【学问】橡胶的配方设计简述

橡胶的配方设计

橡胶配方的分类：

1.基础配方（又称规范配方）

2.性能配方（技术配方）

3.适用配方（消费配方）

一个完好的橡胶配方应该包含如下组分：

1.主体资料（如自然橡胶、合成橡胶、橡胶与树脂共混等）

2.硫化体系（硫化剂、硫化促进剂、活性剂等）

3.防护体系（各种防老剂、稳定剂）

4.补强与填充体系

5.增塑体系（如各种软化剂、增塑剂、操作助剂等）

6.特种性能体系（如防焦剂、塑解剂、分散剂、增溶剂、增硬剂、改性剂、发泡剂、着色剂、防臭剂、防粘剂、增粘剂、消泡剂、离模剂、增量剂等）

消费配方出了原资料用量与配比表之外，还包含更细致的内容。如胶料的称号及代号、胶料的用处、含胶率、胶料的密度、体积成本或质量成本、胶料的工艺性能和硫化胶的物理性能等。

橡胶配方设计的准绳能够概略如下：

1、保障硫化胶具有指定的技术性能，使产品优质；

2、在胶料和产品制造过程中加工工艺性能良好，使产品抵达高产；

3、成本低、价钱低价；

4、所用的生胶、聚合物和各种原资料容易得到；

5、劳动消费率高，在加工制造过程中能耗少；

6、契合环境维护及卫生请求；

任何一个橡胶配方都不可能在一切性能指标上抵达全优。在许多状况下，配方设计应遵照如下设计准绳：

① 在不降低质量的状况下，降低胶料的成本；

② 在不进步胶料成本的状况下，进步产质量量。要使橡胶制品的性能、成本和加工工艺可

行性三方面取得最佳的综合均衡。用最少物质耗费、最短时间、最小工作量，经过科学的配方。

设计措施，控制原资料配合的内在规律，设计出适用配方。

橡胶的硫化（交联）

交联是橡胶高弹性的基础，其特性是在一个橡胶分子链上仅构成少数几处交联点，因而不会影响橡胶分子链段的运动。

橡胶的硫化体系较多，常见的有：硫黄硫化体系、过氧化物硫化体系、树脂硫化体系、氧化物硫化体系等。

硫黄硫化体系

主要顺应于二烯类橡胶，其硫化活性点是在双键旁边的α氢原子。

组成：

硫黄

活性剂：氧化锌，硬脂酸

促进剂：噻唑类（DM，M），次磺酰胺类（CZ，NOBS），秋兰姆类（TETD，TMTM，TMTD），胍（D）

过氧化物硫化体系-自由基机理

1 常见的过氧化物有：DCP（二枯基过氧化物）、BPO、DCBP、双2，5

2 助交联剂：抑止聚合难自由基无用的副反响。如TAIC，TAC，HVA-2

3 过氧化物硫化橡胶性能特性：老化性能好，紧缩永世变形小，制品透明性好。

氧化物硫化体系

这是含卤素橡胶的主要硫化剂。通常有氧化锌/氧化镁（5/4）、氧化铅或四氧化三铅（10-20，耐水制品）

橡胶的填料

未加填料的橡胶，力学性能和工艺性能均较差，无法运用。

作用

·补强性：拉伸强度，撕裂强度，耐磨性

·加工性能

·降低成本

填料的结构

粒径

普通来说，粒径越小，强度越高。

结构

粒子外形及内部结构（吸油值法，DBP）。普通吸油值越大，结构性越强，改善性能越明显。

比名义积

粒子外形（BET法，CATB法）。比名义积越大，强度越高。

化学结构

反响性（PH值表示）。如炭黑名义的羧基、白炭黑和普通淡色填料名义的羟基等，酸性填料常影响橡胶的硫化，因而需参与活性剂，消弭酸性。

填料的处置措施

填料名义普通为亲水性的，而聚合物是憎水的，两者相容性较差，必须中止名义处置。

名义活性剂

（1） 结构：有机化合物，具有错误称的分子结构，由亲水和疏水两部分基团组成。

（2） 亲水部分：-OH，-COOH，-NH2，-NO2，-SH

（3） 疏水部分：长链式、苯环式或烃类

偶联剂

（1） 分类：硅烷，钛酸酯、铝酸酯、高分子偶联剂等

（2） 结构特性：亲水部分与名义活性剂相似，但疏水部分能与聚合物构成化学分离或物理缠结。

（3） 对性能的影响：低分子偶联剂通常在降低粘度的同时，进步力学性能；高分子偶联剂则在大幅度进步力学性能的同时，增加体系的粘度，这是由于分子之间作用力增强的缘故。

