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1、橡胶配方设计意义：橡胶配方设计意义：提高橡胶制品的质量；提高橡胶制品的质量；改善加工工艺；改善加工工艺；配合体系的生产及研究；配合体系的生产及研究；橡胶加工设备及测试仪器；橡胶加工设备及测试仪器；成本分析；成本分析；计算机应用等。计算机应用等。理论指导理论指导橡胶配方设计橡胶配方设计实践应用实践应用一、定义一、定义 所所谓谓橡橡胶胶配配方方设设计计，就就是是根根据据橡橡胶胶产产品品的的性性能能要要求求和和工工艺艺条条件件合合理理选选用用原原材材料料，确确定定各各种种原原材材料料的的用用量量配配比比关关系系，使使得得胶胶料料的的物物性性、工工艺艺性和成本性和成本三者取得最佳平衡。三者取得最佳平衡
2、。二、影响因素二、影响因素 1 1 原材料应用；原材料应用；2 2 产品结构；产品结构；3 3 加工工艺；加工工艺；4 4 使用性能。使用性能。1 1、原材料应用原材料应用 生胶生胶（高聚物单用或并用）：母体材料或基体材料（高聚物单用或并用）：母体材料或基体材料 硫硫化化体体系系：与与橡橡胶胶大大分分子子起起化化学学作作用用，使使橡橡胶胶由由线线型型大大分分子子变变为为三三维维网网状状结结构构，提提高高橡橡胶胶性性能能、稳定形态的体系。稳定形态的体系。补补强强填填充充体体系系：在在橡橡胶胶中中加加入入炭炭黑黑等等补补强强剂剂或或其其它它填填充充剂剂，提提高高其其力力学学性性能能，改改善善工工艺
3、艺性性能能，或或者降低制品成本。者降低制品成本。防防护护体体系系：加加入入防防老老剂剂，延延缓缓橡橡胶胶的的老老化化，提提高高制制品的使用寿命。品的使用寿命。增增塑塑体体系系：降降低低制制品品硬硬度度和和混混炼炼胶胶的的粘粘度度，改改善善加加工工艺性能。工工艺性能。加工及功能助剂加工及功能助剂：改善胶料的加工和物理性能。：改善胶料的加工和物理性能。橡胶的分类：橡胶的分类：天天然然橡橡胶胶（NR）：天天然然植植物采集物采集 异戊橡胶异戊橡胶(IR)丁苯橡胶丁苯橡胶(SBR)顺丁橡胶顺丁橡胶(BR)丁腈橡胶丁腈橡胶(NBR)合成橡胶合成橡胶 氯丁橡胶氯丁橡胶(CR)乙丙橡胶乙丙橡胶(EPM，EPD
4、M)丁基橡胶丁基橡胶(IIR)通用橡胶通用橡胶 氟橡胶氟橡胶【FPM】硅橡胶硅橡胶【MVQ或或Q】聚氨酯橡胶聚氨酯橡胶【PU】丙烯酸酯橡胶丙烯酸酯橡胶【ACM】聚硫橡胶聚硫橡胶【T】特种合成橡胶特种合成橡胶 氯化聚乙烯氯化聚乙烯【CPE】氯磺化聚乙烯氯磺化聚乙烯【CSM】氯醚橡胶氯醚橡胶【CO或或ECO】氯化顺丁橡胶氯化顺丁橡胶【CBR】氯化丁基橡胶氯化丁基橡胶【CIIR】环氧化天然橡胶环氧化天然橡胶【NR】在常用的橡胶如：在常用的橡胶如：NR,SBR,BR,NBR,CR,NR,SBR,BR,NBR,CR,EPDM,IIR,CIIR,BIIR,ENREPDM,IIR,CIIR,BIIR,ENR
5、，CPE,CSM,ECO,CPE,CSM,ECO,MVQ,FPM,HNBRMVQ,FPM,HNBR，ACM,PUACM,PU中中 不饱和非极性不饱和非极性橡胶橡胶【NRNR、SBRSBR、BRBR、IRIR、TPITPI】不饱和极性不饱和极性橡胶橡胶【NBRNBR、CRCR、CBRCBR】饱和非极性饱和非极性橡胶橡胶【EPMEPM、EPDMEPDM、IIRIIR】饱和极性饱和极性橡胶橡胶【FPMFPM、CPECPE、ACMACM、CSMCSM、CIIRCIIR】上上述述橡橡胶胶的的结结构构不不同同带带来来的的物物性性存存在在较较大大的的差差别别，因因此此在在生生胶胶的的选选用用上上需需要要了了
