橡膠加工工藝及配方設計復習專用

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上橡膠加工工藝及配方設計復習題一、配方設計的程序是什么？1、制品性能和使用條件的分析2、加工性能和制造工藝的分析3、確定膠料的技術要求4、性能研究配方制訂5、進行試驗并選取最佳配方 6、復試和擴大中試7、確定生產配方二、掌握橡膠配方五大體系的基本內容。（1）生膠最重要的組成部分，決定了膠料的使用性能、工藝性能和產品的成本。（2）硫化體系使橡膠大分子發(fā)生化學交聯(lián)。（3）填充補強體系提供膠料的強度和降低成本（4）防老體系提高膠料的耐老化性能（耐臭氧、耐熱和耐疲勞）。（5）軟化增塑體系改善膠料的加工性能，降低成本，提高硫化膠料的耐寒性。三、掌握常見橡膠的分子結構、極性、結晶等

2、與性能特點。NR的主要成分是異戊二烯的均聚物，其中順式加成結構達97。n性能優(yōu)點（1）NR是一種結晶性橡膠，可拉伸結晶，且NR具有較高的分子量。NR純膠硫化后強度可達25MPa；用炭黑增強后可達35MPa。（2）NR的撕裂強度也很高，最高超100kN/m。（3）回彈性高，滯后損失小，生熱低，良好的耐疲勞性。（4）NR具有較高的耐磨性。（5）混煉膠黏合性強，生膠強度高，挺性好。n性能缺點：n耐熱性不高，常期使用溫度低于90oC，可在100oC下可短期使用；耐老化，耐O3性能不高主鏈上存在大量的不飽和雙鍵。nNR的耐燃料油性差非極性橡膠與烴類油相容性高。SBR的性能特點：非結晶性橡膠，必須使用增強

3、填料補強。 補強后的強度能達到NR純硫化膠的水平。耐磨性較好（特別是高溫），耐寒性較差（比NR），內耗大，生熱高，彈性較低。耐熱氧老化特性優(yōu)于NR，硫化速度較NR慢（因SBR的雙鍵濃度較低和苯環(huán)的體積位阻效應）；SBR的使用上限溫度比NR高10-20。SBR的耐溶劑性能以及電絕緣性能與NR相似，因為均為非極性二烯類橡膠。SSBR比ESBR的彈性好，滾動阻力低，抓著力高。加工性能比NR稍差，尤其是SSBR包輥性差 ，自粘互粘性差。順1,4丁二烯橡膠（順丁橡膠）順1,4結構達到9598的丁二烯橡膠被稱為順丁橡膠。高彈性、耐寒性好、耐磨耗、耐動態(tài)疲勞、動態(tài)內耗生熱低。拉伸強度、撕裂強度低；抗?jié)窕圆?/p>

4、良；加工性能不好、生膠會因自重而發(fā)生冷流。順丁膠很少單獨使用，經常與其它通用橡膠并用，主要用于輪胎。（2）中乙烯基丁二烯橡膠乙烯基含量在3555的低順式丁二烯橡膠。合適含量的乙烯基提高了耐磨性和耐老化性能。其硫化膠料的抗?jié)窕阅芸梢院蚐BR相當，但耐磨性提高2030適于制造小型輪胎。（3）反1,4丁二烯橡膠反式1,4的結構一般>80。在室溫下存在結晶，生膠強度、硬度高、耐磨性極好；彈性與SBR接近、動態(tài)生熱大。主要用于制造鞋底、地板、墊圈等。氯丁橡膠硫調型非硫調型G型分子間的SS鍵容易在一定的條件下發(fā)生斷裂，儲存穩(wěn)定性不好。在混煉加工過程中也容易斷裂，分子量大幅度改變，加工條件不好控制。

