优化橡胶配方来降低生产成本

优化橡胶配方来降低生产成本一、橡胶配方的组成橡胶配方中包含多种成分，这些成分也称为配合剂。每种成份在胶料中发挥着不同的作用。正是由于多种配合剂的协同作用才使胶料具有特定的物理机械性能和加工性能。胶料配方由以下几部分组成。（1）生胶为配方的主体材料，可以是单一胶种，也可以是两种或两种以上的胶种并用，或为橡塑共混料。生胶的品种和在配方中的含量决定了胶料最基本的特性。例如配方中生胶为天然橡胶，则此配方胶料具有优良的拉伸强度、伸长率、撕裂强度及优异的弹性；生胶为丁腈橡胶，则该配方胶料具有优良的耐油性能等。（2）硫化体系包括硫化剂、促进剂和活性剂。硫化剂如硫黄、过氧化物、硫黄给予体等，在配方中的功能是使橡胶大分子之音产生交联，形成网状三维结构，使橡胶具有较高的强度、弹性等物理机械性能；促进剂在配方中的作用是加快硫化速率、缩短硫化时间，其品种有噻唑类、次磺酰胺类、秋兰姆类、胍类和硫脲类等；活性剂的作用是增加促进剂的活性，也称为助促剂。主要品种是金属氧化物如氧化锌和有机酸如硬脂酸等。硫化剂、促进剂、活性剂三者协同作用使胶料达到充分硫化而具有一定的物理机械性能。（3）补强填充体系补强剂包括和种类型的炭黑、白炭黑、多孔粉石英，在胶料中起补强作用。可使胶料拉伸强度、定伸应力、硬度等力学性能得到明显提升；填充剂如陶土、碳酸钙、硅粉等在胶料中主要是起填充、降低成本的作用。（4）防护体系在配方中的主要功能是防止橡胶制品在储存、使用过程中受光、热、空气中氧气作用产生降解，或进一步交联、硬化等老化现象。其主要品种有各种胺类和取代酚。（5）加工助剂包括各种操作油、塑解剂、均匀剂、分散剂、增塑剂、润滑剂、增黏剂等。在配方中的功能主要是增加胶料易加工性、降低能耗，促进物料分散、增加胶料流动性、调节硫化胶硬度等作用。例如种石油系软化剂、合成酯类、脂肪酸皂素、石油树脂烷基酚醛树脂类、芳香二硫化物、五氯硫酚等。（6）黏合体系其功能是增加橡胶与骨架材料如钢丝帘线、纤维、织物之间的黏合。如间苯二酚-甲醛-白炭黑体系、钻盐体系、间苯二酚乙醛树脂RE）体系或间苯二酚甲醛树脂与钴盐并用体系等。（7）其他组分如着色剂、偶联剂、防静电剂、发泡剂、溶剂等。二、优化配方降低成本一般而言，优化配方设计可遵循下面原则进行。（1）根据产品的使用条件，如环境温度、介质、受力情况及其他特殊需求，首先选择合适的胶种及配合剂以求得最佳物理机械性能。（2）优化配方设计时要考虑到加工工艺的可行性，如胶料混炼的易操作性、物料易分散性、胶料流动性、挤出产品表面光洁度等。（3）在保证胶料性能及工艺可行的前提下，选择一些特殊材料来加工，比如一些替代品，部分替代品，加快硫化速率，提高生产效率。（4）应尽量避免使用有毒及污染环境的原材料，以减少环境污染和保护操作人员健康，这样从长远利益来看也是在降低生产成本。（5）还应考虑到各种配合剂之间的相互作用。某些配合剂之间可产生协同效应，如促进剂D可增强防老剂MB的防护功能，而过氧化物在硫化温度下极易与含活泼氢物质反应而被消耗，因而在使用过氧化物硫化时，应尽可能避免使用含活泼氢配合剂，如胺类防老剂、硬脂酸等。三、配方中新材料的选择方向（1）随着时代发展，网络的便捷也方便了实体企业。生产工艺更加多样，原料选择也更加丰富。新的材料层出不穷。（2）科院、学校、孵化园也是重要信息来源。通过咨询、指导，配方优化程度会更加明朗。（3）计算机优选配方：通过计算机采集、汇总。为配方设计提供便利条件，比传统的配方试验更快捷、方便、科学。本文为体现出价值：给广大学者、应用人员、研究人员提供一种新材料：多孔粉石英多孔粉石英属于一种火山灰沉积岩。产品自然粒径细（0.5um左右），颗粒分布均匀，比表面积大（8.3m2/g），外形结构近似球型无棱角状。以电子显微镜图象看，其表面全是纳米级的介孔，平均孔径约为8.8nm（纳米）其物化性能指标如下：劣孔畅石英4002000W2050口：j800600劣孔畅石英4002000W2050口：j800600粒度nu讪/古、、厂广.人儿rm[7/4TI☆SiO2AI2O3TiC2Fe2O3-fk/八PH性质吸油值(g/100g)容重(g/cm3)活性率(%)吸附孔容(cm3/g)SiO2(%)AI2O3(%)IIO2(%)Fe2O3(%)水份(%)400目19.500.720.03>97.60.150.910.21<0.456.5-7.01250目未改性20.500.71改性23.500.41>932500目未改性24.000.50改性25.000.40>933.1多孔粉石英应用于橡胶多孔粉石英，是橡胶工业中新型补强剂和填充剂，它是由火山灰岩石经机械磨加工而成。目前主要通过球磨、气流磨、雷蒙磨加工法通过一定粒径的分级轮筛分制出。外观成灰白色状，白度在70~80之间。一般加工(造粒)直径5um左右的粒状产品使用。

