橡胶加工工艺及配方设计复习专用

1、word 橡胶加工工艺及配方设计 复习题一、配方设计的程序是什么？1、制品性能和使用条件的分析2、加工性能和制造工艺的分析3、确定胶料的技术要求4、性能研究配方制订5、进行试验并选取最正确配方 6、复试和扩大中试7、确定生产配方二、掌握橡胶配方五大体系的根本内容。1生胶最重要的组成局部，决定了胶料的使用性能、工艺性能和产品的本钱。2硫化体系使橡胶大分子发生化学交联。3填充补强体系提供胶料的强度和降低本钱4防老体系提高胶料的耐老化性能耐臭氧、耐热和耐疲劳。5软化增塑体系改善胶料的加工性能，降低本钱，提高硫化胶料的耐寒性。三、掌握常见橡胶的分子结构、极性、结晶等与性能特点。NR的主要成分是异戊二烯

2、的均聚物，其中顺式加成结构达97。n性能优点1NR是一种结晶性橡胶，可拉伸结晶，且NR具有较高的分子量。NR纯胶硫化后强度可达25MPa；用炭黑增强后可达35MPa。2NR的撕裂强度也很高，最高超100kN/m。3回弹性高，滞后损失小，生热低，良好的耐疲劳性。4NR具有较高的耐磨性。5混炼胶黏合性强，生胶强度高，挺性好。n性能缺点：n耐热性不高，常期使用温度低于90oC，可在100oC下可短期使用；耐老化，耐O3性能不高主链上存在大量的不饱和双键。nNR的耐燃料油性差非极性橡胶与烃类油相容性高。SBR的性能特点：非结晶性橡胶，必须使用增强填料补强。 补强后的强度能到达NR纯硫化胶的水平。耐磨性

3、较好特别是高温，耐寒性较差比NR，内耗大，生热高，弹性较低。耐热氧老化特性优于NR，硫化速度较NR慢因SBR的双键浓度较低和苯环的体积位阻效应；SBR的使用上限温度比NR高10-20。SBR的耐溶剂性能以及电绝缘性能与NR相似，因为均为非极性二烯类橡胶。SSBR比ESBR的弹性好，滚动阻力低，抓着力高。加工性能比NR稍差，尤其是SSBR包辊性差 ，自粘互粘性差。顺1,4丁二烯橡胶顺丁橡胶顺1,4结构到达9598的丁二烯橡胶被称为顺丁橡胶。高弹性、耐寒性好、耐磨耗、耐动态疲劳、动态内耗生热低。拉伸强度、撕裂强度低；抗湿滑性不良；加工性能不好、生胶会因自重而发生冷流。顺丁胶很少单独使用，经常与其它

4、通用橡胶并用，主要用于轮胎。2中乙烯基丁二烯橡胶乙烯基含量在3555的低顺式丁二烯橡胶。适宜含量的乙烯基提高了耐磨性和耐老化性能。其硫化胶料的抗湿滑性能可以和SBR相当，但耐磨性提高2030适于制造小型轮胎。3反1,4丁二烯橡胶反式1,4的结构一般>80。在室温下存在结晶，生胶强度、硬度高、耐磨性极好；弹性与SBR接近、动态生热大。主要用于制造鞋底、地板、垫圈等。氯丁橡胶硫调型非硫调型G型分子间的SS键容易在一定的条件下发生断裂，储存稳定性不好。在混炼加工过程中也容易断裂，分子量大幅度改变，加工条件不好控制。但G型SS断裂后产生SH是CR交联的促进剂。CR的性能特点：结晶性橡胶纯胶强度高

5、，交联纯胶的强度略高于交联NR。弹性低、动态内耗大、耐寒性差。含有大量-Cl取代基团阻燃性、耐烷烃油好、黏合强度高、但电绝缘性差。CCl和CC的共扼耐热性、耐候性和耐O3性优异。使用温度可达120oC丁基橡胶IIRIIR橡胶在主链上含有少量的异戊二烯通常100个碳原子才有一个双键。饱和度很高。耐热性高可短期在200oC使用。耐气候性优良耐O3性优良是通用橡胶的10倍以上缺点交联速度慢聚异丁烯段规整、对称性高结晶性橡胶。也具有拉伸诱导结晶的现象，纯胶强度高1421MPa。 异丁烯主链上多而密集的侧甲基，填补了分子链间的孔隙IIR耐透气性和耐透水性优异。异丁烯主链上多而密集的侧甲基，导致分子链在相

