橡胶配方设计原理及工艺.ppt

1、橡胶配方设计的原理和技术，第1章：橡胶配方设计的原理，第2章：配方设计的数学方法，第1章：橡胶配方设计的原理，第1节：橡胶配方设计的基本概念，第2节：橡胶配方设计的原理和程序，第3节：橡胶配方设计的组成和表示，第4节：配方设计与硫化橡胶机械性能的关系，第5节：配方设计与橡胶加工性能的关系， 第二章特种橡胶制品第一节耐火橡胶第二节海绵橡胶第三节透明橡胶第四节遇水膨胀橡胶第五节导电橡胶第三章公式设计中的数学方法第一节随机变量及其分布第二节数学期望与方差第三节假设检验第四节方差分析第五节检验数据的回归分析第六节检验优化与设计， 第1章橡胶配方设计原则第1节橡胶配方设计的基本概念橡胶产品的性能取决于橡

2、胶分子本身，以及各种配合剂的性能及其相互作用。 定义：根据产品的性能要求和工艺条件，合理选择原材料，制定各种原材料的用量比例关系的设计方法。配方设计决定产品质量、成本和加工性能。五大体系：生胶体系、硫化体系、填充增强体系、软化塑化体系、抗老化体系；第二，要掌握的知识，形态学，机械设备，流变学，加工性能，常规测试，仪器分析，测试技术，原材料，添加剂，聚合物和复合材料的共混理论。药剂化学、优化方法、实验设计、回归分析、优化技术、配方设计，配方设计过程绝不是各种材料的简单组合，而是在了解各种原理的基础上，充分发挥整个配方体系的协同作用，并利用新技术得到最佳配比关系。有必要对高质量、高化学和橡胶加工原

3、理有扎实的知识，并充分利用它们。第2节橡胶配方设计的原则和程序1。设计原则使产品性能满足使用要求或给定指标。尽可能节约原材料和降低成本，或在不增加成本的情况下提高质量，同时确保满足性能或给定指标。使胶料适用于混炼、压延、挤出、硫化等工艺操作，有助于提高设备的生产效率。有必要考虑产品各部分中不同橡胶的整体协调性，以便协调各成分化合物的硫化速度和硫化性能。例如，轮胎胎面胶、缓冲层和帘布层。在保证质量的前提下，尽可能简化公式。最后，综合权衡橡胶的性能、成本和工艺可行性。其次，设计方案1确定了橡胶胶料的技术要求进行调研，了解了负荷、工作温度、接触介质、使用寿命以及橡胶胶料在产品结构中的作用，作为配方设

4、计的依据。收集技术资料收集国内外同类产品或类似产品开发的技术资料，作为配方设计的参考。3制定基本配方和性能测试项目制定基本配方的步骤如下：1)确定生胶的品种和用量。根据主要性能指标，确定了主要橡胶品种，用量与橡胶含量有关。2)确定硫化体系。根据生胶的种类和品种、硫化工艺和产品性能要求。3)确定增强剂的品种和用量。根据化合物的性质、比重和成本。4)确定软化剂的种类和用量。根据生胶和填料的种类、胶料的性能和加工条件。5)确定抗氧化剂的种类和用量。根据产品使用环境的条件。6)确定其他特殊配合剂的品种和用量。(如着色剂、发泡剂等。)，性能测试项目：断裂强度、模量、断裂伸长率、永久变形、硬度、回弹性、撕

5、裂强度、热老化性能等。加工性能：可塑性、可烧性、可塑性混合橡胶，进行实验，选择最佳配方。选择最佳配方。5重新测试并扩展试点测试。6确定生产配方。生产配方包括：配方组分及用量、橡胶性能指标、塑化、混炼条件、硫化条件等成套数据。补充：配方研究包括三个方面：基本配方性能配方生产配方，第三部分，橡胶配方设计的组成、表征方法和检验。一些配合剂以母橡胶的形式添加到橡胶混合物中，并且配方需要相应地转换。M由母胶配方加入，母胶配方为：三方块原理：甲基丙烯酸锌对橡胶的增强作用，TEM分析，1020纳米(小角，电子云密度差)，PZDMA离子团簇结构，SAXS小角散射技术，SAXS小角散射技术， SAXS抗拉强度是