利用多孔粉石英的目的：大多数用户是为了替代一部份炭黑、白炭黑来降低生产成本。还有一部份用户则是为了能提高橡胶制品的硬度，改善橡胶的加工性能，并能赋予制品其他的一些性能，如提高橡胶制品的使用寿命。3.1.1多孔粉石英的物理特性：1、多孔粉石英的物质结构：样品具有粘舌的特性，说明其吸附能力较强，可能与样品的显微孔洞结构较为发育有关。多孔粉石英的X射线衍射分析结果如下图2-1示：图2-1多孔粉石英的X射线衍射分析图谱由图2-1多孔粉石英的X射线衍射定性分析知，样品中的主要结晶相为a石英。

多孔粉石英的扫描电镜（SEM）如下图2-2、2-3、2-4示:图2-2多孔粉石英SEMX2000图2-3多孔粉石英SEMX4000图2-4多孔粉石英SEMX8000图2-2为多孔粉石英的2000X扫描电镜像。由图可以推断，样品主要由粒径小于2微米的细小颗粒组成。图2-3为多孔粉石英的4000X扫描电镜像。从2-3中更进一步印证图2-2的推断。图2-4为多孔粉石英的8000X扫描电镜像。图中可知样品主要由粒径为2微米以下的细小颗粒堆积组成，且细小颗粒的晶体发育似乎不是很好。

多孔粉石英的透射电镜（TEM）如下图2-5、2-6、2-7示:图2-5多孔粉石英TEM像图2-6多孔粉石英TEM像图2-7多孔粉石英TEM像观察图2-5多孔粉石英的TEM像，发现在部分样品颗粒边界（表面）存在纤维状的结构；图2-6为多孔粉石英在更高倍率下的SEM像，可推测该样品颗粒的边界形状并不规则；在更高倍率的SEM像下，观察发现样品颗粒的不规则边界（表面）。可以推测，样品的显微孔洞结构较为发育且结晶发育并不良好。经镜下鉴定，结合X射线衍射分析，知多孔粉石英中主要相为微晶质二氧化硅，其次为结晶良好的石英，少量锐钛矿和有机质。由多孔粉石英主要相的特性

