特种橡胶配方设计方案

第二章特种橡胶配方设计第一节海棉橡胶第二节阻燃橡胶第三节透明橡胶第四节吸水膨胀橡胶第五节导电橡胶第六节导热橡胶特种橡胶配方设计方案第1页海绵橡胶是一个疏松多孔橡胶，含有好弹性、高减振、隔音、隔热性能。种类繁多，广泛应用于密封、减振、消音、制鞋等方面。第一节海棉橡胶开孔闭孔混合孔特种橡胶配方设计方案第2页1、全部橡胶均可发泡2、海绵橡胶配方设计原理（1）发泡体系（2）硫化体系——温度应与发泡剂分解温度相匹配。一、设计准则特种橡胶配方设计方案第3页二、发泡剂(一)发泡剂种类无机发泡剂和有机发泡剂1、无机发泡剂特点：粒子较粗，孔眼较大多数是白色产物，不会对海绵体产生色泽污染大多数是水溶性大多数含有不燃性产生气体是二氧化碳、水蒸汽、氨气等，而不是氮气。分解温度不稳定多数是吸热反应因为发气量不稳定，极难取得高发泡倍率产品。部分用于制造开孔结构产品以及与有机发泡剂并用。特种橡胶配方设计方案第4页特点：粒子较细，孔眼细小放气量大，释放气体以氮气为主分解温度稳定分解反应为放热反应大多数产品含有易燃性易残留气味，产生色泽污染2、有机发泡剂特种橡胶配方设计方案第5页有机发泡剂和无机发泡剂分解曲线比较有机发泡剂在到达一定温度时快速分解，放气量稳定，能够按照用量来计算发泡倍率。而无机发泡剂因为是吸热反应，不会马上分解，全部分解需要一定时间和热量，所以它产生有效气体量是不稳定。特种橡胶配方设计方案第6页三、硫化体系海绵橡胶硫化体系与它发孔情况亲密相关。----关键原因。要求：胶料硫化速率必须与发泡速率相匹配。

特种橡胶配方设计方案第7页原理：1、海绵橡胶在硫化过程中同时发生两种反应，即发泡剂分解析出气体和橡胶在硫化剂作用下交联。2、发泡剂析出气体，最初溶解在胶料中，当气体溶解到达饱和后，即有气相产物形成，胶料是在所形成气体压力下发泡。与此同时胶料经过硫化交联而把孔眼结构固定下来。为此要求硫化速度能调整到使析出气体所产生对孔壁拉伸膨胀力稍大于孔壁本身阻力。3、假如气体相形成速度过快，因为胶料来不及硫化，则形成一个个气泡就会破裂，造成气体从各个孔眼扩散逸出，发泡压力降低；反之，若气体相形成速度过慢或硫化速度过快，则胶料在形成多孔结构之前就完成硫化定型。特种橡胶配方设计方案第8页A为焦烧时间，AB为热硫化前期，BC为热硫化后期，C为正硫化A点前发泡，此时胶料还未开始交联，粘度很低，气体轻易跑掉，得不到气孔。AB段发泡时，粘度在依然较低，孔壁较弱，轻易造成连孔。BC段，这时胶料已经有足够程度硫化程度，粘度较高，孔壁较强，会产生闭孔结构。若在C点或附近，胶料已到达正硫化，粘度太高，不能发泡。特种橡胶配方设计方案第9页所以必须依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。特种橡胶配方设计方案第10页怎样调整硫化速度和发泡剂分解速度使之匹配？方法：选取在现有硫化温度下硫化速度慢一点硫化体系。即将硫化曲线向右平移，使发泡剂分解曲线位于BC段情况1：特种橡胶配方设计方案第11页情况2：方法：1、选取在现有硫化温度下硫化速度快一点硫化体系。即将硫化曲线向左平移，使发泡剂分解曲线位于BC段。2、选取适当快速硫化体系，利用硫化速度对温度敏感性比发泡剂对温度敏感性更强特点，提升硫化温度也是一个有效方法。特种橡胶配方设计方案第12页四、其它填充剂固体填充剂：能够选择半补强炭黑，碳酸钙等。软化剂：用量以满足混炼胶门尼粘度30-50条件为选择依据，惯用软化剂有：机油，变压器油，凡士林，环烷油，石蜡油，有机酯类等。用量在10-30份。防老剂：因为发泡橡胶多孔，比表面积大，极易老化，所以，要选择高效防老剂，惯用防老剂有：防D，4010，浅色用2246，MB等。特种橡胶配方设计方案第13页橡胶分解可燃气体燃烧O2循环橡胶燃烧过程橡胶耐燃：指橡胶离开火源后，火焰快速自行熄灭性能，以氧指数（OI）来衡量材料耐燃性。>27自熄材料<27易燃材料第二节、阻燃橡胶特种橡胶配方设计方案第14页惯用聚合物OI聚合物OI聚合物OILDPE17-19聚酰胺22-28LDPE（难燃）24-29聚酰亚胺36.5HDPE17-19EPDM21.9HDPE（难燃）28CSM25.1CPE21-23CR26.3PS17-18SiR26-39PVC45-60PTFE795特种橡胶配方设计方案第15页各类橡胶氧指数特种橡胶配方设计方案第16页评价材料阻燃性指标橡胶阻燃性能好坏，一方面指是材料在被火焰侵袭时，被点燃难易程度；其次是指一旦材料着火燃烧后，它所具有火焰传播速度、热释放速率、有毒气体释放量高低，以及材料离开火源后能否迅速自行熄灭性能。特种橡胶配方设计方案第17页配方设计关键点：1、生胶体系：将易燃橡胶与阻燃材料共混是提升前者阻燃性一个方法。经典例子是丁腈橡胶与聚氯乙烯、氯化聚乙烯（CPE）间共混，它们相容性很好。比如，NBR/CPE共混，当CPE含量超出40%时，NBR氧指数提升至32左右。特种橡胶配方设计方案第18页含有阻燃性橡胶和塑料：含氯材料-如CR、CSM、FKM、PVC、CPE、ECO、SiR特种橡胶配方设计方案第19页2、填充体系填料普通不采取炭黑、而采取硅酸盐等浅色填料。3、软化增塑体系软化增塑剂普通易燃、在阻燃橡胶中应尽可能少用。含氯和含磷增塑剂含有提升阻燃性作用：如氯化石蜡和磷酸三甲苯酯。特种橡胶配方设计方案第20页4、阻燃剂橡胶阻燃性能改进最主要方式是添加阻燃剂。橡胶惯用阻燃剂有：含卤素类阻燃剂、含磷类阻燃剂、三氧化二锑、无机金属水合物等。特种橡胶配方设计方案第21页阻燃两大路径：（1）使可燃气体分解或转化为不燃物质；（2）大量吸热和将热量传导出去。有机阻燃剂：品种：含卤素阻燃剂，如氯化石蜡、十溴二苯醚特种橡胶配方设计方案第22页阻燃机理：H·+HXH2+X·

