橡胶配方设计的基本概念

橡胶配方设计4配方体系表示方法、设计原则、性能对配方体系的要求12/24/202214.1橡胶配方设计的基本概念橡胶配方就是表示能满足制品规定使用性能及加工性能要求的胶料中，各种原材料的种类和用量的搭配方案。生产中所用配方应该包括：胶料的名称及代号、胶料的用途、各种配合剂的用量、生胶含量、密度以及胶料的物性。所谓配方设计就是如何确定这种比例关系，是橡胶制品生产过程中的关键环节。12/24/202224.1.1橡胶配方设计的原则橡胶配方设计的任务是力求使橡胶制品在性能、成本和工艺可行性三个方面取得最佳的综合平衡。通常，要遵循以下几条原则：⑴充分了解制品的性能要求、使用条件；半成品的性能一般应高于成品指标的15%。⑵由于橡胶制品的性能一般是多方面的，性能在满足性能要求方面，要抓住主要矛盾，平衡次要矛盾；⑶对多部件制品，要从整体考虑；⑷平衡使用性能与加工性能；⑸考虑配合剂之间的相互影响；⑹低污染；⑺简化配方，降低成本。12/24/202234.1.2橡胶配方设计的程序配方设计的基本程序包⑴调研包括制品的使用条件，如温度、压力、是否接触介质、使用的频率等方面。⑵选材根据调研结果，选材、确定基本配方；包括生胶材料及各种配合剂各种生胶的基本配方可通过资料查询。⑶配方筛选确定能够反映产品性能的试验方法，反复实验进行筛选；⑷检验通过选定的配方制备胶料、产品，进行验证；⑸定工艺根据试验过程拟定加工工艺条件；⑹评定对制品的性价比进行综合评定。12/24/2022412/24/202254.1.3橡胶配方的表示方法及其计算橡胶配方的表示方法⑴基本配方基本配方是用质量份数表示的配方，即以生胶的质量为100份，其它配合剂用量都以相对的质量份数来表示。⑵质量百分数配方质量百分数配方是以胶料总质量为100%，生胶及各种配合剂用量都用质量百分数来表示。⑶体积百分数配方体积百分数配方是以胶料的总体积为100%，生胶及各种配合剂用量都用体积百分数来表示。⑷生产配方根据炼胶机的容量，由基本配方换算出的实际生产投料量。12/24/2022612/24/2022712/24/2022812/24/2022912/24/20221012/18/20221112/18/20221212/18/20221312/18/20221412/18/20221512/18/20221612/18/2022174.2配配合体系系与制品品性能的的关系4.2.1配配合体体系与拉伸强度度的关系拉伸强度度是指试试片受拉拉伸作用用至断裂裂时单位位面积上上所承受受的最大大拉伸应应力，单单位MPa。在在硫化胶胶的测定定项目中中一般都都包括这这项指标标。工业业用橡胶胶制品，，多以拉拉伸强度度作为产产品质量量的主要要指标。。⑴橡胶胶品种主链上有有极性取取代基或或芳基的的橡胶的的拉伸强强度较高高。就纯纯橡胶配配合而言言，天然然橡胶和和聚氨酯酯橡胶的的拉伸强强度最高高，丁基基橡胶、、乙丙橡橡胶、氯氯丁橡胶胶次之，，丁苯橡橡胶、丁丁腈橡胶胶较差。。12/18/202218⑵硫化化体系①交联密密度随着交联联密度的的增加，，橡胶拉拉伸强度度，出现现先增后降降的趋势，，存在最最佳值，，这就要要求适当当选择硫硫化剂的的用量。。②交联健健的类型型硫化胶的的拉伸强强度随着交联联键能的的增加而而减小。当交联联键能较较弱时，，在高应应力集中中下会很很快断裂裂，从而而解除了了所承受受的负荷荷，而将将应力转转移分配配给相邻邻链段上上，使得得网络作作为一个个整体均均匀地承承受较大大应力；；同时，，弱交联联键的较较早断裂裂还有利利于该部部分主链链的定向向排列和和结晶，，因此存存在弱交交联键的的硫化胶胶的拉伸伸强度较较大。