（结晶发育较差、显微孔洞较为发育）可以推测，该样品应具有火山灰活性。对多孔粉石英物理特性测试结果如下：1、多孔粉石英表观密度：按《GB/T208-1994水泥密度测定方法》测得该样品粉末的表观密度为2.66g/cm3；2、多孔粉石英烧失量：参照《GB176-1996水泥化学分析方法》，测得其烧失量为0.4%；本研究试验中共使用了三种不同粒级的多孔粉石英样品，分别为5»D97、6.14口D97、10口D97，其中粒级为5口D97的多孔粉石英采用气流磨粉磨而成，6.14UD97采用振动磨粉磨而成，10口D97采用气流磨。下面对以上3个粒级的多孔粉石英样品进行分别介绍：1）5UD97粒度分布示于表2-2。表2-25uD97粒度分布粒度分布

平均直径

<0.3um<0.5um<1um<3um<5um<8.06um百分比612.7132.583.597.11001.53um'.iii.70.匚|1.0).□5DsO5口臥7.6.4.3.」1:1-'.iii.70.匚|1.0).□5DsO5口臥7.6.4.3.」1:1-flrirlcMHw一■J.FIAIJNbJJN?^paNriywEHTa,,.h>JMM.HkfMwHKl—flgI.r」ngl.rHgN,-oMHHKIMHHNB.klq〔M一t-J「M一VJ・taL"J「L-J「M一「M一t-J「r--1一「MdwKIkl.MJNKIklLKIkllJImJLl」,Irli'ir-JMUJMJruular-lMJ-U=MMHHBH・VJaHrl—,i-rMf.l・clwNcl.FlHryNN■I,—「Fra厂HNKImk-lnlhrI卡r・dJr,.t:i「・JJf,.l:i->J尹H'n-

ju一u3u.u20.010.n■i.ii其粒度分布与级配曲线见下图2-8及2-9：SiiEfuni)Sfffl%累积部鼬%舉伽区间跖里积3bjfi^UcTL)氐间'h0.10-011030.3O.76-0J9532725.965^5-6510.6299.4?44JB9--19740100a：ii-0/12a.31Dfi10^5=0.953.6-1J9.57EJ51-72U0.3599.SJ4-0.74-S5.35aiaoa.12.014037D.gs0.95・1053.9333.557.24-SOB018ItB5536-61.B2a仙0.14-0150.41.3S1.05-1174.5137.95B.0G-6B7a1®61.62-66.5301000.15CM?0.491371.IT-1314£6舱.52BJ37-9J9B0IttJ6B58-76.330100a.17-0.150.542.411.31-145d.96肝.439.96=11.11口1®7E.：33-目丄95a1口0a.19•。刘a633J41.45・4625.252.6311.1-1-12.37a1tB64.^6-94.5Saiao021-0.240.723.761S2-1BD5朋se.o?12J7-137?a1(B94SB-iDS,24aiaoQ24-0.2BQJ83A591^0-2DD5.4763.5^113.77-15.32aW10524-117.13aiaoa.26油095534.2J0-HZ5.46於15.32・1匸05a1tB117.13-131.3?aiao0.29-0321.16.64223-2胡5.2974.2917.05-16.S3a1®13D.37-145.100100032^1X36123?372.^18276SJJ2旳.311BJ98-21.12aIttJ148.10-161500100Q.35-Q.4D1.419J32.75-3DE4.693.3121.1223.51aITO151.50ira.75aWCJ0.40-04516110.K3£ia-3i24-.C637.972351-26.17a1tB179.75-amnsaiao0.^5-OSD10212713脱-3013.4491.4126.17-29.12a1®200.06-222.660100Q50-0.S&2JOT14.73331-4242.?S94.192S.12-3241aITO222J65-247S3aiaoa.55-0.622.3417.12^1J4-4722.1296.3132^1-36.D3a1M247^3-27553awo0.62-069；l卢佃丙4.72-5251.53日丁朋36.00-^10.15a1®275.33-307.0001000J39-0762J9522.K525-5J951JJ196.0S40.15-^4.63aIttj307JQ0-341JS90100图2-8多孔粉石英5口D97粒度分布I：<.!-.I2.u10.5

