優(yōu)化橡膠配方來降低生產(chǎn)成本

優(yōu)化橡膠配方來降低生產(chǎn)成本一、橡膠配方的組成橡膠配方中包含多種成分，這些成分也稱為配合劑。每種成份在膠料中發(fā)揮著不同的作用。正是由于多種配合劑的協(xié)同作用才使膠料具有特定的物理機(jī)械性能和加工性能。膠料配方由以下幾部分組成。（1）生膠為配方的主體材料，可以是單一膠種，也可以是兩種或兩種以上的膠種并用，或?yàn)橄鹚芄不炝?。生膠的品種和在配方中的含量決定了膠料最基本的特性。例如配方中生膠為天然橡膠，則此配方膠料具有優(yōu)良的拉伸強(qiáng)度、伸長率、撕裂強(qiáng)度及優(yōu)異的彈性；生膠為丁腈橡膠，則該配方膠料具有優(yōu)良的耐油性能等。（2）硫化體系包括硫化劑、促進(jìn)劑和活性劑。硫化劑如硫黃、過氧化物、硫黃給予體等，在配方中的功能是使橡膠大分子之音產(chǎn)生交聯(lián)，形成網(wǎng)狀三維結(jié)構(gòu)，使橡膠具有較高的強(qiáng)度、彈性等物理機(jī)械性能；促進(jìn)劑在配方中的作用是加快硫化速率、縮短硫化時(shí)間，其品種有噻唑類、次磺酰胺類、秋蘭姆類、胍類和硫脲類等；活性劑的作用是增加促進(jìn)劑的活性，也稱為助促劑。主要品種是金屬氧化物如氧化鋅和有機(jī)酸如硬脂酸等。硫化劑、促進(jìn)劑、活性劑三者協(xié)同作用使膠料達(dá)到充分硫化而具有一定的物理機(jī)械性能。（3）補(bǔ)強(qiáng)填充體系補(bǔ)強(qiáng)劑包括和種類型的炭黑、白炭黑、多孔粉石英，在膠料中起補(bǔ)強(qiáng)作用?？墒鼓z料拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、硬度等力學(xué)性能得到明顯提升；填充劑如陶土、碳酸鈣、硅粉等在膠料中主要是起填充、降低成本的作用。（4）防護(hù)體系在配方中的主要功能是防止橡膠制品在儲(chǔ)存、使用過程中受光、熱、空氣中氧氣作用產(chǎn)生降解，或進(jìn)一步交聯(lián)、硬化等老化現(xiàn)象。其主要品種有各種胺類和取代酚。（5）加工助劑包括各種操作油、塑解劑、均勻劑、分散劑、增塑劑、潤滑劑、增黏劑等。在配方中的功能主要是增加膠料易加工性、降低能耗，促進(jìn)物料分散、增加膠料流動(dòng)性、調(diào)節(jié)硫化膠硬度等作用。例如種石油系軟化劑、合成酯類、脂肪酸皂素、石油樹脂烷基酚醛樹脂類、芳香二硫化物、五氯硫酚等。（6）黏合體系其功能是增加橡膠與骨架材料如鋼絲簾線、纖維、織物之間的黏合。如間苯二酚-甲醛-白炭黑體系、鉆鹽體系、間苯二酚乙醛樹脂RE）體系或間苯二酚甲醛樹脂與鈷鹽并用體系等。（7）其他組分如著色劑、偶聯(lián)劑、防靜電劑、發(fā)泡劑、溶劑等。二、優(yōu)化配方降低成本一般而言，優(yōu)化配方設(shè)計(jì)可遵循下面原則進(jìn)行。（1）根據(jù)產(chǎn)品的使用條件，如環(huán)境溫度、介質(zhì)、受力情況及其他特殊需求，首先選擇合適的膠種及配合劑以求得最佳物理機(jī)械性能。（2）優(yōu)化配方設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到加工工藝的可行性，如膠料混煉的易操作性、物料易分散性、膠料流動(dòng)性、擠出產(chǎn)品表面光潔度等。（3）在保證膠料性能及工藝可行的前提下，選擇一些特殊材料來加工，比如一些替代品，部分替代品，加快硫化速率，提高生產(chǎn)效率。（4）應(yīng)盡量避免使用有毒及污染環(huán)境的原材料，以減少環(huán)境污染和保護(hù)操作人員健康，這樣從長遠(yuǎn)利益來看也是在降低生產(chǎn)成本。（5）還應(yīng)考慮到各種配合劑之間的相互作用。某些配合劑之間可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，如促進(jìn)劑D可增強(qiáng)防老劑MB的防護(hù)功能，而過氧化物在硫化溫度下極易與含活潑氫物質(zhì)反應(yīng)而被消耗，因而在使用過氧化物硫化時(shí)，應(yīng)盡可能避免使用含活潑氫配合劑，如胺類防老劑、硬脂酸等。三、配方中新材料的選擇方向（1）隨著時(shí)代發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的便捷也方便了實(shí)體企業(yè)。生產(chǎn)工藝更加多樣，原料選擇也更加豐富。新的材料層出不窮。（2）科院、學(xué)校、孵化園也是重要信息來源。通過咨詢、指導(dǎo)，配方優(yōu)化程度會(huì)更加明朗。（3）計(jì)算機(jī)優(yōu)選配方：通過計(jì)算機(jī)采集、匯總。為配方設(shè)計(jì)提供便利條件，比傳統(tǒng)的配方試驗(yàn)更快捷、方便、科學(xué)。本文為體現(xiàn)出價(jià)值：給廣大學(xué)者、應(yīng)用人員、研究人員提供一種新材料：多孔粉石英多孔粉石英屬于一種火山灰沉積巖。產(chǎn)品自然粒徑細(xì)（0.5um左右），顆粒分布均勻，比表面積大（8.3m2/g），外形結(jié)構(gòu)近似球型無棱角狀。以電子顯微鏡圖象看，其表面全是納米級(jí)的介孔，平均孔徑約為8.8nm（納米）其物化性能指標(biāo)如下：劣孔暢石英4002000W2050口：j800600劣孔暢石英4002000W2050口：j800600粒度nu訕/古、、廠廣.人兒rm[7/4TI☆SiO2AI2O3TiC2Fe2O3-fk/八PH性質(zhì)吸油值(g/100g)容重(g/cm3)活性率(%)吸附孔容(cm3/g)SiO2(%)AI2O3(%)IIO2(%)Fe2O3(%)水份(%)400目19.500.720.03>97.60.150.910.21<0.456.5-7.01250目未改性20.500.71改性23.500.41>932500目未改性24.000.50改性25.000.40>933.1多孔粉石英應(yīng)用于橡膠多孔粉石英，是橡膠工業(yè)中新型補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑，它是由火山灰?guī)r石經(jīng)機(jī)械磨加工而成。目前主要通過球磨、氣流磨、雷蒙磨加工法通過一定粒徑的分級(jí)輪篩分制出。外觀成灰白色狀，白度在70~80之間。一般加工(造粒)直徑5um左右的粒狀產(chǎn)品使用。