例例如，适适当增加加硫黄用用量，采采用促进进剂M或或与胍类类促进剂剂并用，，可提高高键能较较低的多多硫键（（—Sx—）的的含量，，提高拉拉伸强度度。12/18/202219⑶填充充体系一般而言言，填充充剂粒径径越小、、比表面面积越大大、结构构性越高高，补强强效果越越好。⑷增塑塑体系增塑剂一一般会使使橡胶的的拉伸强强度降低低，与橡橡胶相容容性好、、具有限限制橡胶胶分子运运动的高高黏度油油类增塑塑剂可提提高橡胶胶的拉伸伸强度。。其它，如如共混、、使用表表面活性性剂、偶偶联剂也也可提高高橡胶的的拉伸强强度。12/18/2022204.2.2配配合体体系与与撕裂强强度的关系系指将带带有切切口的的试片片撕裂裂时所所需的的最大大力，，其单单位为为N/m。。⑴橡橡胶品品种天然橡橡胶、、氯丁丁橡胶胶等结结晶性性橡胶胶的撕撕裂性性较好好。几几种橡橡胶的的抗撕撕裂性性强弱弱顺序序是：：NR＞CR＞＞SBR＞＞NBR⑵硫硫化化体体系系多硫硫键键具具有有较较高高的的撕撕裂裂强强度度。。⑶填填充充体体系系粒子子细细、、活活性性大大的的炭炭黑黑、、白白炭炭黑黑补补强强时时，，撕撕裂裂强强度度明明显显改改善善；；炭炭黑黑用用量量一一般般在在50~60phr时时可可获获得得最最高高撕撕裂裂强强度度。。但但用用量量过过大大时时撕撕裂裂强强度度反反而而下下降降。。⑷增增塑塑体体系系适当当加加入入增增塑塑剂剂有有助助于于撕撕裂裂强强度度的的提提高高，，主主要要是是一一些些树树脂脂类类如如古古马马隆隆树树脂脂、、酚酚醛醛树树脂脂等等。。12/18/2022214.2.3配配合合体体系系与与定伸伸应应力力的关关系系定伸伸应应力力是是指指试试样样被被拉拉伸伸至至一一定定长长度度时时所所受受的的力力与与试试样样在在拉拉伸伸前前的的截截面面积积之之比比，，单单位位为为MPa，，工工业业中中常常用用的的有有伸伸长长为为100%、、300%和和500%时的的定定伸伸应应力力。。⑴橡橡胶胶品品种种要求求高高定定伸伸应应力力的的橡橡胶胶制制品品可可以以用用天天然然橡橡胶胶、、丁丁腈腈橡橡胶胶、、聚聚氨氨酯酯橡橡胶胶来来制制备备；；低低定定伸伸应应力力的的制制品品可可采采用用天天然然橡橡胶胶、、高高顺顺丁丁橡橡胶胶。。⑵硫硫化化体体系系随着着交交联联密密度度的的增增加加，，定定伸伸应应力力随随之之增增加加。。因因此此，，调调整整硫硫化化体体系系中中硫硫黄黄及及促促进进剂剂的的用用量量来来增增大大交交联联密密度度，，进进而而提提高高定定伸伸应应力力。。⑶填填充充体体系系增加加粒粒度度小小、、结结构构性性高高的的高高活活性性填填充充剂剂的的用用量量可可提提高高定定伸伸应应力力。。以以炭炭黑黑的的效效果果最最为为显显著著。。对对丁丁苯苯橡橡胶胶来来说说，，主主要要取取决决于于炭炭黑黑的的结结构构性性。。⑷增增塑塑体体系系增塑塑剂剂用用量量增增加加，，定定伸伸应应力力降降低低。。12/18/2022224.2.4配配合合体体系系与与回弹弹性性的关关系系回弹弹性性又又称称冲冲击击弹弹性性，，是是指指橡橡胶胶受受冲冲击击以以后后恢恢复复原原状状的的能能力力。。试试验验的的时时候候是是使使一一定定高高度度的的重重物物自自由由落落到到橡橡胶胶试试样样表表面面上上，，用用重重物物回回弹弹的的高高度度来来评评价价。。⑴橡橡胶品品种从结构构因素素来说说，分分子链链越柔柔顺、、分子子间作作用力力越小小的橡橡胶，，其弹弹性越越好。。