6、解解各各种种橡橡胶胶的的性性能能及优点和缺点。及优点和缺点。硫硫化化体体系系是是与与橡橡胶胶大大分分子子起起化化学学作作用用，使使橡橡胶胶线线性性大大分分子子交交联联形形成成空空间间网网络络结结构构，提提高高性性能能，稳稳定形状。硫化体系包括：定形状。硫化体系包括：1 1）硫硫化化剂剂是是橡橡胶胶分分子子间间交交联联的的助助剂剂，一一般般采采用用硫硫黄黄及及含含硫硫化化合合物物，部部分分合合成成橡橡胶胶也也采采用用金金属属氧氧化化物物、过氧化物、合成树脂、醌肟、胺类及皂盐类等。过氧化物、合成树脂、醌肟、胺类及皂盐类等。2 2）硫硫化化促促进进剂剂可可加加快快硫硫化化速速度度，缩缩短短硫硫化化时
7、时间间，提提高高物物理理机机械械性性能能，按按照照硫硫化化速速度度快快慢慢分分为为黄黄原原酸酸盐盐、二二硫硫代代氨氨基基甲甲酸酸盐盐类类、秋秋兰兰姆姆类类、噻噻唑唑类类、次次磺酰胺类、胍类和硫脲类等。磺酰胺类、胍类和硫脲类等。3 3）硫硫化化促促进进助助剂剂亦亦称称为为活活性性剂剂，常常用用的的活活性性剂剂有有氧化锌和脂肪酸等。氧化锌和脂肪酸等。橡胶配方中氧化锌用量一般为：份橡胶配方中氧化锌用量一般为：份硬酯酸用量一般为：硬酯酸用量一般为：份份4 4）硫硫化化迟迟延延剂剂又又称称为为防防焦焦剂剂，是是防防止止胶胶料料在在加加工工和储存过程中产生焦烧的助剂。和储存过程中产生焦烧的助剂。常常用用的
8、的防防焦焦剂剂有有芳芳香香族族有有机机酸酸如如水水杨杨酸酸、邻邻苯苯二甲酸酐（二甲酸酐（PAPA）；）；亚硝基化合物如亚硝基化合物如NDPANDPA；N-N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺（环己基硫代邻苯二甲酰亚胺（CTPCTP）等。）等。）抗抗硫硫化化返返原原剂剂，在在高高温温和和长长时时间间硫硫化化条条件件下下，防防止止橡橡胶胶大大分分子子发发生生裂裂解解和和交交联联结结构构破破坏坏，延延长长硫硫化化平坦期。平坦期。、橡胶的硫化反应过程：、橡胶的硫化反应过程：橡橡胶胶的的硫硫化化包包括括橡橡胶胶分分子子与与硫硫化化剂剂及及其其它它配配合合剂剂之之间的反应，以硫黄的硫化反应为主。间的反应，以硫黄的
9、硫化反应为主。第第一一阶阶段段：诱诱导导期期 ：活活性性剂剂、促促进进剂剂、硫硫黄黄之之间间相相互互作作用用生生成成一一种种活活性性更更大大的的多多硫硫化化物物中中间间产产物物，与与橡橡胶胶分分子子链链反反应应，产产生生可可以以交交联联的的橡橡胶胶大大分分子子自自由基。由基。第第二二阶阶段段：硫硫化化期期：活活性性的的橡橡胶胶大大分分子子自自由由基基与与橡胶大分子之间发生交联反应，生成交联键。橡胶大分子之间发生交联反应，生成交联键。第第三三阶阶段段：平平坦坦期期：交交联联键键发发生生重重排排、裂裂解解、主主链的改性，交联键趋于稳定。链的改性，交联键趋于稳定。图硫黄交联的一般化学结构图硫黄交联的