5、但G型SS斷裂后產生SH是CR交聯(lián)的促進劑。CR的性能特點：結晶性橡膠純膠強度高，交聯(lián)純膠的強度略高于交聯(lián)NR。彈性低、動態(tài)內耗大、耐寒性差。含有大量-Cl取代基團阻燃性、耐烷烴油好、黏合強度高、但電絕緣性差。CCl和CC的共扼耐熱性、耐候性和耐O3性優(yōu)異。使用溫度可達120oC丁基橡膠（IIR）IIR橡膠在主鏈上含有少量的異戊二烯通常100個碳原子才有一個雙鍵。飽和度很高。耐熱性高可短期在200oC使用。耐氣候性優(yōu)良耐O3性優(yōu)良是通用橡膠的10倍以上缺點交聯(lián)速度慢聚異丁烯段規(guī)整、對稱性高結晶性橡膠。也具有拉伸誘導結晶的現象，純膠強度高（1421MPa）。 異丁烯主鏈上多而密集的側甲基，填補了

6、分子鏈間的孔隙IIR耐透氣性和耐透水性優(yōu)異。異丁烯主鏈上多而密集的側甲基，導致分子鏈在相對運動時，內摩擦大、內耗高適合用于阻尼減震材料。IIR的自黏性和互黏性差，與其它通用橡膠相容性低通過鹵化的方法提高黏結性（鹵素含量12）：溴化丁基（BIIR）、氯化丁基（CIIR）丁腈橡膠（NBR）NBR的性能特點：NBR突出的性能是具有優(yōu)異的耐非極性油和溶劑性。NBR是非結晶性橡膠，需要用活性填料增強才能具有適用的力學性能。NBR的耐熱性不高，但好于NR，SBR，BR，長期使用溫度可達120oC。NBR的耐O3性好于通用的二烯類不飽和橡膠。丙烯腈的含量對NBR性能有極大的影響丙烯腈含量增多：硬度、定伸應力

7、、拉伸強度、耐磨性提高；耐油性、耐熱性、耐化學藥品性提高；氣密性提高，當丙烯腈含量超過40，氣密性與IIR相當；彈性、耐寒性下降。三元乙丙橡膠（EPDM）和二元乙丙橡膠（EPM）：EPDM的性能特點：乙丙橡膠是飽和的非極性的分子主鏈優(yōu)點：具有高耐熱性：超過IIR是通用和大品種特種橡膠中耐熱性最高的，最高使用溫度達150oC。突出的耐候性和耐O3性：優(yōu)于IIR和CR。耐化學腐蝕性好：長期與極性溶劑和酸堿接觸，性能變化小。彈性和耐低溫性好：僅次于NR和BR。電絕緣性好：主要是EPR吸水率低。耐水性、耐熱水、耐水蒸汽性優(yōu)良。乙丙橡膠的性能缺點：1. 雙鍵含量低硫化速度慢，與不飽和橡膠并用時，共硫化困

8、難。2. 加工性能不好，自粘和互粘性差。3. 耐烷烴油性差、易燃、氣密性不好。硅橡膠（SiR）SiO鍵的鍵能遠高于CC鍵能SiR具有極高的耐熱性，耐O3，耐老化性。SiO鍵比CC鍵具有更高的活動能力SiR柔軟而富有彈性，耐寒性很好。SiR的使用溫度范圍在彈性材料中最寬：-100oC350oC。但強度低，即使采用最佳的增強配合，強度也很難超過10MPa。SiO鍵不耐酸堿，遇酸堿會解聚；極高的疏水性電絕緣性好；低表面張力和生理惰性及高透氣性。氟橡膠（FKM）耐高溫，最高可耐315oC；耐油、最佳的耐化學介質和腐蝕性；耐高真空丙烯酸酯橡膠主鏈高飽和度耐熱性，耐老化性能好；帶有極性側基耐礦物油性好。極

9、性側基為酯基耐水性和耐酸堿性不好ACR為非結晶性橡膠，純膠強度較低。補強后的強度一般不超過20 MPa。ACR的突出性能優(yōu)勢是具有優(yōu)異的耐高溫油性（180oC），僅次于氟橡膠。ACR主要應用于汽車的耐高溫、耐油密封配件如變速箱密封和活塞桿密封。因而常被稱為車用橡膠。聚氨酯橡膠（PUR）：性能優(yōu)點是：最高的拉伸強度是NR的一倍，自身無需增強，抗撕裂性能和耐磨性優(yōu)異耐化學藥品性優(yōu)異，耐油性與NBR相媲美。耐臭氧性好、黏合性好。缺點是：耐水解性差，易水解氯醚橡膠（ECO）指側基上含有氯、主鏈上有醚鍵的橡膠性能特點：主鏈為CCO飽和結構：良好的耐熱老化性和耐O3性；極性的氯亞甲基側鏈：優(yōu)異的耐燃料油性