以天天然橡橡胶、、顺丁丁橡胶胶、异异戊橡橡胶以以及硅硅橡胶胶的回回弹性性较好好。⑵硫硫化体体系在一定定范围围内，，弹性性随交交联密密度的的增大大而提提高，，多硫硫键的的回弹弹性高高于低低硫键键和碳碳碳交交联键键。适适当增增加硫硫黄用用量有有利于于硫化化胶弹弹性的的增加加。⑶填填充体体系填充剂剂用量量越少少、胶胶料含含胶率率越高高，有有利于于弹性性的增增加。。炭黑黑特别别是细细粒子子活性性炭黑黑，对对硫化化胶弹弹性的的降低低影响响较大大，对对弹性性要求求高的的胶料料多采采用中中粒子子炭黑黑。⑷增增塑体体系增塑剂剂对硫硫化胶胶弹性性的影影响一一般不不大，，但用用量过过大时时会使使弹性性降低低。12/18/2022234.2.5配配合体体系与与耐磨性性能的关系系硫化胶胶所受受的磨磨耗作作用力力主要要包括括：刨刨削力力、冲冲击力力、切切割力力、撕撕裂力力以及及剪切切力。。要具具备良良好的的耐磨磨性能能，硫硫化胶胶需同同时具具备较较低的的摩擦擦系数数和优优异的的物理理机械械性能能。⑴橡橡胶品品种从结构构因素素分析析，分分子链链柔顺顺性好好、有有共轭轭体系系存在在、含含有芳芳基的的极性性橡胶胶的耐耐磨性性能较较好。。聚氨氨酯橡橡胶具具有特特殊的的耐磨磨性能能，但但其耐耐冲击击、耐耐切割割性能能较差差。其其次是是顺丁丁胶、、丁苯苯橡胶胶、天天然橡橡胶。。对丁丁苯橡橡胶和和天然然橡胶胶来说说，当当温度度低于于15℃天天然橡橡胶的的耐磨磨性较较好；；而当当温度度在15℃℃以上上时，，丁苯苯橡胶胶的耐耐磨性性较好好。12/18/202224⑵填充体体系加入细粒子子、高结构构性的炭黑黑能够提高高硫化胶的的耐磨性能能，以高结结构高耐磨磨炉黑最好好。填充的的量一般有有最佳值，，多了反而而降低。对对天然或丁丁苯橡胶一一般用量为为50~60phr。白色填料以以粒径为20nm左左右的白炭炭黑为最好好，其次是是氧化锌。。⑶硫化体体系随交联密度度的增加，，耐磨性能能会出现最最大值。同同时考虑到到炭黑的吸吸附作用，，硫化剂和和促进剂的的用量要适适当多一些些。促进剂剂应选择硫硫化平坦性性能较好的的噻唑类为为好。此外，正确确使用防老老剂也能间间接提高制制品的耐磨磨性能。12/18/2022254.2.6配合体体系与耐屈挠性能能的关系橡胶在往复复屈挠过程程中，由于于化学和机机械的作用用，在弯曲曲部分所产产生的表面面裂口称为为屈挠龟裂裂。橡胶产生屈屈挠龟裂的的过程分为为两个阶段段，即龟裂裂的发生阶阶段和龟裂裂的增长阶阶段。各种种橡胶在这这两个阶段段表现的特特征不同，，以天然橡橡胶和丁苯苯橡胶为例例，天然橡橡胶容易产产生龟裂，，但龟裂增增长的速度度慢；而丁丁苯橡胶难难以产生龟龟裂，但一一旦产生龟龟裂，其增增长的速度度较为迅速速。⑴橡胶品品种橡胶制品的的耐屈挠性性能主要取取决于橡胶胶的品种。。几种橡胶胶的耐龟裂裂发生的能能力顺序为为：丁基橡橡胶＞氯丁丁橡胶＞丁丁苯橡胶＞＞丁腈橡胶胶＞天然橡橡胶。而抗抗龟裂增长长的顺序为为：丁基橡橡胶＞氯丁丁橡胶＞天天然橡胶＞＞丁苯橡胶胶＞丁腈橡橡胶。可见见丁基橡胶胶的耐屈挠挠性能为最最好，但在在温度升高高时其耐屈屈挠性能显显著降低。。12/18/202226⑵填充体体系经过表面处处理的、粒粒径为40~80nm的填充充剂的耐屈屈挠性能较较好；粒径径大、各向向同性的填填充剂易于于屈挠中的的橡胶形成成空隙，从从而促进龟龟裂的增长长。填充剂的用用量不宜过过多，否则则会使硫化化胶的定伸伸应力和硬硬度增高，，导致龟裂裂部位的应应力增大，，加快龟裂裂的增长。。