1,第七章 橡膠配方設計,主要內容： 概述 橡膠配方設計與硫化膠性能的關系 橡膠配方設計與膠料加工性能的關系 橡膠配方設計方法,2,第一節(jié) 概述,一、橡膠配方設計內容 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 1、分類 基礎配方（標準配方）：生膠或配合劑鑒定（各膠的基 礎配方； 性能配方（技術配方）：為達到某種性能而進行的配方 設計，產品研發(fā)時所做的試驗配方即為性能配方； 實用配方（生產配方）：實際生產時所采用的配方。,3,2、表示方法 （1）基本配方：以質量份表示的配方，以生膠的質量為100份，其他配 合劑用量都以相應的質量份表示的配方； （2）質量分數配方：以質量分數表示的配方，以膠料的總質量為100 ，生膠和配合劑都以質量分數表示的配方； （3）體積分數配方：以膠料的總體積為100，生膠和配合劑都以相應 的體積分數表示的配方； （4）生產配方：符合生產要求的質量配方，配方總質量等于煉膠機的 實際容量。 三、橡膠配方設計的原則 1、適應性原則：適應性能要求、適應加工要求； 2、經濟原則：在不降低產品質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)定原則：原材料質量可靠穩(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、橡膠配方的設計程序,1、基本配方設計 （1）生膠的選擇：根據制品的主要性能要求、工藝、使用條件和成 本選取 （2）硫化體系確定：根據膠種、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：根據制品顏色、使用條件來確定 （5）增塑體系確定：根據膠種、性能要求、工藝要求、成本等確定 （6）操作助劑選取：根據實際需要確定 （7）特種配合體系：根據實際需要確定,5,2、實用配方的設計程序,（1）調查研究階段 調查產品的使用條件、使用壽命等技術要求，了解生產設備和工 藝方法，查找文獻資料，收集同類或相近產品的配方、工藝條件等； （2）制定試驗計劃階段 根據性能和工藝要求及文獻資料，提出產品的物理性能、使用性能、和工藝性能的指標范圍，確定關鍵指標，根據經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，調整工藝條件和配方至滿足要求； （5）產品試制階段 按照規(guī)定的標準和技術條件，試制產品，測試性能和使用性能。,6,五、橡膠配方性能的檢測,1、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下預熱1min，旋轉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）應力松弛：應力松弛試驗機 （8）綜合加工性能測定：Brabender塑性儀、橡膠加工分析儀,7,2、硫化膠性能測試,（1）力學性能測試：拉伸、撕裂、伸長率、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：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）；應力松弛用應力松弛儀（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：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：脆性溫度、耐寒系數、吉門扭轉、玻璃化溫度、溫 度回縮試驗等； （5）熱性能測試：導熱率、比熱容、線膨脹系數、分解分度、馬丁耐熱性、維卡耐熱性等； （6）耐介質性、阻燃性、電性能、擴散和滲透性、粘接性能測試等。,8,第二節(jié) 橡膠配方設計與硫化膠性能的關系,一、拉伸強度 設計要點： （1）選用自補強性橡膠或結晶性、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； （5）其他方法：橡膠與樹脂并用、橡膠化學改性、填料表面改性等。,9,二、定伸應力和硬度,設計要點： （1）選用分子量大、分布窄，且能結晶或帶極性基團的橡膠； （2）提高交聯密度，增大硫黃和促進劑用量； （3）選用粒徑小、結構性高、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,設計要點： （1）選用分子量大、常溫下能結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，如DM(噻唑類）、CZ（次磺酰胺類）； （3）選用粒徑小、結構性低的炭黑，選用各項同性的填料； （4）少用增塑劑； （5）其他方法：使用5份以內的短纖維； 使用分散劑，提高配合劑分散性；,11,四、耐磨性,設計要點： （1）選用彈性好或強度高或有共軛結構的生膠，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 偶聯劑Si-69并用；炭黑用量NR中4550份，IR和非充油SBR中50 55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,設計要點： （1）選用分子量大，常溫下不能結晶，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）并保持合適的交聯密度； （3）減少炭黑的用量，選用粒徑大、結構性低、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,設計要點： （1）低應變下（120）選擇Tg較高的生膠；高應變下（120） 選擇具有自補強性的生膠；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 聯密度；對定變形的疲勞條件，要減少硫黃的用量，減小交聯密度； （3）選用粒徑小、結構度高、表面活性大的炭黑，在定負荷下，應增 加炭黑的用量，在定變形下，應減少炭黑的用量；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,設計要點： （1）選用分子鏈柔順、強度高的生膠（如NR）或容易產 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、結構度低的炭黑，炭黑的用量要小， 含膠率要高； （4）增加增塑劑的用量。,15,第三節(jié) 配方設計與膠料工藝性能的關系,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： （1）膠種：分子量大、凝膠含量高、內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：填料用量越大，膠料的粘度越高；粒徑 小、結構性高、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,要求：膨脹小，收縮小，表面光滑，速度快。 設計要點： （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）選用結構度高的炭黑； （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。 工藝因素：擠出機機頭和口型溫度，螺桿轉速，口型與螺桿尺寸的比例；,17,三、壓延,技術要求： 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，結構度高的炭黑，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、轉速。,18,四、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，輥筒轉速及速比、輥筒溫度。,19,五、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,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、結構 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,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）影響產品外觀質量； （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。 噴霜產生的原因： （1）配合劑用量過多； （2）配合劑與橡膠相