第七章橡膠配方設(shè)計

1、1第七章 橡膠配方設(shè)計主要內(nèi)容：n概述n橡膠配方設(shè)計與硫化膠性能的關(guān)系n橡膠配方設(shè)計與膠料加工性能的關(guān)系n橡膠配方設(shè)計方法2第一節(jié) 概述一、橡膠配方設(shè)計內(nèi)容一、橡膠配方設(shè)計內(nèi)容1、確定制品硫化膠的性能指標及范圍；2、確定配方的組成及用量；3、確定加工工藝條件及范圍。二、橡膠配方分類與表示二、橡膠配方分類與表示1、分類、分類 基礎(chǔ)配方（標準配方）：基礎(chǔ)配方（標準配方）：生膠或配合劑鑒定（各膠的基礎(chǔ)配方； 性能配方（技術(shù)配方）：性能配方（技術(shù)配方）：為達到某種性能而進行的配方設(shè)計，產(chǎn)品研發(fā)時所做的試驗配方即為性能配方； 實用配方（生產(chǎn)配方）：實用配方（生產(chǎn)配方）：實際生產(chǎn)時所采用的配方。32、表示

2、方法、表示方法（1）基本配方基本配方：以質(zhì)量份表示的配方，以生膠的質(zhì)量為100份，其他配合劑用量都以相應(yīng)的質(zhì)量份表示的配方；（2）質(zhì)量分數(shù)配方質(zhì)量分數(shù)配方：以質(zhì)量分數(shù)表示的配方，以膠料的總質(zhì)量為100，生膠和配合劑都以質(zhì)量分數(shù)表示的配方；（3）體積分數(shù)配方體積分數(shù)配方：以膠料的總體積為100，生膠和配合劑都以相應(yīng)的體積分數(shù)表示的配方；（4）生產(chǎn)配方生產(chǎn)配方：符合生產(chǎn)要求的質(zhì)量配方，配方總質(zhì)量等于煉膠機的實際容量。三、橡膠配方設(shè)計的原則橡膠配方設(shè)計的原則1、適應(yīng)性原則：適應(yīng)性能要求、適應(yīng)加工要求；2、經(jīng)濟原則：在不降低產(chǎn)品質(zhì)量的情況下盡可能降成本；3、環(huán)保安全原則：配合劑要求無毒、無污染；4、穩(wěn)

3、定原則：原材料質(zhì)量可靠穩(wěn)定，來源穩(wěn)定，性能穩(wěn)定5、簡化原則：配方盡可能簡單。6、協(xié)同原則：配合劑之間不能相互抵消，要相互促進。4四、橡膠配方的設(shè)計程序四、橡膠配方的設(shè)計程序1、基本配方設(shè)計、基本配方設(shè)計（1）生膠的選擇：根據(jù)制品的主要性能要求、工藝、使用條件和成本選?。?）硫化體系確定：根據(jù)膠種、膠料性能、工藝方法及要求（如焦燒時間、正硫化時間）確定，重點選取硫化劑和促進劑（3）補強填充體系確定：根據(jù)制品顏色、膠料性能、工藝要求、成本等確定（4）防護體系確定：根據(jù)制品顏色、使用條件來確定（5）增塑體系確定：根據(jù)膠種、性能要求、工藝要求、成本等確定（6）操作助劑選取：根據(jù)實際需要確定（7）特種配

4、合體系：根據(jù)實際需要確定52、實用配方的設(shè)計程序（1）調(diào)查研究階段 調(diào)查產(chǎn)品的使用條件、使用壽命等技術(shù)要求，了解生產(chǎn)設(shè)備和工藝方法，查找文獻資料，收集同類或相近產(chǎn)品的配方、工藝條件等；（2）制定試驗計劃階段 根據(jù)性能和工藝要求及文獻資料，提出產(chǎn)品的物理性能、使用性能、和工藝性能的指標范圍，確定關(guān)鍵指標，根據(jù)經(jīng)驗和參考資料提出試驗配方及變量范圍，確定合適的試驗設(shè)計方法；（3）實驗室試驗階段 在實驗室中，按計劃進行試驗，優(yōu)選配方進行擴試；（4）擴試階段 在生產(chǎn)或擴試條件下進行擴試，制備膠料進行工藝性能和物理性能試驗，調(diào)整工藝條件和配方至滿足要求；（5）產(chǎn)品試制階段 按照規(guī)定的標準和技術(shù)條件，試制產(chǎn)