卤化氢与反应性强氢或羟基自由基反应生成反应性弱卤原子。降低了链支化反应速度。

OH·+HXH2O+X·卤化物热分解生成卤化氢，HX起到稀释和屏蔽可燃性气体作用。X·+OH·（羟基）

HX+O·X·+CH4（烃）

HX+CH3·X·+H·（氢原子）

HX

重新生成卤化氢，又深入起阻燃作用特种橡胶配方设计方案第23页金属卤化物阻燃剂品种：氧化锑-卤化物体系（氯化石蜡）机理：受热分解，释放HX和卤元素2RHXR-R+2HX2RHX2RH+X26HX+Sb2O32SbX3+3H2OX2+Sb2O3SbOX+SbO2X3SbOXSbX3+Sb2O3它们与Sb2O3反应生成三卤化锑，在材料表面形成碳化层，起隔热屏蔽作用。火焰抑制剂特种橡胶配方设计方案第24页无机金属氧化物：在橡胶中添加无机金属水合物是制备无卤阻燃橡胶主要方法。无机金属水合物受热释放结晶水和结晶水汽化两过程均属于吸热反应，以此降低橡胶表面温度。而且，比重大于空气水蒸气覆盖于橡胶表面，能够稀释橡胶表面可燃性气体浓度和隔绝氧气。这类阻燃剂品种主要有：氢氧化铝、氢氧化镁和硼酸锌等。用量超出150份时才能起到良好效果。特种橡胶配方设计方案第25页氢氧化镁粒径对胶料力学性能影响特种橡胶配方设计方案第26页为实现橡胶良好阻燃性能，往往能够经过几类不一样阻燃作用机理阻燃剂复配使用，来提升橡胶阻燃能力。比如：氢氧化镁与红磷复配、氢氧化镁与含卤素类阻燃剂复配使用等。特种橡胶配方设计方案第27页第三节透明橡胶配合要满足三个条件：①R本身透明，尤其是硫化后能表现透明性②配合剂对R透明性没有影响③工艺条件（温度，压力和共混条件）等不改变R和配合剂原有光学性质特种橡胶配方设计方案第28页1、橡胶选择①生胶呈透明，硫化胶也透明②生胶不显透明，但不含污染性强助剂也能够制得透明硫化胶惯用胶种：NR，SBR，BR