6、对运动时，内摩擦大、内耗高适合用于阻尼减震材料。IIR的自黏性和互黏性差，与其它通用橡胶相容性低通过卤化的方法提高黏结性卤素含量12：溴化丁基BIIR、氯化丁基CIIR丁腈橡胶NBRNBR的性能特点：NBR突出的性能是具有优异的耐非极性油和溶剂性。NBR是非结晶性橡胶，需要用活性填料增强才能具有适用的力学性能。NBR的耐热性不高，但好于NR，SBR，BR，长期使用温度可达120oC。NBR的耐O3性好于通用的二烯类不饱和橡胶。丙烯腈的含量对NBR性能有极大的影响丙烯腈含量增多：硬度、定伸应力、拉伸强度、耐磨性提高；耐油性、耐热性、耐化学药品性提高；气密性提高，当丙烯腈含量超过40，气密性与II

7、R相当；弹性、耐寒性下降。三元乙丙橡胶EPDM和二元乙丙橡胶EPM：EPDM的性能特点：乙丙橡胶是饱和的非极性的分子主链优点：具有高耐热性：超过IIR是通用和大品种特种橡胶中耐热性最高的，最高使用温度达150oC。突出的耐候性和耐O3性：优于IIR和CR。耐化学腐蚀性好：长期与极性溶剂和酸碱接触，性能变化小。弹性和耐低温性好：仅次于NR和BR。电绝缘性好：主要是EPR吸水率低。耐水性、耐热水、耐水蒸汽性优良。乙丙橡胶的性能缺点：1. 双键含量低硫化速度慢，与不饱和橡胶并用时，共硫化困难。2. 加工性能不好，自粘和互粘性差。3. 耐烷烃油性差、易燃、气密性不好。硅橡胶SiRSiO键的键能远高于C

8、C键能SiR具有极高的耐热性，耐O3，耐老化性。SiO键比CC键具有更高的活动能力SiR柔软而富有弹性，耐寒性很好。SiR的使用温度范围在弹性材料中最宽：-100oC350oC。但强度低，即使采用最正确的增强配合，强度也很难超过10MPa。SiO键不耐酸碱，遇酸碱会解聚；极高的疏水性电绝缘性好；低外表张力和生理惰性及高透气性。氟橡胶FKM耐高温，最高可耐315oC；耐油、最正确的耐化学介质和腐蚀性；耐高真空丙烯酸酯橡胶主链高饱和度耐热性，耐老化性能好；带有极性侧基耐矿物油性好。极性侧基为酯基耐水性和耐酸碱性不好ACR为非结晶性橡胶，纯胶强度较低。补强后的强度一般不超过20 MPa。ACR的突出

9、性能优势是具有优异的耐高温油性180oC，仅次于氟橡胶。ACR主要应用于汽车的耐高温、耐油密封配件如变速箱密封和活塞杆密封。因而常被称为车用橡胶。聚氨酯橡胶PUR：性能优点是：最高的拉伸强度是NR的一倍，自身无需增强，抗撕裂性能和耐磨性优异耐化学药品性优异，耐油性与NBR相媲美。耐臭氧性好、黏合性好。缺点是：耐水解性差，易水解氯醚橡胶ECO指侧基上含有氯、主链上有醚键的橡胶性能特点：主链为CCO饱和结构：良好的耐热老化性和耐O3性；极性的氯亚甲基侧链：优异的耐燃料油性和耐气透性。在共聚氯醚中，CCO基团比CH2Cl基团数量多，可以获得较好的低温性能。与NBR具有同等耐油性时，共聚型ECO的脆性

10、温度低20oC。典型应用：要求兼具耐油、耐寒、耐高温的制品，如：飞机上耐油密封件。四、掌握橡胶常用的三种硫化体系各自的特点。1硫黄硫化体系：主要的组成硫黄交联剂促进剂活化剂脂肪酸和金属氧化物2非硫硫化体系1、金属氧化物硫化体系主要用于硫化主链含有极性基团的橡胶：氯丁橡胶，羧基橡胶，ECO等。2、过氧化物硫化体系硫化胶料压缩永久变形小，耐热、耐寒性好，硫化时间短，不污染模具。该体系不能热空气硫化，硫化胶撕裂强度低。3、树脂硫化体系可用来硫化IIR、NR、SBR、CR和NBR橡胶，可提高硫化胶料的耐热和耐屈挠性能。五、举例分析促进剂和活性剂的作用机理。熟悉八大类促进剂中代表性品种的硫化特性。促M和

11、ZnO生成的ZMBT，改善了ZnO的溶解性以下可能二选一1、ZMBT与NR中蛋白质分解产物胆碱反响，生成络合物2、活化剂SA通过氧与ZMBT络合这些络合物溶解性极好，活性较原来促进剂高许多。亲核硫和不牢固Zn-S键，促进S8环裂解。1、噻唑类：硫化速度快，平坦性好。主要有促M硫醇基苯并噻唑和促DM二硫代二苯并噻唑。促MMBT性状：淡黄色粉末，味极苦，无毒。用量1-1.5份。2、次磺酰胺类：是促M的衍生物，是硫化特性最理想的一类促进剂，焦烧时间长，硫化起点慢，活性大，速度快，平坦性好，硫化胶综合性能好，常用品种有CZ、NOBS、NS、DZ等。促CZCBS，N环已基2苯并噻唑基次磺酰胺，性状：灰白