10、一般化学结构、促进剂的选择、促进剂的选择以以促促进进剂剂M对对NR的的使使用用效效果果作作为为标标准准来来比比较较促促进进剂的硫化速度。剂的硫化速度。1慢速级促进剂：慢速级促进剂：D、NA22（胍类、硫脲类（胍类、硫脲类)2中速级促进剂：中速级促进剂：CZ、DZ、NOBS（次磺酰胺类）（次磺酰胺类）3准速级促进剂：准速级促进剂：M、DM、（噻唑类）、（噻唑类）4超速级促进剂：超速级促进剂：TMTD、TMTM（秋兰姆类）（秋兰姆类）5超超速级促进剂：超超速级促进剂：ZDMC、ZDC（二硫代氨基甲（二硫代氨基甲 酸盐类）；酸盐类）；ZIP（黄原酸盐类）（黄原酸盐类）促促进进剂剂选选择择应应注注意意
11、：焦焦烧烧时时间间长长；硫硫化化速速度度快快；硫硫化化平平坦坦期期长长；硫硫化化胶胶具具有有良良好好的的力力学学性性能，耐老化性好；能，耐老化性好；无毒、无臭、无污染。无毒、无臭、无污染。硫载体硫化硫载体硫化硫硫载载体体：又又称称硫硫黄黄给给予予体体，指指含含硫硫的的化化合合物物，在在硫硫化化过过程程中中释释放放出出活活性性硫硫，使使橡橡胶胶交交联联的的物物质质。这这种种硫硫化常称为无硫硫化，实际为硫载体硫化。化常称为无硫硫化，实际为硫载体硫化。常常用用硫硫载载体体：秋秋兰兰姆姆类类、含含硫硫的的吗吗啡啡啉啉类类、多多硫硫聚聚合合物物。如如秋秋兰兰姆姆类类的的TMTD、TETD、TRA等等；吗
12、吗啡啡啉类啉类DTDM、MDB等；多硫硅烷偶联剂等；多硫硅烷偶联剂Si69等。等。结结构构不不同同，所所含含硫硫量量也也不不同同，会会影影响响硫硫化化特特性性，含含硫硫量量越越高高，焦焦烧烧时时间间越越短短，硫硫化化速速度度越越快快，并且显著提高胶料的交联密度。并且显著提高胶料的交联密度。图图 不同种类促进剂的硫化曲线不同种类促进剂的硫化曲线(等量配合等量配合)一秋兰姆类；一秋兰姆类；2一二硫代氨基甲酸盐类；一二硫代氨基甲酸盐类；3一次磺酰胺类一次磺酰胺类噻唑类：硫脲类，噻唑类：硫脲类，6一胍类；一胍类；7黄原酸盐类黄原酸盐类6237CV、SEV和和EV体系的配方与硫化胶性能体系的配方与硫化胶
13、性能、交联结构和交联密度对胶料性能的影响、交联结构和交联密度对胶料性能的影响CV得到硫化胶网络中得到硫化胶网络中70%以上是多硫交联键以上是多硫交联键（C-C-SxC)C)；EV硫化胶网络中单键硫化胶网络中单键（C-C-S-C-C）和双键和双键（C-C-S2-C-C）的含量的含量占占90%90%以上；以上；SEV硫化胶网络介于硫化胶网络介于CV和和EV之间，所得到的硫化胶既具有之间，所得到的硫化胶既具有适量的多硫键，适量的多硫键，又有适量的单、双硫交联键。又有适量的单、双硫交联键。配方组分配方组分传传统统硫硫化化体体系系(C V)半半有有效效硫硫化化体体系（系（SEV）有有效效硫硫化化体体系（
14、系（EV）S2.51.5 1.5 0.5 CZ0.81.5 1.0 2.0 1.0TMTD 0.3 1.8 2.0DTDM 0.6 1.0图交联密度对橡胶弹性体物理性能的影响图交联密度对橡胶弹性体物理性能的影响1一疲劳寿命、耐屈挠性；一疲劳寿命、耐屈挠性；2一动态模量；一动态模量；3一静态模量；一静态模量；一硬度；一硬度；5一拉伸强度；一拉伸强度；6一滞后、永久变形、生热一滞后、永久变形、生热1 1、炭炭黑黑是是典典型型的的橡橡胶胶用用补补强强剂剂，其其主主要要成成分分为为碳碳的的微微小小颗颗粒粒。按按制制造造方方法法不不同同分分为为槽槽黑黑、炉炉黑黑、热热裂裂法炭黑。法炭黑。(1)(1)槽黑