图2-9多孔粉石英5口D97级配曲线2)6.14口D97粒度分布示于表2-3。表2-36.14UD97粒度分布粒度分布平均直径<0.3um<0.5um<1um<3um<5umV12.37um百分比4.18.0321.2365.1788.111002.24um其粒度分布与级配曲线见下图2-10及2-11:累瞰区间累积帕EM累积％粒徑(加)区间％累积％Dio-an0.19019D.7B-D.B52.1616.635.35-6512.3994.5B4469-497-40100cm-0.1202QJ90.B5-0.952.441907651-7.241.ES96554874-55.3601000.12-0.140.230J620.95-1.0527121.76724-0JQ61.4297.9755.36-61.6201IJIJn.iqD.26Q3SI.D5-1.173.CS茁J31ajJB-aj37D.9598^261.52-BE.Sa□innn；i5=n；i?0J1：18I」7=I313.3523.16a.g?-g.gsD.E399.5EB.5B-7E.33□innCU7-0.1BD.361.541JM-1MzdJ349.9B-11.11D.3299.8276.33-S4.96DlOu019-021D.33193145-14£n353511.11・D.1S1DDS49B-94.35□10D021-024D4533S1.E3-kBO4.34iM1913J7-1377u10D94.39-10524□100024-0260.53291kEC-2.CC4.E4-W0913.77-15.32010D1D524-117.1901000.2B-0.290.63£12.0]-2.2343148.?415^2-17.050100117.13-130J701000.29-0.32D.E34.22.23-2.48£.12別刖17JQ5-18.9BU10013137-145.100100U.32-n.3&D.77阴T-2.7652SM.141335-21.12U10DH5.1D-1F1SU□inn0.3&-0.4DD.B95J362.7B-3.M532&5.4B21.12-23.510IOj161.50-173.75jlOu□4D・D4三1.&16ST3.D8-3425.?571071凸3•曲1了u10D17975-201<16□100045■。占D1.1B3D3342・3.B15re757923.17-29.12u10D33)aB-2Z2JS6□100050-0551.329353.B1-4.Z44.70EC5729.12-3241010D222.60-247530100U55-0.621.481D.M43-472斗.34MSI32^1-36.06010024799-275.9301000.62-0.691.?112.E5472-5.253S4E3.7536JQ8--40.1EU1002?5J：：33D7J300iiju0.69-0.7&1.S211.A75.25-5.ES3^291J9T•KI.IS-q4.5S□10DSJ7.00°341万gDinn图2-10多孔粉石英6.14口D97粒度分布100.0養哥。jo.a30.O20.100.0養哥。jo.a30.O20.015.0O.1lOt).O.1图2-11多孔粉石英6.14口D97级配曲线3)10口D97粒度分布：见表2-4表2-410卩D97粒度分布粒度分布-平均直径<0.3um<0.5um<1um<3um<5um<21.12um百分比2.117.2318.0457.1681.121002.62um