利用多孔粉石英的目的：大多數(shù)用戶是為了替代一部份炭黑、白炭黑來降低生產(chǎn)成本。還有一部份用戶則是為了能提高橡膠制品的硬度，改善橡膠的加工性能，并能賦予制品其他的一些性能，如提高橡膠制品的使用壽命。3.1.1多孔粉石英的物理特性：1、多孔粉石英的物質(zhì)結(jié)構(gòu)：樣品具有粘舌的特性，說明其吸附能力較強(qiáng)，可能與樣品的顯微孔洞結(jié)構(gòu)較為發(fā)育有關(guān)。多孔粉石英的X射線衍射分析結(jié)果如下圖2-1示：圖2-1多孔粉石英的X射線衍射分析圖譜由圖2-1多孔粉石英的X射線衍射定性分析知，樣品中的主要結(jié)晶相為a石英。

多孔粉石英的掃描電鏡（SEM）如下圖2-2、2-3、2-4示:圖2-2多孔粉石英SEMX2000圖2-3多孔粉石英SEMX4000圖2-4多孔粉石英SEMX8000圖2-2為多孔粉石英的2000X掃描電鏡像。由圖可以推斷，樣品主要由粒徑小于2微米的細(xì)小顆粒組成。圖2-3為多孔粉石英的4000X掃描電鏡像。從2-3中更進(jìn)一步印證圖2-2的推斷。圖2-4為多孔粉石英的8000X掃描電鏡像。圖中可知樣品主要由粒徑為2微米以下的細(xì)小顆粒堆積組成，且細(xì)小顆粒的晶體發(fā)育似乎不是很好。