12、或淡黄色粉末，用量份。3、秋兰姆类：焦烧时间短，硫化速度快，平坦性差，常用于无硫和低硫硫化体系，适合于浅色及透明制品。典型：促TTTMTD，四甲基秋兰姆二硫化物，性状：白色粉末，与硫磺配合，第一促进剂：份，第二促进剂：0.1份，无硫配合：3-3.5份。4、二硫代氨基甲酸盐：硫化速度极快，易焦烧，机械性能、耐老化性能优越。典型：促PZ，二甲基二硫代氨基甲酸锌，性状：白色粉末，无毒无味，接触皮肤易发炎，硫化温度125°C即可，适合蒸汽硫化，不适合模压。5、黄原酸盐类：促进效果比二硫代氨基甲酸盐类还要大，一般不用于干胶，适于乳胶制品。常用品种：ZBX，正丁基黄原酸锌，性状：白色粉末，无毒，

13、有异味，不污染，贮存温度低于10 °C，用量1.0份以下。6、胍类：硫化起点慢，最大特点是硫化胶定伸应力高，但耐热老化性差，易龟裂，因此不单独用。可作为第二促进剂与噻唑类和次磺酰胺类并用。促DDPG，二苯胍，性状：白色粉末，无毒，第二促进剂用量份。7、醛胺类：活性弱，作DM和D等的第二促进剂。常用品种：促H，六次甲基四胺乌洛托品，性状：白色或淡黄色结晶粉末，与空气混合易爆炸。8、硫脲类：专用于CR和ECO常用品种：NA22，1，2亚乙基硫脲，性状：白色粉末，味苦，毒性中等，一般用量为份。六、炭黑和白炭黑增强橡胶的要素。炭黑影响最大三要素：粒径，外表活性，结构性。提高定伸强度应选小粒径

14、，高结构的炭黑，如ISAF，HAF。特别是对并用胶来讲，炭黑分布非常重要其分布原那么：要求分布合理，即非补强胶相中炭黑含量高些，自补强胶相中含量少些。纤维素补强的三个要素：长径比L/D)：100200之间取向:性能具有各向异性界面结合：界面结合越强，补强效果越好。短纤维可以赋予橡胶极佳的初始模量和拉伸强度，极大提高橡胶抗撕裂性能。橡胶用短纤维可以分为三大类：纤维素短纤维：外表有活性羟基，易于与橡胶黏合。有机合成短纤维：尼龙、芳纶、聚酯短纤维，外表光滑，需浸渍预处理才能获得良好的补强性。无机短纤维：玻璃短纤维和碳纤维，质脆，在混炼加工中易断裂。七、掌握结合胶的定义及其形成机理。结合橡胶也称为炭黑

15、凝胶，指填充的未硫化混炼胶中不能被它的良溶剂溶解的那局部橡胶。实质上是填料外表上的吸附的橡胶，也就是填料与橡胶间的界面层中的橡胶，具有类似玻璃态的特点。化学原因：吸附在炭黑外表上的橡胶分子链与炭黑外表基团结合，或者橡胶在加工过程产生大量橡胶自由基或者离子与炭黑结合，发生化学吸附，这是生成结合胶的主要原因。物理原因：橡胶大分子链在炭黑粒子外表上的那些大于溶解力的物理吸附，要同时解脱所有被炭黑吸附的大分子链并不是很容易的，只要有一、两个被吸附的链节没有除掉，就有可能使整个分子链成为结合胶。八、简述硅烷偶联剂对白炭黑外表的处理作用。白炭黑烷氧基硅烷 通式为R-Si-X3R为乙烯基、甲基丙烯基、胺基、

16、硫醇基和环氧基等；X为烷氧基硫化时，R基团与橡胶大分子发生化学结合，X基团能与含有羟基的白炭黑粒子结合。适用体系：乙烯基、甲基丙烯基：过氧化物硫化体系。巯基硫醇基适用于硫黄硫化体系。氨基和环氧基适用于PUR，和采用树脂硫化的体系。九、掌握理想弹性体方程中影响应力应变行为的因素。理想弹性体的应力应变关系交联点间平均分子量 伸长比LL0 橡胶密度Flory认为，硫化胶网络中存在缺陷分子末端、正常交联键、无效交联键、链缠结、链扣修正后的理想橡胶弹性方程(矛盾平衡)比例于无用的游离末端数MC越大，交联末端数越多M越大，交联末端数越少热弹力RT：热弹力与绝对温度成正比，弹力由长链分子的热运动产生网状结构