15、槽黑粒子细小，补强效果较大。但因有酸性，粒子细小，补强效果较大。但因有酸性，所以有延迟硫化作用和明显的滞后现象。所以有延迟硫化作用和明显的滞后现象。(2)(2)热裂法炭黑热裂法炭黑粒径大，可兼作补强剂和填充剂粒径大，可兼作补强剂和填充剂 使用。由于粒径较大，比表面积较小，补强效使用。由于粒径较大，比表面积较小，补强效 果较差，多用于特种橡胶，改善胶料的弹性。果较差，多用于特种橡胶，改善胶料的弹性。细粒子细粒子FT(FT(880)880)，中粒子，中粒子MT(MT(990)990)()炉炉黑黑粒粒径径分分布布范范围围较较广广，呈呈碱碱性性，是是现现在广为使用的炭黑，按照粒径大小排列：在广为使用的
16、炭黑，按照粒径大小排列：种类种类主要品种主要品种粒径粒径/nm/nm超耐磨超耐磨SAFSAFN110,N121N110,N12111111919中超中超ISAFISAFN220,N234N220,N23420202525高耐磨高耐磨HAFHAFN330,N339,N375N330,N339,N37526263030细粒子炉黑细粒子炉黑FFFFN440,N472N440,N47231313939快压出快压出FEFFEFN539,N550,N539,N550,40404848通用通用GPFGPFN642,N660N642,N66049496060半补强半补强SRFSRFN762,N774N762,
17、N7746161100100由透射电子显微镜求出的橡胶用炭黑的粒经分布由透射电子显微镜求出的橡胶用炭黑的粒经分布炭黑粒子表面的新模型炭黑粒子表面的新模型球形球形椭圆形椭圆形纤维状纤维状环状过氧化物环状过氧化物色烯结构色烯结构吡喃酮状结构吡喃酮状结构羰基羰基醌型羰基醌型羰基图炭黑表面含氧官能团的示例图炭黑表面含氧官能团的示例 2 2 白炭黑白炭黑 白白炭炭黑黑为为超超微微细细粒粒子子的的二二氧氧化化硅硅，外外观观呈呈白白色色。一一般般以以含含水水硅硅酸酸钙钙、含含水水硅硅酸酸铝铝、高高价价无无水水硅酸盐等作原料进行制备。硅酸盐等作原料进行制备。白白炭炭黑黑即即二二氧氧化化硅硅，大大致致可可分分为
18、为合合成成无无水水二二氧氧化化硅硅和和合合成成含含水水二二氧氧化化硅硅。前前者者主主要要用用于于硅硅橡橡胶的补强，而后者用作通用橡胶的补强填充剂。胶的补强，而后者用作通用橡胶的补强填充剂。沉沉淀淀法法白白炭炭黑黑作作为为白白色色补补强强剂剂在在橡橡胶胶工工业业中中应应用用越越来来越越广广泛泛，用用于于改改善善胶胶料料抗抗崩崩花花掉掉块块性性能能和提高橡胶材料与织物和钢丝帘布的和提高橡胶材料与织物和钢丝帘布的粘合性能粘合性能。含含水水二二氧氧化化硅硅的的表表面面由由聚聚硅硅氧氧烷烷结结构构和和硅硅烷烷醇醇基基组组成成，存存在在着着吸吸附水附水。在在其其表表面面极极性性高高，在在橡橡胶胶中中分分散
19、性差而散性差而不易混炼不易混炼。此此外外，白白炭炭黑黑表表面面的的酸酸性性硅硅烷烷醇醇基基在在硫硫黄黄促促进进剂剂体体系系中中有有延延迟迟硫化硫化的作用。的作用。为为防防止止硅硅烷烷醇醇基基和和水水分分的的影影响响，可可将将乙乙二二醇醇等等极极性性物物质质与与白白炭炭黑黑一一起起混混炼炼，或或者者添添加加偶偶联联剂剂解解决决上上述述问题问题（白炭黑分散剂）（白炭黑分散剂）。3 3 有机补强剂有机补强剂 常常用用有有机机补补强强剂剂为为氧氧（杂杂）茚茚树树脂脂、酚酚醛醛树树脂脂、高苯乙烯树脂。高苯乙烯树脂。4 4 无机填充剂无机填充剂 对橡胶增容，从而降低胶料成本，但其与橡胶对橡胶增容，从而降低