10、和耐氣透性。在共聚氯醚中，CCO基團比CH2Cl基團數量多，可以獲得較好的低溫性能。與NBR具有同等耐油性時，共聚型ECO的脆性溫度低20oC。典型應用：要求兼具耐油、耐寒、耐高溫的制品，如：飛機上耐油密封件。四、掌握橡膠常用的三種硫化體系各自的特點。（1）硫黃硫化體系：主要的組成硫黃（交聯(lián)劑）促進劑活化劑（脂肪酸和金屬氧化物）（2）非硫硫化體系1、金屬氧化物硫化體系主要用于硫化主鏈含有極性基團的橡膠：氯丁橡膠，羧基橡膠，ECO等。2、過氧化物硫化體系硫化膠料壓縮永久變形小，耐熱、耐寒性好，硫化時間短，不污染模具。該體系不能熱空氣硫化，硫化膠撕裂強度低。3、樹脂硫化體系可用來硫化IIR、NR、

11、SBR、CR和NBR橡膠，可提高硫化膠料的耐熱和耐屈撓性能。五、舉例分析促進劑和活性劑的作用機理。熟悉八大類促進劑中代表性品種的硫化特性。促M和ZnO生成的ZMBT，改善了ZnO的溶解性（以下可能二選一）1、ZMBT與NR中蛋白質分解產物膽堿反應，生成絡合物2、活化劑SA通過氧與ZMBT絡合這些絡合物溶解性極好，活性較原來促進劑高許多。親核硫和不牢固Zn-S鍵，促進S8環(huán)裂解。1、噻唑類：硫化速度快，平坦性好。主要有促M（硫醇基苯并噻唑）和促DM（二硫代二苯并噻唑）。促M（MBT）性狀：淡黃色粉末，味極苦，無毒。用量1-1.5份。2、次磺酰胺類：是促M的衍生物，是硫化特性最理想的一類促進劑，焦

12、燒時間長，硫化起點慢，活性大，速度快，平坦性好，硫化膠綜合性能好，常用品種有CZ、NOBS、NS、DZ等。促CZ（CBS），N環(huán)已基2苯并噻唑基次磺酰胺，性狀：灰白或淡黃色粉末，用量0.5-2.0份。3、秋蘭姆類：焦燒時間短，硫化速度快，平坦性差，常用于無硫和低硫硫化體系，適合于淺色及透明制品。典型：促TT（TMTD），四甲基秋蘭姆二硫化物，性狀：白色粉末，與硫磺配合，第一促進劑：0.3-0.5份，第二促進劑：0.1份，無硫配合：3-3.5份。4、二硫代氨基甲酸鹽：硫化速度極快，易焦燒，機械性能、耐老化性能優(yōu)越。典型：促PZ，二甲基二硫代氨基甲酸鋅，性狀：白色粉末，無毒無味，接觸皮膚易發(fā)炎，硫

13、化溫度125°C即可，適合蒸汽硫化，不適合模壓。5、黃原酸鹽類：促進效果比二硫代氨基甲酸鹽類還要大，一般不用于干膠，適于乳膠制品。常用品種：ZBX，正丁基黃原酸鋅，性狀：白色粉末，無毒，有異味，不污染，貯存溫度低于10 °C，用量1.0份以下。6、胍類：硫化起點慢，最大特點是硫化膠定伸應力高，但耐熱老化性差，易龜裂，因此不單獨用?？勺鳛榈诙龠M劑與噻唑類和次磺酰胺類并用。促D（DPG），二苯胍，性狀：白色粉末，無毒，第二促進劑用量0.1-0.5份。7、醛胺類：活性弱，作DM和D等的第二促進劑。常用品種：促H，六次甲基四胺（烏洛托品），性狀：白色或淡黃色結晶粉末，與空氣混合易