多孔粉石英的透射電鏡（TEM）如下圖2-5、2-6、2-7示:圖2-5多孔粉石英TEM像圖2-6多孔粉石英TEM像圖2-7多孔粉石英TEM像觀察圖2-5多孔粉石英的TEM像，發(fā)現(xiàn)在部分樣品顆粒邊界（表面）存在纖維狀的結(jié)構(gòu)；圖2-6為多孔粉石英在更高倍率下的SEM像，可推測(cè)該樣品顆粒的邊界形狀并不規(guī)則；在更高倍率的SEM像下，觀察發(fā)現(xiàn)樣品顆粒的不規(guī)則邊界（表面）?？梢酝茰y(cè)，樣品的顯微孔洞結(jié)構(gòu)較為發(fā)育且結(jié)晶發(fā)育并不良好。經(jīng)鏡下鑒定，結(jié)合X射線衍射分析，知多孔粉石英中主要相為微晶質(zhì)二氧化硅，其次為結(jié)晶良好的石英，少量銳鈦礦和有機(jī)質(zhì)。由多孔粉石英主要相的特性

（結(jié)晶發(fā)育較差、顯微孔洞較為發(fā)育）可以推測(cè)，該樣品應(yīng)具有火山灰活性。對(duì)多孔粉石英物理特性測(cè)試結(jié)果如下：1、多孔粉石英表觀密度：按《GB/T208-1994水泥密度測(cè)定方法》測(cè)得該樣品粉末的表觀密度為2.66g/cm3；2、多孔粉石英燒失量：參照《GB176-1996水泥化學(xué)分析方法》，測(cè)得其燒失量為0.4%；本研究試驗(yàn)中共使用了三種不同粒級(jí)的多孔粉石英樣品，分別為5?D97、6.14口D97、10口D97，其中粒級(jí)為5口D97的多孔粉石英采用氣流磨粉磨而成，6.14UD97采用振動(dòng)磨粉磨而成，10口D97采用氣流磨。下面對(duì)以上3個(gè)粒級(jí)的多孔粉石英樣品進(jìn)行分別介紹：1）5UD97粒度分布示于表2-2。表2-25uD97粒度分布粒度分布

平均直徑

<0.3um<0.5um<1um<3um<5um<8.06um百分比612.7132.583.597.11001.53um'.iii.70.匚|1.0).□5DsO5口臥7.6.4.3.」1:1-'.iii.70.匚|1.0).□5DsO5口臥7.6.4.3.」1:1-flrirlcMHw一■J.FIAIJNbJJN?^paNriywEHTa,,.h>JMM.HkfMwHKl—flgI.r」ngl.rHgN,-oMHHKIMHHNB.klq〔M一t-J「M一VJ?taL"J「L-J「M一「M一t-J「r--1一「MdwKIkl.MJNKIklLKIkllJImJLl」,Irli'ir-JMUJMJruular-lMJ-U=MMHHBH?VJaHrl—,i-rMf.l?clwNcl.FlHryNN■I,—「Fra廠HNKImk-lnlhrI卡r?dJr,.t:i「?JJf,.l:i->J尹H'n-

ju一u3u.u20.010.n■i.ii其粒度分布與級(jí)配曲線見下圖2-8及2-9：SiiEfuni)Sfffl%累積部鼬%舉伽區(qū)間跖里積3bjfi^UcTL)氐間'h0.10-011030.3O.76-0J9532725.965^5-6510.6299.4?44JB9--19740100a：ii-0/12a.31Dfi10^5=0.953.6-1J9.57EJ51-72U0.3599.SJ4-0.74-S5.35aiaoa.12.014037D.gs0.95?1053.9333.557.24-SOB018ItB5536-61.B2a仙0.14-0150.41.3S1.05-1174.5137.95B.0G-6B7a1?61.62-66.5301000.15CM?0.491371.IT-1314￡6艙.52BJ37-9J9B0IttJ6B58-76.330100a.17-0.150.542.411.31-145d.96肝.439.96=11.11口1?7E.：33-目丄95a1口0a.19?。劉a633J41.45?4625.252.6311.1-1-12.37a1tB64.^6-94.5Saiao021-0.240.723.761S2-1BD5朋se.o?12J7-137?a1(B94SB-iDS,24aiaoQ24-0.2BQJ83A591^0-2DD5.4763.5^113.77-15.32aW10524-117.13aiaoa.26油095534.2J0-HZ5.46於15.32?1匸05a1tB117.13-131.3?aiao0.29-0321.16.64223-2胡5.2974.2917.05-16.S3a1?13D.37-145.100100032^1X36123?372.^18276SJJ2旳.311BJ98-21.12aIttJ148.10-161500100Q.35-Q.4D1.419J32.75-3DE4.693.3121.1223.51aITO151.50ira.75aWCJ0.40-04516110.K3￡ia-3i24-.C637.972351-26.17a1tB179.75-amnsaiao0.^5-OSD10212713脫-3013.4491.4126.17-29.12a1?200.06-222.660100Q50-0.S&2JOT14.73331-4242.?S94.192S.12-3241aITO222J65-247S3aiaoa.55-0.622.3417.12^1J4-4722.1296.3132^1-36.D3a1M247^3-27553awo0.62-069；l盧佃丙4.72-5251.53日丁朋36.00-^10.15a1?275.33-307.0001000J39-0762J9522.K525-5J951JJ196.0S40.15-^4.63aIttj307JQ0-341JS90100圖2-8多孔粉石英5口D97粒度分布I：<.!-.I2.u10.5