6、样品断裂时每单位面积的载荷：Pbh抗拉强度(MPa) P抗拉载荷(kgf) b拉伸前样品工作部分的宽度(mm) h拉伸前样品工作部分的最小厚度(mm)恒定拉伸应力(MPa):它是样品在一定变形量下每单位面积的载荷，一般测量100，200，300个应力。 断裂伸长率：拉伸断裂时伸长部分与原始长度之比：(L1-L0)/L0100%断裂伸长率，L0试验前的工作标准距离(25毫米)，断裂时间距离(毫米)，以及断裂时的永久变形：断裂后样品的恢复长度与原始长度之比。Ps(L2L0)/L0100% Ps断裂永久变形，L0试验前样品的工作标距(25毫米)，断裂后静置3分钟后的标距(毫米)和撕裂强度(KN/m)

7、:样品单位厚度的载荷。它可以分为初始撕裂和连续撕裂。初始撕裂：指试样的直角部分以一定的拉伸速度被撕裂时的强度。连续撕裂：预切样品被撕裂时的强度。有效弹性(e):在拉伸试验机上，将样品拉伸至一定长度，并测量收缩过程中恢复的功与伸长过程中消耗的功的比率。滞后损失：拉伸试验机上拉伸试样在收缩过程中损失的能量与在拉伸过程中消耗的功之比。硬度：橡胶抵抗外力的能力。肖氏硬度常用于橡胶工业。肖氏硬度是用针压入样品表面的深度表示的硬度。橡胶磨损：橡胶表面因摩擦而在微观上损坏和脱落的现象。当橡胶样品与砂轮摩擦1.61公里以表示磨损量时，通常使用阿克伦磨损来表征磨损量。弹性：这是一个描述橡胶变形时，特别是受到冲击

8、时，保持其机械能的能力的指标。弹性表示为用摆锤撞击橡胶后的回弹功和摆锤落下时所做的功的百分比。弯曲开裂：测量橡胶因多次弯曲或橡胶缝隙膨胀方法而开裂时的弯曲时间，即测量在一定弯曲时间内裂纹的膨胀长度(后者是对裂纹扩展能力的研究)。压缩疲劳：试样以一定的频率和一定的变形幅度反复压缩，并测量其温升和变形。老化性能：包括大气老化、臭氧老化、热老化、光老化和湿热老化。通常，它的特征是老化前物理和机械性能的比率。例如，断裂强度老化系数是老化后断裂强度与老化前断裂强度的比值。断裂伸长率老化系数是老化后断裂伸长率与老化前断裂伸长率的比值。第四节硫化机配方设计与性能的关系。拉伸强度和硬度、给定伸长率下的测试强度

9、、给定规格距离为25毫米的哑铃形试件、理想弹性体的应力-应变关系、F=、RT、(-)、2，1，-交联点之间的平均分子量、伸长率、橡胶密度、(2-)，1，f，1/，Flory认为硫化胶网络中存在缺陷，如，分子末端，正常交联键，链扣，链缠结，无用交联键，f=，热弹性：热弹性与绝对温度成正比，弹力是由长链分子的热运动产生的。结果表明，弹性力与有效分子链数有关，形变弹性力与交联度有关，与形变量成正比。1，2Mc，M，()，2，1，()，现代强度理论中考虑了以下三个因素：化学交联和物理缠结的炭黑(填料)与聚合物之间的物理和化学相互作用的理论值与测量值非常一致。填充炭黑的模量应力：Guth-Gold方程：

10、Ef=Eg(1 2.5 14.12) Ef填充橡胶的模量应力(计算值)Eg未填充橡胶的模量应力(测量值)炭黑体积分数，模量强度的影响因素，1。模量强度与橡胶分子结构的关系分子量：末端效应，末端数目随着分子量的增加而减少。分子量分布：分子量相同时，分布越窄，强度越高。例如，天然橡胶具有许多高分子量部分和高模量。化学结构：分子链刚性越强，极性越大，模量强度越高，如氯丁橡胶、丁腈橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和聚氨酯。所有能影响交联密度、增加体系粘度和增加分子间作用力的结构因素都能提高模量强度。2.模量与固化体系交联密度的关系：交联密度越高，端数越少，模量越高。交联键类型：硫用量：0.2-4份；

11、促进剂用量：如TMTD(四甲基秋兰，TT)，0.1-0.3可以提高模量强度。拉伸强度和填充体系之间的关系炭黑的影响最大(三个要素):粒径、表面活性和结构。应选择粒径小、结构高的炭黑，如ISAF和HAF。结构性影响：很大。、低、中和高。填料的存在降低了弹性组分的体积分数，高结构更加明显。如果达到相同的变形或伸长率，橡胶部分的变形将大于未填充部分的变形，并且恒定伸长率将增加。，高，Guth-Gold方程：Ef=Eg(1 2.5 14.12)，适用于高低结构，Guth-Gold方程：EF=，1 2 4 6 8 10，1，2，4，6，8，计算值，20C，75C，150C，偏差增加：由于密封剂活性增加。