14、爆炸。8、硫脲類：專用于CR和ECO常用品種：NA22，1，2亞乙基硫脲，性狀：白色粉末，味苦，毒性中等，一般用量為0.25-1.5份。六、炭黑和白炭黑增強橡膠的要素。炭黑影響最大（三要素）：粒徑，表面活性，結構性。提高定伸強度應選小粒徑，高結構的炭黑，如ISAF，HAF。特別是對并用膠來講，炭黑分布非常重要其分布原則：要求分布合理，即非補強膠相中炭黑含量高些，自補強膠相中含量少些。纖維素補強的三個要素：長徑比（L/D)：100200之間取向:性能具有各向異性界面結合：界面結合越強，補強效果越好。短纖維可以賦予橡膠極佳的初始模量和拉伸強度，極大提高橡膠抗撕裂性能。橡膠用短纖維可以分為三大類：纖

15、維素短纖維：表面有活性羥基，易于與橡膠黏合。有機合成短纖維：尼龍、芳綸、聚酯短纖維，表面光滑，需浸漬預處理才能獲得良好的補強性。無機短纖維：玻璃短纖維和碳纖維，質脆，在混煉加工中易斷裂。七、掌握結合膠的定義及其形成機理。結合橡膠也稱為炭黑凝膠，指填充的未硫化混煉膠中不能被它的良溶劑溶解的那部分橡膠。實質上是填料表面上的吸附的橡膠，也就是填料與橡膠間的界面層中的橡膠，具有類似玻璃態(tài)的特點?；瘜W原因：吸附在炭黑表面上的橡膠分子鏈與炭黑表面基團結合，或者橡膠在加工過程產生大量橡膠自由基或者離子與炭黑結合，發(fā)生化學吸附，這是生成結合膠的主要原因。物理原因：橡膠大分子鏈在炭黑粒子表面上的那些大于溶解力的

16、物理吸附，要同時解脫所有被炭黑吸附的大分子鏈并不是很容易的，只要有一、兩個被吸附的鏈節(jié)沒有除掉，就有可能使整個分子鏈成為結合膠。八、簡述硅烷偶聯(lián)劑對白炭黑表面的處理作用。白炭黑烷氧基硅烷 通式為R-Si-X3（R為乙烯基、甲基丙烯基、胺基、硫醇基和環(huán)氧基等；X為烷氧基）硫化時，R基團與橡膠大分子發(fā)生化學結合，X基團能與含有羥基的白炭黑粒子結合。適用體系：乙烯基、甲基丙烯基：過氧化物硫化體系。巰基（硫醇基）適用于硫黃硫化體系。氨基和環(huán)氧基適用于PUR，和采用樹脂硫化的體系。九、掌握理想彈性體方程中影響應力應變行為的因素。理想彈性體的應力應變關系交聯(lián)點間平均分子量 伸長比（LL0） 橡膠密度Flo

17、ry認為，硫化膠網絡中存在缺陷分子末端、正常交聯(lián)鍵、無效交聯(lián)鍵、鏈纏結、鏈扣修正后的理想橡膠彈性方程(矛盾平衡)比例于無用的游離末端數MC越大，交聯(lián)末端數越多M越大，交聯(lián)末端數越少熱彈力（RT）：熱彈力與絕對溫度成正比，彈力由長鏈分子的熱運動產生網狀結構： 說明應力與有效分子鏈數有關，與交聯(lián)程度有關變形 應力與變形量有關，與其成正比。十、拉伸強度與硫化體系的關系，解釋為什么多硫鍵型的材料的斷裂強度是最好的？交聯(lián)密度：隨交聯(lián)密度提高而出現峰值。交聯(lián)鍵類型：多硫鍵的抗張強度最高。原因：硫化膠網絡中的交聯(lián)鍵分布是不規(guī)則不均勻的，交聯(lián)點間的鏈段有長有短，當受外力作用而變形時，應力分布不均勻，易產生應力

18、集中。強鍵：將在較低伸長下斷裂，導致分子流動，使應力不均勻程度增加，最后整個網構破壞。弱鍵：在較大應力集中情況下，很快脫開解除所受負荷，將應力分配給鄰近的鏈段，使得變形的網構作為一個整體均勻承受較大的應力。拉伸結晶型橡膠：弱鍵早期破壞有利于分子主鏈的定向結晶。另外，多硫鍵斷裂后，還能再度形成交聯(lián)鍵。十一、對于炭黑填充的橡膠材料來講，在外場交變作用下的動態(tài)生熱產生的主要原因是什么？論述如何進行低生熱的橡膠配方設計？橡膠滯后和動態(tài)生熱的微觀分析：（1）橡膠與橡膠分子間摩擦（2）橡膠分子與填料（炭黑）間的摩擦（3）填料（炭黑）與填料（炭黑）之間的摩擦1、橡膠橡膠的Tg越低，動態(tài)生熱越低。BR<