圖2-9多孔粉石英5口D97級(jí)配曲線2)6.14口D97粒度分布示于表2-3。表2-36.14UD97粒度分布粒度分布平均直徑<0.3um<0.5um<1um<3um<5umV12.37um百分比4.18.0321.2365.1788.111002.24um其粒度分布與級(jí)配曲線見下圖2-10及2-11:累瞰區(qū)間累積帕EM累積％粒徑(加)區(qū)間％累積％Dio-an0.19019D.7B-D.B52.1616.635.35-6512.3994.5B4469-497-40100cm-0.1202QJ90.B5-0.952.441907651-7.241.ES96554874-55.3601000.12-0.140.230J620.95-1.0527121.76724-0JQ61.4297.9755.36-61.6201IJIJn.iqD.26Q3SI.D5-1.173.CS茁J31ajJB-aj37D.9598^261.52-BE.Sa□innn；i5=n；i?0J1：18I」7=I313.3523.16a.g?-g.gsD.E399.5EB.5B-7E.33□innCU7-0.1BD.361.541JM-1MzdJ349.9B-11.11D.3299.8276.33-S4.96DlOu019-021D.33193145-14￡n353511.11?D.1S1DDS49B-94.35□10D021-024D4533S1.E3-kBO4.34iM1913J7-1377u10D94.39-10524□100024-0260.53291kEC-2.CC4.E4-W0913.77-15.32010D1D524-117.1901000.2B-0.290.63￡12.0]-2.2343148.?415^2-17.050100117.13-130J701000.29-0.32D.E34.22.23-2.48￡.12別刖17JQ5-18.9BU10013137-145.100100U.32-n.3&D.77陰T-2.7652SM.141335-21.12U10DH5.1D-1F1SU□inn0.3&-0.4DD.B95J362.7B-3.M532&5.4B21.12-23.510IOj161.50-173.75jlOu□4D?D4三1.&16ST3.D8-3425.?571071凸3?曲1了u10D17975-201<16□100045■。占D1.1B3D3342?3.B15re757923.17-29.12u10D33)aB-2Z2JS6□100050-0551.329353.B1-4.Z44.70EC5729.12-3241010D222.60-247530100U55-0.621.481D.M43-472斗.34MSI32^1-36.06010024799-275.9301000.62-0.691.?112.E5472-5.253S4E3.7536JQ8--40.1EU1002?5J：：33D7J300iiju0.69-0.7&1.S211.A75.25-5.ES3^291J9T?KI.IS-q4.5S□10DSJ7.00°341萬gDinn圖2-10多孔粉石英6.14口D97粒度分布100.0養(yǎng)哥。jo.a30.O20.100.0養(yǎng)哥。jo.a30.O20.015.0O.1lOt).O.1圖2-11多孔粉石英6.14口D97級(jí)配曲線3)10口D97粒度分布：見表2-4表2-410卩D97粒度分布粒度分布-平均直徑<0.3um<0.5um<1um<3um<5um<21.12um百分比2.117.2318.0457.1681.121002.62um