5、品，測試性能和使用性能。6五、橡膠配方性能的檢測五、橡膠配方性能的檢測1、未硫化膠的加工性能檢測、未硫化膠的加工性能檢測（1）可塑度的檢測：威氏塑性計、華氏塑性計、德弗塑性計（2）門尼粘度的檢測：門尼粘度計（100下預(yù)熱1min，旋轉(zhuǎn)4min）（3）門尼焦燒的檢測：門尼粘度計（120下t5）（4）硫化特性的檢測：硫化儀（5）口型膨脹率的測定：毛細管流變儀（6）配合劑分散性測定：astm a法、b法、分散度儀、間接法（7）應(yīng)力松弛：應(yīng)力松弛試驗機（8）綜合加工性能測定：brabender塑性儀、橡膠加工分析儀72、硫化膠性能測試、硫化膠性能測試（1）力學性能測試力學性能測試：拉伸、撕裂、伸長率、

6、定伸、永久變形用拉力機；硬度用硬度計、壓縮變形（恒定形變壓縮永久變形、靜壓縮永久變形）；磨耗性能用阿克隆磨耗試驗機或din磨耗試驗機；疲勞破壞性能（有拉伸疲勞和壓縮疲勞、屈撓龜裂等）用屈撓疲勞試驗機；（2）粘彈性測試粘彈性測試：回彈性用沖擊彈性試驗機；蠕變用蠕變試驗儀（壓縮型、拉伸型、剪切型）；應(yīng)力松弛用應(yīng)力松弛儀（拉伸、壓縮）；有效彈性和滯后損失用拉力機；動態(tài)粘彈性用動態(tài)模量儀、動態(tài)粘彈譜儀；（3）老化性能測試：老化性能測試：熱空氣老化、臭氧老化、自然老化、人工天候老化、濕熱老化、光臭氧老化、耐黃變試驗等，用各種老化箱；（4）低溫性能測試：低溫性能測試：脆性溫度、耐寒系數(shù)、吉門扭轉(zhuǎn)、玻璃化溫

7、度、溫度回縮試驗等；（5）熱性能測試：熱性能測試：導(dǎo)熱率、比熱容、線膨脹系數(shù)、分解分度、馬丁耐熱性、維卡耐熱性等；（6）耐介質(zhì)性、阻燃性、電性能、擴散和滲透性、粘接性能測試等。8第二節(jié)第二節(jié) 橡膠配方設(shè)計與硫化膠性能的關(guān)系橡膠配方設(shè)計與硫化膠性能的關(guān)系一、拉伸強度一、拉伸強度 設(shè)計要點：設(shè)計要點： （1）選用自補強性橡膠或結(jié)晶性、極性生膠；分子量要大，低分子少；（2）選用cv(普通硫化體系)體系，促進劑采用m（噻唑類）/d(胍類)并用，適當提高硫黃用量；（3）選用粒徑小、表面活性大的炭黑，用量4060份，或白炭黑與si-69并用；（4）選用與橡膠相容性好的增塑劑，用量在5份以內(nèi)；（5）其他方法

8、：橡膠與樹脂并用、橡膠化學改性、填料表面改性等。9二、定伸應(yīng)力和硬度二、定伸應(yīng)力和硬度設(shè)計要點：（1）選用分子量大、分布窄，且能結(jié)晶或帶極性基團的橡膠；（2）提高交聯(lián)密度，增大硫黃和促進劑用量；（3）選用粒徑小、結(jié)構(gòu)性高、表面活性大的炭黑，且增大用量；（4）盡可能少用或不用增塑劑；（5）其他方法：使用酚醛樹脂/硬化劑； 使用苯甲酸； 使用模量增強劑； 使用短纖維； 使用齊聚酯/過氧化物； 使用液體橡膠/引發(fā)劑 使用不飽和羧酸鹽等。10三、撕裂強度三、撕裂強度設(shè)計要點：（1）選用分子量大、常溫下能結(jié)晶或滯后損失大的膠種；（2）采用cv硫化體系，硫黃用量23份，促進劑選用中等活性、平坦性好的品種，