12、EfG，填料与硬度的关系，4。其他调整方法采用酚醛树脂作为交联剂，最大用量为15份。丙烯酸均聚酯是一种粘性液体，不含引发剂，仅起增塑剂的作用。5-15份的用量可根据不同硬度进行调整。橡胶大分子、八种促进剂、噻唑：硫化速度快、平整度好。主要有促M(巯基苯并噻唑)和促DM(二苯并噻唑二硫化物)。M-promoting (MBT)特性：淡黄色粉末，苦味，无毒。1-1.5份。结构式：知识少、N、C、S、SH、秋兰：烧焦时间短、硫化速度快、平整度差，常用于无硫和低硫硫化体系，适用于浅色透明产品。典型：促TT(TMTD)，四甲基秋兰二硫化物，白色粉末，与硫混合，第一促进剂0.3-0.5份，第二促进剂0.1

13、份，无硫化合物3-3.5份。结构式：N，C，S，S，C，CH3，S，N，CH3，CH3，CH3，磺酰胺是M-促进衍生物，是最理想的促进剂，焦烧时间长，硫化起点慢，活性高，速度快性质：灰色或淡黄色粉末，用量0.5-2.0份。结构式：n，c，s，s，n，h，胍基：硫化起点慢，最大的特点是硫模应力高，但耐热老化性能差，容易开裂，所以不单独使用。它可与噻唑和亚磺酰胺结合用作第二促进剂。促d(DPG)，二苯胍，性质：白色粉末，无毒，0.1-0.5份第二促进剂。结构式：NH，NH，C，NH，二硫代氨基甲酸酯：硫化速度非常快，容易烧焦，具有优异的机械性能和耐老化性能。典型：PZ促进，二甲基二硫代氨基甲酸锌，

14、性能：白色粉末，无毒，无味，接触皮肤时易发炎，硫化温度为125，适合蒸汽硫化，不适合成型。结构式：n，c，s，s，CH3，CH3，2，Zn，黄原酸盐：促进作用大于二硫代氨基甲酸盐，一般不用于干胶，但适用于乳胶制品。常用品种：ZBX，正丁基黄原酸锌，性能：白色粉末，无毒，无异味，无污染，储存温度10以下，用量1.0份以下。结构式：s、c、s、o、c4h9、s、2、Zn、醛胺：活性弱，用作TT、CZ、m等的第二促进剂。常用品种：促氢，六亚甲基四胺(乌洛托品)，性能：白色或淡黄色结晶粉末，与空气混合时易爆炸。结构式：CH2、n、CH2、n、CH2、n、CH2、n、CH2、CH2、硫脲：CR和ECO常

15、用品种：Na21、2乙烯硫脲，白色粉末，味苦，毒性中等，一般用量为0结构式：NH、S、CH2、C、NH、CH2、抗拉强度(抗拉强度)，表示产品抗损伤的极限能力，断裂形式：(1)主价键断裂，(2)分子链滑移，(3)垂直方向相互隔离大分子和片段的运动受到限制，因此在裂纹前沿消耗能量。(2)添加高表面积颗粒固体，填料颗粒的存在可以通过在填料表面滑动大分子来偏转微小裂纹或降低应力集中。(3)改善结晶度和取向。防止裂纹扩展。(4)可变形塑料微区的均匀分散。(5)改善交联网络和交联键的化学结构。1.拉伸强度与橡胶分子结构的关系；大分子量分子间力(如铬)；结晶橡胶(如天然橡胶)；此外，减少合成橡胶中的凝胶含量；2.拉伸强度与硫化体系的关系；交联密度：峰值随着交联密度的增加而出现。原因：结晶橡胶：弗洛里认为交联会限制结晶。非晶态橡胶：橡胶分子链的分离和滑移是由有限的提高强度的方法造成的。交联键类型：聚硫键的拉伸强度最高。原因是交联键在硫化胶网络中的分布不规则且不均匀，交联点之间的链段长短不一。受外力变形时，应力分布不均匀，容易产生应力集中。强键：在低伸长率下会断裂，导致分子流动，增加应力不均