19、NR<EPDM<SBR<IIR并用動態(tài)生熱低的膠料可改善生熱，如SBR/BR；NR/BR。2、填充補強體系增強劑粒子越細，結構性越大動態(tài)生熱越大；提高含膠率、使用補強性差的填料可降低動態(tài)生熱。提高填料的分散，和填料與橡膠之間的界面界面結合，可降低生熱。對于白炭黑補強體系，硅烷偶聯(lián)劑的最佳用量：100份白炭黑加入210份。使用分散劑可以進一步降低橡膠材料的動態(tài)損耗。3、增塑體系：添加適量的增塑劑，可以降低橡膠大分子間的物理纏結，減少在動態(tài)應變下的分子間相互摩擦，降低生熱（交聯(lián)密度相同）4、交聯(lián)體系：交聯(lián)密度的增加，定伸強度增大，提高了橡膠材五料的抗變形能力。通過交聯(lián)點間分子量的

20、降低，有效弱化了大分子間的應變滑移，提高了分子鏈段變形的同步性。交聯(lián)結構：單硫鍵有利。十二、用作壓延、壓出的膠料配方設計要點。（1）生膠含膠率大，變形大。含膠率>97%難于壓出，含膠率<25%，分子粘結減少，壓出物表面粗糙。NR-壓出速度快，收縮率小SBR-松弛時間長，壓出慢，收縮大，并用NRCR-對溫度敏感，要注意控制溫度，以免焦燒IIR-壓出速度慢，發(fā)熱量大，結構緊密的原因（2）填充劑可降低含膠率，減少彈性形變。粒徑影響不大，結構性和用量影響最大。結構性與濃度存在等效關系，低結構-多用量的膨脹與高結構-少用量的膨脹情況是等效的。低硬度、低粘度膠料，應避免卷入氣泡，采取方法：加入

21、油膏加入適量重質碳酸鈣、蠟類，降低粘著性，防止空氣混入用對硬度影響小的非補強性填料，降低含膠率并用部分交聯(lián)橡膠可防止變形，適宜的含膠率為30-50%。十三、從五大體系的關系出發(fā)，闡述發(fā)泡（海綿）橡膠設計的思路。1、所有橡膠均可發(fā)泡2、海綿橡膠配方設計原理（1）發(fā)泡體系（2）硫化體系溫度應與發(fā)泡劑分解溫度相匹配有機發(fā)泡劑在達到一定溫度時迅速分解，放氣量穩(wěn)定，能夠按照用量來計算發(fā)泡倍率。而無機發(fā)泡劑由于是吸熱反應，不會馬上分解，全部分解需要一定時間和熱量，所以它產生的有效氣體量是不穩(wěn)定的。海綿橡膠的硫化體系與它的發(fā)孔情況密切相關。-關鍵因素。要求：膠料硫化速率必須與發(fā)泡速率相匹配。海綿橡膠在硫化過程中同時發(fā)生兩種反應，即發(fā)泡劑分解析出氣體和橡膠在硫化劑作用下的交聯(lián)。若發(fā)泡過早，此時膠料尚未開始交聯(lián)，粘度很低，氣體容易跑掉，得不到氣孔。若發(fā)泡過晚，膠料已達到正硫化，粘度太高，不能發(fā)泡。發(fā)泡時間合適，這時膠料已有足夠程度的硫化程度，粘度較高，孔壁較強，會產生閉孔結構。因此必須根據發(fā)泡劑分解速度來調整硫化速度，控制在一定硫化階段進行發(fā)泡。發(fā)泡劑用量為5-8份。固體填充劑：可以選擇半補強炭黑，碳酸鈣等。軟化劑：用量以滿足混煉膠門尼粘度30-50的條件為選擇依據，常