9、如dm(噻唑類）、cz（次磺酰胺類）；（3）選用粒徑小、結(jié)構(gòu)性低的炭黑，選用各項同性的填料；（4）少用增塑劑；（5）其他方法：使用5份以內(nèi)的短纖維； 使用分散劑，提高配合劑分散性；11四、耐磨性四、耐磨性設(shè)計要點：（1）選用彈性好或強度高或有共軛結(jié)構(gòu)的生膠，如br、nr、sbr、pu、ir、nbr、epdm等；（2）選用硫黃/促進劑cz（次磺酰胺類）或硫黃/促進劑cz（主）/tmtd（秋蘭姆類）硫化體系，nr為主的膠料，硫黃用量1.82.5份；以br為主膠料，硫黃用量1.51.8份；（3）選用粒徑小、表面活性大的炭黑，或新工藝炭黑，或白炭黑與偶聯(lián)劑si-69并用；炭黑用量nr中4550份，ir

10、和非充油sbr中5055份，充油sbr中6070份，br中90100份；（4）少用增塑劑；（5）其他方法：貼聚氨酯 使用短纖維并合理取向 使用分散劑，提高炭黑分散性12五、彈性五、彈性設(shè)計要點：設(shè)計要點：（1）選用分子量大，常溫下不能結(jié)晶，分子鏈柔順的生膠，如br、 nr、epdm等；（2）選用硫黃/次磺酰胺（s/cz=2.0/1.5）或硫黃/胍類（s/dotg=4/1）并保持合適的交聯(lián)密度；（3）減少炭黑的用量，選用粒徑大、結(jié)構(gòu)性低、表面活性低的炭黑；（4）少用或不用增塑劑；13六、耐疲勞破壞性六、耐疲勞破壞性設(shè)計要點：（1）低應(yīng)變下（120）選擇tg較高的生膠；高應(yīng)變下（120）選擇具有自

11、補強性的生膠；橡膠并用可提高耐疲勞破壞性。（2）選用cv體系，對定負荷的疲勞條件，要加大硫黃的用量，提高交聯(lián)密度；對定變形的疲勞條件，要減少硫黃的用量，減小交聯(lián)密度；（3）選用粒徑小、結(jié)構(gòu)度高、表面活性大的炭黑，在定負荷下，應(yīng)增加炭黑的用量，在定變形下，應(yīng)減少炭黑的用量；要少用惰性填料。（4）選用稀釋作用小的粘稠性大的增塑劑，用量要小。14七、拉斷伸長率七、拉斷伸長率設(shè)計要點：設(shè)計要點：（1）選用分子鏈柔順、強度高的生膠（如nr）或容易產(chǎn)生塑性流動的生膠（如iir）；（2）選用cv體系，硫黃和促進劑的用量要適當降低；（3）選用粒子大、結(jié)構(gòu)度低的炭黑，炭黑的用量要小，含膠率要高；（4）增加增塑劑

12、的用量。15第三節(jié)第三節(jié) 配方設(shè)計與膠料工藝性能的關(guān)系配方設(shè)計與膠料工藝性能的關(guān)系一、膠料的粘度一、膠料的粘度 膠料的粘度影響幾乎所有的加工性能。影響膠料粘度的配方因素有：影響膠料粘度的配方因素有：（1）膠種：分子量大、凝膠含量高、內(nèi)聚能密度大的橡膠粘度高，如nr、nbr、cr等。可通過塑煉、充油等方法降低其粘度；（2）塑解劑：可有效地降低粘度，提高塑煉效果，縮短時間。常用塑解劑：促進劑m（噻唑類）、各種硫酚（雷納西、renacit）等（3）填料的用量和性質(zhì)：填料用量越大，膠料的粘度越高；粒徑小、結(jié)構(gòu)性高、表面活性大的炭黑，膠料粘度高；（4）增塑劑：有效降低粘度，改善加工性能；影響膠料粘度的工