软化剂和增塑剂

软化剂的作用

（1） 降低体系的粘度，增加活动性，降低硫化橡胶的硬度；

（2） 改善粘着性能；

（3） 有助于填料的分散；

（4） 便于压出和成型。

常见种类

（1） 操作油（软化剂，用量较大）：分子量300-600的烃类或芳香烃类（如机油，链烷烃油，芳香烃油，石蜡油等）

（2） 极性的酯类（在非极性橡胶中运用，称为增塑剂，其特性为脆性温度、且用量较少）：低分子酯类（DOP，DBP，DOS）和高分子酯类（己二酸乙二醇酯）

选择准绳

（1） 热力学（主要要素）：自由能ΔF=ΔH（热焓） - TΔS（熵变）。普通混合过程中，自由度增加，ΔS>0；ΔH > 0（吸热），尽可能小。

（2） 溶度参数：用Hildebrand方程中止判别。

δ1与δ2越接近，ΔH越小。

极性橡胶——极性软化剂；非极性橡胶——非极性软化剂

（3） 溶剂化作用（次要要素）：普通以为，橡胶的双键有一定的亲核性，增塑剂酯类有亲电性，经过亲电-亲核作用增加了两者的界面强度，相容性增加，不外这种亲电 -亲核作用较弱，因而普通用量不宜过大（5-10phr）。如NR与DBP，NBR与芳烃油的相容性，SBR、BR与NR的差别，

（4） CR的溶剂选择准绳

橡胶的防护体系

老化是指一切使橡胶性能劣化的过程。如O2，O3，热，光，疲倦，力，催化剂，化学介质等，为了调查这些影响要素，设计了许多实验措施。

氧弹实验 O2

热氧老化实验 O2，热

光老化实验 光（户外，室内，人造光）

臭氧老化实验 O3

疲倦实验 力，疲倦

DSC、TG 热氧化，O2，空气；热降解，N2

分类

物理：迁移、隔绝氧的作用

防 老 剂

化学：无污染型（酚类，1010，1076；硫化二丙酸酯（DLTP，DSTP）；亚磷酸酯，168）；污染型（胺类，RD，D，A）

防护体系 对苯二胺类（4010，4010NA）

抗臭氧剂

线形碳氢化合物(粗晶蜡，微晶蜡)

紫外线剂（橡胶不常用、炭黑的作用）

金属离子钝化剂

反响机理

（1） 链引发

E = 0

（2） 链增长

E = 4-9kcal/mol

E = 0kcal/mol

E = 30kcal/mol

而金属粒子则催化ROOH的合成。

（3） 链终止

3.5 配方设计与硫化橡胶物性的关系

拉伸强度

拉伸强度是表征制品能够抵御拉伸破坏的极限才干。影响橡胶拉伸强度的主要要素有：大分子链的主价键、分子间力以及高分子链柔性。

拉伸强度与橡胶结构的关系

（1） 分子间作用力大，如极性和刚性基团等；

（2） 分子量增大，范德华力增大，链段不易滑动，相当于分子间构成了物理交联点，因而随分子量增大，拉伸强度增高，到一定水平时抵达均衡；

（3） 分子的微观结构，如顺式和反式结构的影响；

（4） 结晶和取向

拉伸强度与硫化体系的关系

（1） 交联密度：有一极大值。

（2） 交联键类型：随交联键能增加，拉伸强度减小；多硫键具有较高的拉伸强度，由于弱键在应力状态下能起到释放应力的作用，减轻应力集中的水平，使交联网能平均地接受较大的应力。关于能产生结晶的NR等，交联弱键的早期断裂，还有利于主链的定向结晶。

拉伸强度与填料的关系

大量的实验表明：粒径越小，比名义积越大，名义活性越大，结构性越高，补强的效果越好。同时随填料用量增加，有最大值，其大小受橡胶种类和填料类型的影响。

拉伸强度与软化剂的关系

软化剂的参与会损失拉伸强度，且与软化剂与橡胶的相容性有关。

撕裂强度

橡胶的撕裂是由于资料中的裂纹或裂口受力时疾速扩展而招致破坏的现象，普通是沿着分子链数目最小，即阻力最小的途径展开。主要与橡胶应力-应变曲线的外形和粘弹性有关。与橡胶种类、硫化体系、软化剂均有关系。