其粒度分布與級(jí)配曲線見下圖2-12及2-13：粧徑［unQ區(qū)問％累積％拉徑（唄）[x|^l%累積怖區(qū)間％累和、％拉徑oo累巫％0.10?0.110.Q2QJ02a.75-0.85IS713.935.ES-6513.72S92■A4.es-*g.74□I0D0.11-0.120.Q2QJ04035-0.952.1016.12E.5I724j.igS2J9-55^5□I0D0.120.M0.03ajara35=-lob陽413.56幾出-8^15J59抽題55.36-51J62□I0D0.14-0.150.D5a.121J051.17沁21.2AB.D6-8J97isiS6JSS61.52-E3J5S□I0D0.15?0.170n?a.is1-17-1.312.9524.1號(hào)g.S7-9.9S193.156S.58-nS.33UI0D0.17=0.190.12a.311.31-14532327.429.^8=11.11a.799S.9476.33-Bfl.35□I0D0.19-0.71D.51.￡15=1.623.5230.M11.11=12.37口.町994134.ffi-M.56010DU210.2^10.29a.791J62=15:；D3.7934.7312.37-13.T7口即94.58-105.24010DU2^1=0.26041.191J0i：i=2.0D4JZ6is.fg13.77-15.32CI.1E；99J84105.21-117.13010D026-0.250.52171200-2234.52￡131115.52-1705羽船117.13-130.37u10D029-0.32D.fiS234223斗.544T&517.05-1S.9B口"昭9B13037-1^1510□1DD032-0.3B074JOfl3^fl-27E4.745239■1B.90-2112a021001J51O-16133□10003B-0.400&4392276-3OB4S8572721.12-23.51□1001615D-17975□100040-045097已的30fl?3幅4.9562Z223.51■曲"□iao17975-310DB□100045-0.3]1.1599342-3014.9767ig2B.17--2512□iao310OB?Z22BB□1000.90-0.551247233B1-4.2+4.972(B29.12-32.410100222ffi口01000?-0.6214日朋24-47247476ft332.41-3e.oeD100曲d275S3U100H62-O.ES157102472-5.254.501.333B.D0-4O.15D100275&3-XI7XIU10010.69-0.76178H.E6525-5.054.15954S*0.15-446901003J7XiSB0100圖2-12多孔粉石英10口D97粒度分布圖2-13多孔粉石英10口D97級(jí)配曲線3.1.2多孔粉石英的火山灰特性測(cè)定參照《GB2847-2005-T用于水泥中的火山灰質(zhì)混合材料》對(duì)該多孔粉石英樣品進(jìn)行火山灰特性試驗(yàn)，并對(duì)其火山灰性進(jìn)行評(píng)價(jià)。1、試驗(yàn)設(shè)備及依據(jù)：參照《GB2847-2005-T用于水泥中的火山灰質(zhì)混合材料》進(jìn)行。2、試驗(yàn)原材料：（1）水泥：亞東洋房牌PO42.5；（2）試驗(yàn)用砂：符合《GBT17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》的標(biāo)準(zhǔn)砂；（3）試驗(yàn)用水：飲用水；（4）礦物摻合料：活性多孔粉石英，安徽和悅石業(yè)有限公司產(chǎn)，粒級(jí)分別為5口D97、6.14口D97、10uD97三種。3、試驗(yàn)過程：以粒級(jí)為5uD97、6.14uD97、10uD97的活性多孔粉石英分別按摻量為10%等量取代水泥，進(jìn)行火山灰特性試驗(yàn)?；鶞?zhǔn)膠砂試驗(yàn)配合比為：水泥450g；標(biāo)準(zhǔn)砂1350g；水225ml；以不同粒級(jí)的10%活性多孔粉石英摻量等量取代水泥。測(cè)標(biāo)養(yǎng)試件28d抗折及抗壓強(qiáng)度見下表2-5。表2-5多孔粉石英的火山灰特性編號(hào)試驗(yàn)配合比28d強(qiáng)度（MPa）抗折抗壓基準(zhǔn)水泥450g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350g,水225ml9.049.6SF10水泥405g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350g,SF45g,水225ml10.762.8SP5卩10水泥405g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350g,SP5u45g，水225ml9.355.5SP6.14卩10水泥405g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350g，SP6.14卩45g，水225ml8.953.7SP10卩10水泥405g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350g，SP10u45g，水225ml8.750.9注：****10表示多孔粉石英摻量為10%。4、試驗(yàn)分析：粒級(jí)為5口D97的多孔粉石英火山灰活性：Rt=54.5MPa；R0=49.6MPa；R則火山灰活性指數(shù)：A二一x100=111.9；R0粒級(jí)為6.14口D97的多孔粉石英火山灰活性:Rt=49.3MPa；R0=49.6MPa；R則火山灰活性指數(shù)：A二—x100=108.3；R0粒級(jí)為10口D97的多孔粉石英火山灰活性：Rt=50.9MPa；R0=49.6MPa；R則火山灰活性指數(shù)：A二—x100=102.6；R0(4)多孔粉石英火山灰活性：Rt=62.8MPa；R0=49.6MPa；R則火山灰活性指數(shù)：A二一x100=126.6；R0綜上可知，所提供的樣品多孔粉石英各粒級(jí)的火山灰活性都大于100，其28天水化活性接近或大于水泥本身的水化活性，其中以粒級(jí)為5PD97的多孔粉石英火山灰活性最強(qiáng)，達(dá)到111.9；粒級(jí)為6.14口D97的多孔粉石英火山灰活性次之，達(dá)108.3；粒級(jí)為10D97的多孔粉石英火山灰活性稍弱，為102.6