而且填料料若分散不不均时，也也会使硫化化胶在屈挠挠过程中形形成应力集集中，促进进空隙的产产生，可采采用脂肪酸酸盐来提高高填料的分分散效果。。⑶硫化体体系过硫时硫化化胶的耐屈屈挠性能显显著下降，，为提高耐耐屈挠性能能，硫化程程度最好取取比正硫化化少欠一点点。12/18/2022274.2.7配合体体系与耐疲劳性能能的关系橡胶制品承承受交变循循环应力或或应变时所所引起的局局部结构变变化和内部部缺陷的发发展过程，，称为橡胶胶的疲劳。。疲劳会使使橡胶的力力学性能下下降，并最最终导致龟龟裂或完全全断裂。⑴橡胶品品种在低应变疲疲劳下，橡橡胶的Tg愈高，耐耐疲劳破坏坏性愈好；；在高应变变疲劳下，，具有拉伸伸结晶特性性的橡胶耐耐疲劳性能能较好。⑵硫化体体系易于形成多多硫键的硫硫化体系，，有利于耐耐疲劳性能能的提高，，普通硫化化体系最为为有利。⑶填充体体系粒子细、结结构性高的的炭黑，耐耐疲劳性能能较好，其其用量一般般在50phr左右右。⑷增塑体体系稀释作用小小的粘稠性性增塑剂有有利于耐疲疲劳性能的的提高，但但用量应尽尽量降低。。12/18/2022284.2.8配合体体系与硬度的关系橡胶硬度是是指抵抗外外力压入的的能力，常常用邵尔硬硬度计测定定。硫化胶胶的硬度范范围在10~100之间。⑴硫化体系系随着交联密度度的增加，硫硫化胶的硬度度增加。⑵填充体系系一定范围内，，增加粒子细细、结构性高高的填充剂的的用量可提高高硫化胶的硬硬度。也可增增加高苯乙烯烯树脂、酚醛醛树脂等物质质以提高硫化化胶的硬度。。⑶增塑体系系使用增塑剂通通常会使硫化化胶制品的硬硬度降低。12/18/2022294.2.9压压缩永久变变形性⑴硫化体系系随着交联密度度的增加，硫硫化胶的压缩缩永久变形降降低。因此，，要降低橡胶胶制品的永久久变形性，必必须是制品达达到正硫化；；若制品需在在高温下使用用，用过氧化化物进行交联联，可降低制制品压缩永久久变形性。⑵填充体系系填充剂粒子的的形状对橡胶胶制品的永久久变形性影响响较大，其中中球状或片状状粒子有利于于永久变形性性的降低；而而针状、棒状状粒子则不利利于永久变形形性的降低。。12/18/2022304.3配合体体系与胶料工艺性能能的影响1配合体系系与胶料粘度的关系各种生胶都具具有一定的粘粘度，可根据据用途和需要要加以选择。。一般而言，，填充剂的加加入会使胶料料的粘度增加加。加入增塑塑剂则能够降降低胶料的粘粘度。2配合体系系对胶料混炼性能能的影响胶料的混炼性性能是指配合合剂是否容易易与橡胶混合合均匀。胶料料的混炼性主主要取决于配配合剂与橡胶胶之间的浸润润性。疏水性填充剂剂，如炭黑容容易被橡胶所所浸润，混炼炼性能较好；；亲水性填充充剂，如碳酸酸钙、陶土、、白炭黑等，，不易被橡胶胶浸润，混炼炼性能较差。。可通过化学学改性，或加加入表面活性性剂加以改进进。增塑剂与橡胶胶的相容性一一般较好，易易于分散。12/18/2022313配合体系系对包辊性能的影响胶料的包辊性性能主要取决决于生胶的强强度和粘着性性能。影响生胶强度度的因素包括括生胶的分子子量及其拉伸伸结晶性能。。天然橡胶具具有最好的包包辊性能，乳乳聚合成橡胶胶次之，溶聚聚的，特别是是分子量分布布较宽的橡胶胶包辊性能较较差。改善的的途径有以下下几种⑴通通过过加加入入活活性性、、结结构构性性高高的的填填充充剂剂，，如如炭炭黑黑、、白白炭炭黑黑等等增增加加生生胶胶的的强强度度，，进进而而提提高高胶胶料料地地包包辊辊性性能能。。⑵加加入入增增粘粘性性增增塑塑剂剂如如高高芳芳烃烃操操作作油油、、松松焦焦油油、、古古马马隆隆树树脂脂、、酚酚醛醛树树脂脂等等。。