其粒度分布与级配曲线见下图2-12及2-13：粧径［unQ区问％累积％拉径（呗）[x|^l%累积怖区间％累和、％拉径oo累巫％0.10»0.110.Q2QJ02a.75-0.85IS713.935.ES-6513.72S92■A4.es-*g.74□I0D0.11-0.120.Q2QJ04035-0.952.1016.12E.5I724j.igS2J9-55^5□I0D0.120.M0.03ajara35=-lob阳413.56几出-8^15J59抽题55.36-51J62□I0D0.14-0.150.D5a.121J051.17沁21.2AB.D6-8J97isiS6JSS61.52-E3J5S□I0D0.15»0.170n?a.is1-17-1.312.9524.1号g.S7-9.9S193.156S.58-nS.33UI0D0.17=0.190.12a.311.31-14532327.429.^8=11.11a.799S.9476.33-Bfl.35□I0D0.19-0.71D.51.£15=1.623.5230.M11.11=12.37口.町994134.ffi-M.56010DU210.2^10.29a.791J62=15:；D3.7934.7312.37-13.T7口即94.58-105.24010DU2^1=0.26041.191J0i：i=2.0D4JZ6is.fg13.77-15.32CI.1E；99J84105.21-117.13010D026-0.250.52171200-2234.52£131115.52-1705羽船117.13-130.37u10D029-0.32D.fiS234223斗.544T&517.05-1S.9B口"昭9B13037-1^1510□1DD032-0.3B074JOfl3^fl-27E4.745239■1B.90-2112a021001J51O-16133□10003B-0.400&4392276-3OB4S8572721.12-23.51□1001615D-17975□100040-045097已的30fl・3幅4.9562Z223.51■曲"□iao17975-310DB□100045-0.3]1.1599342-3014.9767ig2B.17--2512□iao310OB・Z22BB□1000.90-0.551247233B1-4.2+4.972(B29.12-32.410100222ffi口01000«-0.6214日朋24-47247476ft332.41-3e.oeD100曲d275S3U100H62-O.ES157102472-5.254.501.333B.D0-4O.15D100275&3-XI7XIU10010.69-0.76178H.E6525-5.054.15954S*0.15-446901003J7XiSB0100图2-12多孔粉石英10口D97粒度分布图2-13多孔粉石英10口D97级配曲线3.1.2多孔粉石英的火山灰特性测定参照《GB2847-2005-T用于水泥中的火山灰质混合材料》对该多孔粉石英样品进行火山灰特性试验，并对其火山灰性进行评价。1、试验设备及依据：参照《GB2847-2005-T用于水泥中的火山灰质混合材料》进行。2、试验原材料：（1）水泥：亚东洋房牌PO42.5；（2）试验用砂：符合《GBT17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》的标准砂；（3）试验用水：饮用水；（4）矿物掺合料：活性多孔粉石英，安徽和悦石业有限公司产，粒级分别为5口D97、6.14口D97、10uD97三种。3、试验过程：以粒级为5uD97、6.14uD97、10uD97的活性多孔粉石英分别按掺量为10%等量取代水泥，进行火山灰特性试验。基准胶砂试验配合比为：水泥450g；标准砂1350g；水225ml；以不同粒级的10%活性多孔粉石英掺量等量取代水泥。测标养试件28d抗折及抗压强度见下表2-5。表2-5多孔粉石英的火山灰特性编号试验配合比28d强度（MPa）抗折抗压基准水泥450g，标准砂1350g,水225ml9.049.6SF10水泥405g，标准砂1350g,SF45g,水225ml10.762.8SP5卩10水泥405g，标准砂1350g,SP5u45g，水225ml9.355.5SP6.14卩10水泥405g，标准砂1350g，SP6.14卩45g，水225ml8.953.7SP10卩10水泥405g，标准砂1350g，SP10u45g，水225ml8.750.9注：****10表示多孔粉石英掺量为10%。4、试验分析：粒级为5口D97的多孔粉石英火山灰活性：Rt=54.5MPa；R0=49.6MPa；R则火山灰活性指数：A二一x100=111.9；R0粒级为6.14口D97的多孔粉石英火山灰活性:Rt=49.3MPa；R0=49.6MPa；R则火山灰活性指数：A二—x100=108.3；R0粒级为10口D97的多孔粉石英火山灰活性：Rt=50.9MPa；R0=49.6MPa；R则火山灰活性指数：A二—x100=102.6；R0(4)多孔粉石英火山灰活性：Rt=62.8MPa；R0=49.6MPa；R则火山灰活性指数：A二一x100=126.6；R0综上可知，所提供的样品多孔粉石英各粒级的火山灰活性都大于100，其28天水化活性接近或大于水泥本身的水化活性，其中以粒级为5PD97的多孔粉石英火山灰活性最强，达到111.9；粒级为6.14口D97的多孔粉石英火山灰活性次之，达108.3；粒级为10D97的多孔粉石英火山灰活性稍弱，为102.6