特种橡胶配方设计方案第29页2、配合剂

要求对硫化胶透明性没有影响①粒径要小，小到可见光波长1/4以下光线能够绕射，粒子不能阻挡光线进程②配合剂折光率与硫化胶折光率相近

特种橡胶配方设计方案第30页特种橡胶配方设计方案第31页惯用透明填料是白炭黑和MgCO3ZnO对R遮盖力大，可选透明ZnO，（碳酸锌）用量1.5-3份。特种橡胶配方设计方案第32页3、硫化体系S用量＜2份，不然颜色暗，可用过氧化物促进剂：主促进剂为M，副促进剂H4、软化体系锭子油或变压器油5、防老剂用酚类防老剂特种橡胶配方设计方案第33页第四节吸水膨胀橡胶主要用于隧道、涵洞等防水堵漏工程，作用原理：橡胶中加入吸水树脂，吸水树脂遇水膨胀，使R分子扩张，从而使整块R膨胀起来，膨胀倍数达数倍至数百倍，产生膨胀压能起止水、堵漏作用。对此材料要求：挤压情况下仍含有保持水能力。特种橡胶配方设计方案第34页1、橡胶选择标准：弹性好，并含有一定强度，工艺性能好，惯用NR、SBR、EPDM、CR和热塑性SBS等。不宜选取粘度过低胶种其与吸水树脂共混物易发生冷流现象，会丧失止水效果，所以最好选取常温下结晶可达5~50%橡胶，如CR。特种橡胶配方设计方案第35页橡胶本身是疏水通常品种不含羟基，羧基，醚基等亲水基团。可经过化学改性，R中引入亲水性基团，改进其亲水性。如：聚环氧乙烷，聚环氧丙烷，聚乙二醇对CSM接枝，能够制出既能保持橡胶性状，又含有相当吸水性吸水膨胀橡胶。特种橡胶配方设计方案第36页例：CSM与聚乙二醇（PEG）接枝可制得吸水膨胀橡胶反应式：聚亚乙基醚磺酸盐基团反应温度高时，-SO2Cl全部消耗于接枝和水解特种橡胶配方设计方案第37页2、吸水树脂结构中含有亲水性基团聚合物。大多是水溶性树脂经部分交联或皂化而成，普通颗粒状。特种橡胶配方设计方案第38页主要有：①淀粉类淀粉－丙烯腈接枝聚合物皂化物，淀粉－丙烯酸接枝聚合物②纤维素类纤维素－丙烯腈接枝聚合物，羧甲基纤维素交联产物等③聚乙烯醇类PVA交联产物，丙烯腈－乙酸乙烯酯共聚物皂化产物④丙烯酸类聚丙烯酸盐，甲基丙烯酸甲酯－乙酸乙烯酯共聚物皂化产物⑤聚亚烷基醚类聚乙二醇与二丙烯酯交联产物⑥马来酸酐类异丁烯－马来酸酐交替共聚物特种橡胶配方设计方案第39页对吸水树脂技术要求：粒径小（小于100微米）、吸水率大、保水能力强，在R中易分散，不会析出。吸水树脂与大多数橡胶亲和能力很差，不易分散，吸水后易从橡胶基体中析出，所以相容化技术十分主要。如采取一定结构聚氨酯橡胶先与吸水树脂共混，然后再与常规非极性橡胶并用。

特种橡胶配方设计方案第40页用量越大、吸水率越高、但物理机械性能下降。特种橡胶配方设计方案第41页3、硫化体系

交联网络能够束缚吸水树脂析出膨胀，显然，交联密度越大，这种束缚越显著，所以在满足一定物理机械性能情况下，尽可能降低R交联密度。4、其它配合剂

要加入防老剂，尤其是当水中含有多价金属离子时，还要加入金属螯合剂，如乙二胺四乙酸等，用量1~50份之间。

特种橡胶配方设计方案第42页第五节导电橡胶定义：普通把体积电阻率小于105Ω·cm橡胶称为导电橡胶。体积电阻率小于1Ω·cm橡胶称为超导电橡胶。105Ω·cm～107Ω·cm橡胶为抗静电橡胶。导电橡胶配合原理：橡胶中填充导电物质。特种橡胶配方设计方案第43页1、橡胶属于绝缘材料，极性大电阻小。特种橡胶配方设计方案第44页2、导电填料惯用导电填料有乙炔CB、导电炉黑和石墨粉，金属粉等。“逾渗效应”效应。

特种橡胶配方设计方案第45页分散越差，越轻易在较低含量发生“逾渗效应”特种橡胶配方设计方案第4