⑶与与少少量量天天然然橡橡胶胶并并用用。。12/18/2022324配配合合体体系系对对焦焦烧烧特特性性的的影影响响焦烧烧产产生生的的原原因因主主要要是是硫硫化化体体系系选选择择不不当当导导致致。。因因此此，，应应尽尽量量选选用用后后效效性性或或临临界界温温度度较较高高的的促促进进剂剂，，也也可可添添加加防防焦焦剂剂进进一一步步改改善善。。碱性性炉炉法法炭炭黑黑及及高高结结构构性性炭炭黑黑具具有有促促进进硫硫化化作作用用，，易易引引起起焦焦烧烧；；而而酸酸性性的的槽槽法法炭炭黑黑，，对对硫硫化化起起延延缓缓作作用用，，一一般般不不易易焦焦烧烧。。增塑塑剂剂的的加加入入一一般般都都具具有有延延缓缓焦焦烧烧的的作作用用。。12/18/2022334.4特特种种性性能能橡橡胶胶的的配配合合1耐耐热热橡橡胶胶橡胶胶在在长长时时间间热热老老化化作作用用下下保保持持原原有有物物理理机机械械性性能能的的能能力力称称为为耐耐热热性性。。要要提提高高橡橡胶胶制制品品的的耐耐热热性性，，主主要要通通过过两两种种途途径径：：一一是是从从橡橡胶胶分分子子结结构构对对其其分分子子运运动动的的影影响响出出发发，，探探求求提提高高软软化化温温度度的的方方法法；；二二是是从从橡橡胶胶及及其其交交联联网网与与热热化化学学反反应应间间的的关关系系出出发发，，寻寻找找提提高高热热稳稳定定性性和和化化学学稳稳定定性性的的方方法法。。⑴橡橡胶胶品品种种的的选选择择常用用的的有有NBR、、CR、、EPDM、、IIR、、Q、、FPM等等⑵硫硫化化体体系系单硫硫键键键键能能比比多多硫硫键键键键能能高高，，耐耐热热性性好好。。因因此此，，耐耐热热橡橡胶胶应应采采用用““低低硫硫高高促促””的的硫硫化化体体系系。。12/18/202234⑶防防护护体体系系宜采采用用高高效效耐耐热热型型防防老老剂剂，，如如防防老老剂剂RD。。⑷填填充充补补强强体体系系一般般无无机机填填料料比比炭炭黑黑具具有有较较高高的的耐耐热热性性，，如如白白炭炭黑黑、、氧氧化化锌锌、、氧氧化化镁镁等等。。⑸增增塑塑剂剂增塑塑剂剂对对橡橡胶胶耐耐热热性性不不利利，，应应尽尽量量少少用用。。用用的的话话应应选选用用热热稳稳定定性性好好、、不不挥挥发发的的类类型型。。如如石石油油系系重重油油类类。。12/18/2022352耐耐寒寒橡橡胶胶对于于非非结结晶晶性性橡橡胶胶，，玻玻璃璃化化温温度度是是衡衡量量其其耐耐寒寒性性的的温温度度指指标标。。对对于于结结晶晶性性橡橡胶胶往往往往在在远远高高于于Tg的的温温度度下下，，很很快快结结晶晶。。所所以以结结晶晶性性橡橡胶胶的的耐耐寒寒配配合合应应设设法法抑抑制制其其在在低低温温条条件件下下的的结结晶晶。。工工业业上上以以脆脆性性温温度度作作为为橡橡胶胶制制品品耐耐寒寒性性指指标标。。⑴橡橡胶胶品品种种的的选选择择橡胶胶主主链链上上含含有有双双键键和和醚醚键键的的橡橡胶胶（（如如NR、、BR、、氯氯醇醇橡橡胶胶）），，具具有有较较好好的的耐耐寒寒性性；；主主链链上上含含有有双双键键但但具具有有极极性性侧侧基基的的橡橡胶胶（（NBR、、CR））耐耐寒寒性性居居中中；；主主链链不不含含双双键键，，侧侧链链具具有有极极性性基基团团的的橡橡胶胶（（FPM））耐耐寒寒性性最最差差。。12/18/202236⑵硫硫化化体体系系耐寒橡胶胶的硫化化体系以以，高硫硫低促的的硫黄硫硫化体系系为最好好。对非结晶晶性橡胶胶，交联联密度低低的对耐耐寒性有有利；对结晶性性橡胶，，当低温温结晶成成为影响响耐寒性性的主要要矛盾时