17、： 说明应力与有效分子链数有关，与交联程度有关变形 应力与变形量有关，与其成正比。十、拉伸强度与硫化体系的关系，解释为什么多硫键型的材料的断裂强度是最好的？交联密度：随交联密度提高而出现峰值。交联键类型：多硫键的抗张强度最高。原因：硫化胶网络中的交联键分布是不规那么不均匀的，交联点间的链段有长有短，当受外力作用而变形时，应力分布不均匀，易产生应力集中。强键：将在较低伸长下断裂，导致分子流动，使应力不均匀程度增加，最后整个网构破坏。弱键：在较大应力集中情况下，很快脱开解除所受负荷，将应力分配给邻近的链段，使得变形的网构作为一个整体均匀承受较大的应力。拉伸结晶型橡胶：弱键早期破坏有利于分子主链的定

18、向结晶。另外，多硫键断裂后，还能再度形成交联键。十一、对于炭黑填充的橡胶材料来讲，在外场交变作用下的动态生热产生的主要原因是什么？论述如何进行低生热的橡胶配方设计？橡胶滞后和动态生热的微观分析：1橡胶与橡胶分子间摩擦2橡胶分子与填料炭黑间的摩擦3填料炭黑与填料炭黑之间的摩擦1、橡胶橡胶的Tg越低，动态生热越低。BR<NR<EPDM<SBR<IIR并用动态生热低的胶料可改善生热，如SBR/BR；NR/BR。2、填充补强体系增强剂粒子越细，结构性越大动态生热越大；提高含胶率、使用补强性差的填料可降低动态生热。提高填料的分散，和填料与橡胶之间的界面界面结合，可降低生热。对于白

19、炭黑补强体系，硅烷偶联剂的最正确用量：100份白炭黑参加210份。使用分散剂可以进一步降低橡胶材料的动态损耗。3、增塑体系：添加适量的增塑剂，可以降低橡胶大分子间的物理缠结，减少在动态应变下的分子间相互摩擦，降低生热交联密度相同4、交联体系：交联密度的增加，定伸强度增大，提高了橡胶材五料的抗变形能力。通过交联点间分子量的降低，有效弱化了大分子间的应变滑移，提高了分子链段变形的同步性。交联结构：单硫键有利。十二、用作压延、压出的胶料配方设计要点。1生胶含胶率大，变形大。含胶率>97%难于压出，含胶率<25%，分子粘结减少，压出物外表粗糙。NR-压出速度快，收缩率小SBR-松弛时间长，

20、压出慢，收缩大，并用NRCR-对温度敏感，要注意控制温度，以免焦烧IIR-压出速度慢，发热量大，结构紧密的原因2填充剂可降低含胶率，减少弹性形变。粒径影响不大，结构性和用量影响最大。结构性与浓度存在等效关系，低结构-多用量的膨胀与高结构-少用量的膨胀情况是等效的。低硬度、低粘度胶料，应防止卷入气泡，采取方法：参加油膏参加适量重质碳酸钙、蜡类，降低粘着性，防止空气混入用对硬度影响小的非补强性填料，降低含胶率并用局部交联橡胶可防止变形，适宜的含胶率为30-50%。十三、从五大体系的关系出发，阐述发泡海绵橡胶设计的思路。1、所有橡胶均可发泡2、海绵橡胶配方设计原理1发泡体系2硫化体系温度应与发泡剂分

21、解温度相匹配有机发泡剂在到达一定温度时迅速分解，放气量稳定，能够按照用量来计算发泡倍率。而无机发泡剂由于是吸热反响，不会马上分解，全局部解需要一定时间和热量，所以它产生的有效气体量是不稳定的。海绵橡胶的硫化体系与它的发孔情况密切相关。-关键因素。要求：胶料硫化速率必须与发泡速率相匹配。海绵橡胶在硫化过程中同时发生两种反响，即发泡剂分解析出气体和橡胶在硫化剂作用下的交联。假设发泡过早，此时胶料尚未开始交联，粘度很低，气体容易跑掉，得不到气孔。假设发泡过晚，胶料已到达正硫化，粘度太高，不能发泡。发泡时间适宜，这时胶料已有足够程度的硫化程度，粘度较高，孔壁较强，会产生闭孔结构。因此必须根据发泡剂分解速度来调整硫化速度，控制在一定硫化阶段进行发泡。发泡剂用量为5-8份。固体填充剂：可以选择半补强炭黑，碳酸钙等。软化剂：用量以满足混炼胶门尼粘度30-50的条件为选择依据，常用的软化剂有：机油，变