13、藝因素有：影響膠料粘度的工藝因素有：溫度（高，粘度低）、剪切速率（高，粘度低）、塑煉時間（長，粘度低，后期下降趨緩）。16二、擠出二、擠出要求：膨脹小，收縮小，表面光滑，速度快。設(shè)計要點：（1）選用分子鏈柔順，平均分子量較小，支化度低的生膠；nr需塑煉，nbr、cr、sbr等橡膠塑煉后收縮率低；適當提高膠料可塑度，利于擠出。（2）適當增大填料的用量，降低含膠率，含膠率在30%50%較好。（3）選用結(jié)構(gòu)度高的炭黑；（4）適當增大增塑劑的用量；（5）選用焦燒時間長的促進劑；（6）配合劑的含水率和揮發(fā)份含量要低；（7）加入適量的硫化膠粉，可減小膨脹；（8）對于黏度很低的膠料，要適當提高補強劑的用量。

14、工藝因素：擠出機機頭和口型溫度，螺桿轉(zhuǎn)速，口型與螺桿尺寸的比例；17三、壓延三、壓延技術(shù)要求： 適宜的包輥性，良好的流動性，足夠的焦燒時間，低的收縮率，表面光滑，速度快。注意事項：（1）膠料的黏度要較低，壓片膠料門尼黏度5060，貼膠膠料門尼4050，擦膠門尼黏度3040；（2）選用粒徑小，結(jié)構(gòu)度高的炭黑，適當增大炭黑的用量，選用各向同性的填料；（3）適當增大增塑劑的用量；（4）選用焦燒時間長的硫化體系，120下焦燒時間控制在2035min。工藝因素：輥筒溫度、轉(zhuǎn)速。18四、包輥性四、包輥性注意事項：（1）分子量大，分布寬，有自補強性，支化少、凝膠含量低的橡膠包輥性好；（2）選用活性高、補強性

15、好的填料；（3）硬脂酸、硬脂酸鹽、蠟類、石油基軟化劑、油膏等降低包輥性；高芳烴操作油、松焦油、古馬隆樹脂、烷基酚醛樹脂等改善包輥性；工藝因素：輥距大小，輥筒轉(zhuǎn)速及速比、輥筒溫度。19五、自粘性五、自粘性 自粘性取決于分子鏈的活動能力及強度，活動能力強，強度高，膠料的自粘性好；極性橡膠和常溫下結(jié)晶的橡膠自粘性差；nr的自粘性最好； 選用補強性好的填料，自粘性提高； 加入增塑劑能降低自粘性；膠料中加入增粘劑能提高自粘性； 容易噴出的配合劑如蠟、tt、s等，盡量少用20六、焦燒性六、焦燒性 取決于硫化體系中的促進劑品種和用量、加工溫度、時間和剪切速率； 不同膠料門尼焦燒時間要求：軟膠料：1020min； 大多數(shù)膠料：2535min； 高填充的硬膠料：35min以上。 nr容易焦燒，選用遲效性或臨界溫度高的促進劑，粒徑小、結(jié)構(gòu)性高的堿性炭黑容易焦燒；使用白炭黑、陶土等酸性填料能抑制焦燒時間； 增塑劑能延長焦燒時間，芳烴油有縮短焦燒時間的傾向； 使用防焦劑，能有效延長焦燒時間。工藝因素：加工溫度和時間、停放溫度和時間、剪切速率21七、噴霜七、噴霜噴霜的危害： （1）降低自粘性，對成型工藝不利，影響粘合效果； （2）影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量； （3）引起焦燒，降低耐老化性； （4）硫化不均勻，降低膠料強度； （5）危害身體健康。噴蠟：提高硫化膠耐老化性。 噴霜產(chǎn)生的原因： （