20、胶料成本，但其与橡胶的结合力较差，会降低胶料的物理机械性能，一般的结合力较差，会降低胶料的物理机械性能，一般使用使用碳酸镁、碳酸钙、硫酸钡、陶土、硅藻土、滑碳酸镁、碳酸钙、硫酸钡、陶土、硅藻土、滑石粉、立得粉、氢氧化铝和氢氧化镁石粉、立得粉、氢氧化铝和氢氧化镁等。等。经表面处理的无机填料，由表面亲水性变为疏经表面处理的无机填料，由表面亲水性变为疏水性，改善了与橡胶的亲和性，提高了补强效果，水性，改善了与橡胶的亲和性，提高了补强效果，如超细化的碳酸钙和高岭土。如超细化的碳酸钙和高岭土。5 5 使用偶联剂使用偶联剂可作为进一步增强聚合物与白炭黑及无机填料之间结合的手段，提可作为进一步增强聚合物与白
21、炭黑及无机填料之间结合的手段，提高了胶料的撕裂强度和降低了胶料的高了胶料的撕裂强度和降低了胶料的压缩生热压缩生热，对，对低滚动阻力低滚动阻力轮胎胶料的研究具轮胎胶料的研究具有重要的意义，同时改善白炭黑及无机填料补强胶料的有重要的意义，同时改善白炭黑及无机填料补强胶料的加工性能加工性能。图图 TESPT与白炭黑和橡胶的反应与白炭黑和橡胶的反应短纤维补强短纤维补强 将短纤维分散在橡胶基材中成为补强性复将短纤维分散在橡胶基材中成为补强性复合材料，既保持橡胶的高弹性，又具有合材料，既保持橡胶的高弹性，又具有高模量、耐高模量、耐切割、耐撕裂、耐刺穿、低生热、切割、耐撕裂、耐刺穿、低生热、低压缩永久变形低
22、压缩永久变形和抗蠕变等优良性能。和抗蠕变等优良性能。通常天然纤维、合成纤维、无机纤维等短纤通常天然纤维、合成纤维、无机纤维等短纤维补强时，对短纤维表面进行维补强时，对短纤维表面进行化学处理可增大橡胶化学处理可增大橡胶与短纤维间的物理、化学相互作用与短纤维间的物理、化学相互作用，提高补强性能。，提高补强性能。化学处理方法有间苯二酚化学处理方法有间苯二酚甲醛甲醛胶乳胶乳(RFL)处理、处理、异氰酸酯处理、硅烷偶联剂处理和环氧粘合剂处理异氰酸酯处理、硅烷偶联剂处理和环氧粘合剂处理等。等。1 1、橡胶的增塑剂通常是一类分子量较低的化合物。、橡胶的增塑剂通常是一类分子量较低的化合物。加入胶料中能降低橡胶
23、分子链间的作用力，使加入胶料中能降低橡胶分子链间的作用力，使 粉末状配合剂与生胶很好地浸润，从而改善了混粉末状配合剂与生胶很好地浸润，从而改善了混 炼工艺，使配合剂分散均匀。炼工艺，使配合剂分散均匀。混炼时间缩短，节约能耗。混炼时间缩短，节约能耗。能降低混炼过程中的生热现象。能降低混炼过程中的生热现象。同时它能增加胶料的可塑性、流动性、粘着性。同时它能增加胶料的可塑性、流动性、粘着性。便于压延、压出和成型等操作。便于压延、压出和成型等操作。2软化剂种类软化剂种类:矿物油系列：矿物油系列：石石油油系系增增塑塑剂剂，常常用用的的增增塑塑剂剂有有石石蜡蜡烃烃、环环烷烷烃烃、及及芳香烃类；芳香烃类；煤焦油系增塑剂，常用的增塑剂有古马隆及煤焦油；煤焦油系增塑剂，常用的增塑剂有古马隆及煤焦油；植物油系列：植物油系列：松油系增塑剂，常用的有松焦油、松香和妥尔油；松油系增塑剂，常用的有松焦油、松香和妥尔油；脂肪油系增塑剂，常用有硬脂酸、油膏和棉仔油脂肪油系增塑剂，常用有硬脂酸、油膏和棉仔油合成增塑剂系列：合成增塑剂系列：常常用用的的有有邻邻苯苯二二甲甲酸酸脂脂类类、脂脂肪肪酸酸脂脂类类、脂脂肪肪二二元元酸酸脂类、聚酯类、环氧类、含氯类和磷酸酯类。脂类、聚酯类、环氧类、含氯类和磷酸酯类。