑，天然橡胶，性能

一、天然橡胶简介

天然橡胶具有许多可贵的性能，在合成橡胶大量出现之前，天然橡胶是橡胶工业及其制品的万能原料，有“褐色黄金”之称。简单地讲，天然橡胶实际上是天然胶乳浓缩凝固而形成的，其中，橡胶烃的化学结构主要是顺式1,4-聚异戊二烯（约占98％），其分子结构如下：（一）天然橡胶的基本特性

1、物理特性

1）天然橡胶无一定熔点，加热后慢慢软化，到130-140℃时完全软化以至呈熔融状态；到200℃左右开始分解，到270℃则急剧分解。

2）天然橡胶的玻璃化温度为-74～-69℃，在常温下稍带塑性，温度降低则逐渐变硬，0℃时弹性大幅度下降，冷到-70℃左右则变成脆性物质。受冷冻的生胶若再加热到室温，则仍可恢复原状。

4）天然橡胶是一种结晶性橡胶，自补强性大，具有非常好的机械强度，纯胶硫化胶的拉伸强度为17~25 mpa，而经炭黑补强的硫化胶则可高达25~35 mpa。在高温(93℃)下的强度保持率为65％左右。

5）纯胶硫化胶的耐屈挠性较好，屈挠20万此以上才出现裂口，这是由于天然橡胶的

滞后损失小，在多次变形时生热低的结果。

6）天然橡胶是良好的电绝缘材料，除去蛋白质后电绝缘性能更好，体积电阻可达1017

ωcm，且潮湿或浸水条件下也变化不大。

7）天然橡胶具有较好的气密性，渗透系数为2.969×10h2 (s?pa)。

2、化学特性

天然橡胶因有不饱和双键，是一种反应性较强的物质，每一个双键形成一个反应活性点，它们分布在整个橡胶分子的长链中，支配着橡胶的化学变化，其反应可分为加成、取代、环化、裂解等，由此可变成硫化胶和其他多种改性天然橡胶或天然橡胶衍生物。天然橡胶与硫化体系均匀地混合，在一定温度和压力下反应一定时间，就会由线型结构的生胶转变成网状结构的硫化胶。 -12-1

（二）、天然橡胶的配合

天然橡胶生胶一般不能直接用于生产制品，而必须添加各种配合剂制成混炼胶，并经硫化后才能满足各种实际使用条件的性能要求。根据天然橡胶制品的应用要求，科学合理地选择各种配合剂（确定其类型和用量等），使天然橡胶材料具有符合应用要求的物理机械性能、良好的加工工艺性能和较低的制品成本，这一过程我们就称为天然橡胶的配方设计。

天然橡胶主要的配合体系包括：硫化体系、促进剂体系、防护体系、补强填充体系等。

1、硫化体系

天然橡胶适用的硫化剂有:a.硫、硒、碲；b.硫磺给予体；c.有机过氧化物；d.酯类；e. 醌类等。一般要根据不同的性能要求采用不同的硫化体系。

2、促进剂体系

促进剂与硫化剂配合能起到使硫化剂活化、加速硫化反应、缩短硫化时间的作用。天然橡胶常用的促进剂主要有二硫代氨基甲酸盐类（如促进剂zdc、pz等）、秋兰姆类促进剂（如促进剂tmtd、tetd等）、噻唑类（如促进剂d、dm等）、次磺酰胺类（如促进剂cz、az、dz等）。天然橡胶选用促进剂主要应考虑以下两点：一是促进剂的硫化临界温度，即促进剂在硫化过程中开始起促进作用的温度。一般地，临界温度低的促进剂易焦烧，但反应速度快；临界温度高的促进剂不易焦烧，在较高温度下才起反应。对于厚壁制品，为了防止胶料早期焦烧，宜使用临界温度较高的促进剂。3、防护体系

天然橡胶是高不饱和橡胶，生胶及其橡胶制品在贮存和使用过程中，受到氧、臭氧、紫外线以及其他活性物质的作用而发生降解，拉伸强度损失，橡胶链发生交联硬化。为防止天然橡胶降解，添加防老剂是极有效的办法，良好的防老剂可以使橡胶制品的使用寿命提高几十倍。天然橡胶常用的防老剂有：胺类防老剂（防老剂a、d、4010、4010na、4020等）、酚类防老剂（防老剂264、sp等）、键合型防老剂（防老剂ndpa等）、以及石蜡等等。

4、补强填充体系

炭黑是最常用的补强剂，橡胶制品的性能与所选用的炭黑的性质是密切相关的，因此我们必须根据橡胶制品的性能要求来选用炭黑。

除炭黑外，白炭黑（化学成分是sio2）是另一种重要的补强型填充剂，它能提高天然橡胶的抗撕裂强度、减少龟裂扩展，改善胶料与帘布的粘合性能。

而常见的重/轻质碳酸钙、二氧化钛、滑石粉、陶土等则属于非补强型填充剂，它们能增加胶料的容积和比重，降低制品成本。这些填充剂若经活化处理或添加偶联剂，有时也能获得一定的补强效果（如活性碳酸钙、用偶联剂处理的陶土等）。

（三）、天然橡胶的加工

生胶的加工在配方设计的基础上一般须进行下列加工过程：

生胶塑炼胶混炼胶半成品成品

? ?1、塑炼

天然橡胶在加工过程中，塑炼是一个很重要的阶段。塑炼的目的是降低天然橡胶的粘度，增加其塑性，提高填充剂及其他配合剂在天然橡胶中的分散性，从而改善其加工性能，如降低压延胶料的收缩性和压出胶料的口模膨胀，改善胶料的成型粘性等。同时，当天然橡胶与粘度不同的其他胶种（如丁苯橡胶、丁二烯橡胶等）并用时，必须通过塑炼使两种并用胶的可塑度相近才能混合均匀，从而保证并用胶有良好的物理机械性能。

天然橡胶的塑炼方法主要有开炼机法和密炼机法两种。天然橡胶在开炼机上进行塑炼时，主要是借助机械剪切作用使生胶的分子主链断裂，从而适当降低生胶的分子量和粘度，使其具有一定的可塑度。塑炼时，炼胶机两辊筒的速比为1:1.15～1:1.25，辊筒温度不宜超过50℃。由于塑炼温度较低时，橡胶分子热运动困难，在强剪切力作用下易于断裂，固塑炼效果较好，因此开炼机塑炼时，塑炼温度越低越好。另外，采用薄通塑炼和分段塑炼是提高天然橡胶塑炼效果、降低能耗的重要方法。

混炼胶塑炼时的温度一般为130-160℃，主要是依赖高温下天然橡胶的氧化降解达到降低分子量、提高塑性的目的。采用密炼机塑炼具有时间快、劳动强度低、可塑度均匀的优点。2、混炼

天然橡胶的混炼就是使各种配合剂均匀地加入并分散在天然橡胶中，这同样可使用开炼机和密炼机两种方法。

开炼机混炼时，辊筒速比一般控制在1:1.08~1:1.25，辊温控制在50～60℃，可先将塑炼胶