青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計課件

KeyLabofRubber-Plastics(QingdaoUniversityofScienceandTechnology)MinistryofEducation,China

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橡膠配方設(shè)計RubberFormulaDesign

肖建斌

高分子科學(xué)與工程學(xué)院,青島科技大學(xué)青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計橡膠配方設(shè)計課程目的及意義：提高橡膠制品的質(zhì)量；改善加工工藝；配合體系的生產(chǎn)及應(yīng)用研究；橡膠加工設(shè)備及測試儀器；成本分析；計算機建模預(yù)測性能等。

理論指導(dǎo)實踐應(yīng)用橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計原材料組分測試項目1#ML1+4100℃51NR100硫化儀t10，min2:51ZnO5硫化儀t90，min12:25硬脂酸3硬度，邵A71石蠟0.5拉伸強度，MPa26.4防RD/4010NA1/1拉斷伸長率，%526促進劑CZ1100%定伸應(yīng)力，MPa2.96HAF50300%定伸應(yīng)力，MPa14機油5扯斷永久變形，%19S2.25撕裂強度，KN/m98無機填料？彈性/%46礦物油？磨耗體積，cm3/1.61km0.175青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計第一章橡膠配方設(shè)計的基本概念（4學(xué)時）第二章橡膠配方設(shè)計原理（12學(xué)時）第三章特種橡膠與功能性橡膠配方設(shè)計（8學(xué)時)第四章配方設(shè)計優(yōu)化方法（6學(xué)時)

第一節(jié)單因素變量設(shè)計第二節(jié)多因素變量設(shè)計第五章橡膠制品配方設(shè)計（2學(xué)時)第一節(jié)橡膠配方設(shè)計與硫化膠物性的關(guān)系第二節(jié)橡膠配方設(shè)計與工藝性能的關(guān)系第三節(jié)橡膠配方設(shè)計與成本的關(guān)系

青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計目的和要求：掌握配方設(shè)計的原則和表示方法。學(xué)會計算材料的含膠率、密度、成本。了解橡膠產(chǎn)品的種類、結(jié)構(gòu)，對橡膠制品的使用條件和加工條件有所了解。掌握原材料的特性及配合規(guī)律。掌握膠料加工及物性檢測方法及數(shù)值大小對性能的影響。第一章橡膠配方設(shè)計的基本概念青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

一、橡膠配方設(shè)計，就是根據(jù)橡膠產(chǎn)品的性能要求和工藝條件合理選用原材料，確定各種原材料的用量配比關(guān)系，使得膠料的物性、工藝性和成本三者取得最佳平衡。工藝性物理機械性能成本一、橡膠配方設(shè)計的定義青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計二、橡膠配方設(shè)計的原則與程序

1、原則：配方設(shè)計人員應(yīng)用理論知識，用最少的物質(zhì)消耗，最短的時間，最少的工作量，通過科學(xué)的橡膠配方設(shè)計方法，掌握原材料配合的內(nèi)在規(guī)律，設(shè)計出實用配方，使制品的性能、成本和工藝可行性等方面取得最佳的綜合平衡。

2、程序：

基礎(chǔ)配方：原材料試驗鑒定性能配方：針對性能指標(biāo)制定的配方實用配方：經(jīng)驗證符合要求的配方生產(chǎn)配方：投入生產(chǎn)使用的配方青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計四、橡膠配方的組成及表示方法

橡膠配方簡單地說，就是表示生膠和配合劑用量配比表。表示方法：質(zhì)量份數(shù)表示：以生膠分?jǐn)?shù)為100，其余配合劑相應(yīng)質(zhì)量份數(shù)表示。質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：以混煉膠料總質(zhì)量為100，生膠和配合劑所占比例數(shù)來表示。體積百分?jǐn)?shù)表示：即以膠料的總體積為100%，將基本配方中生膠及各種配合劑的重量分?jǐn)?shù)分別除以各自的相對密度，求出體積份數(shù)。符合生產(chǎn)使用要求的質(zhì)量配方稱為生產(chǎn)配方，取煉膠機的裝膠量Q除以基本配方總質(zhì)量即得換算系數(shù)，乘以基本配方中各組分的質(zhì)量份，即得實際用量。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計舉例：摩托車胎配方：采用密煉機煉膠，總裝膠量為40kg配合劑質(zhì)量份數(shù)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)生產(chǎn)配方密度價格

NR603012kg0.9525

SBR40208kg0.9520

ZnO52.51kg5.515

SA21400g0.910

促CZ10.5200g1.320

促M10.5200g1.415

防老40101.50.75300g1.228

防RD1.50.75300g1.118

N330502510kg1.88

CaCO32512.55kg2.61

機油52.51kg0.95

固馬隆631.2kg1.16

S21400g2.03

合計20010040kg作業(yè)：求出混煉膠的含膠率、密度和成本青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計生產(chǎn)配方組成：膠料用途膠料的名稱及代號，生膠及各種配合劑的用量合計（計算密度、含膠率、成本）工藝條件物理機械性能青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計原材料應(yīng)用加工工藝使用性能產(chǎn)品結(jié)構(gòu)五、橡膠配方設(shè)計影響因素青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計1、原材料應(yīng)用

生膠（高聚物單用或并用）：母體材料或基體材料

硫化體系：與橡膠大分子起化學(xué)作用，使橡膠由線型大分子變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高橡膠性能、穩(wěn)定形態(tài)的體系。

補強填充體系：在橡膠中加入炭黑等補強劑或其它填充劑，提高其力學(xué)性能，改善工藝性能，或者降低制品成本。

防護體系：加入防老劑，延緩橡膠的老化，提高制品的使用壽命。

增塑體系：降低制品硬度和混煉膠的粘度，改善加工工藝性能。

加工及功能助劑：改善膠料的加工和物理性能。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計2、橡膠加工工序1）塑煉：降低生膠的分子量，增加塑性，提高流動性和可加工性。2）混煉：采用開煉機或密煉機使生膠與配方中各個組分混合均勻，制成混煉膠。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計3）壓延：利用壓延機將混煉膠或與紡織物、鋼絲等骨架材料通過壓片、壓型、貼合、擦膠、貼膠等操作制成一定規(guī)格的半成品的過程。4）壓出：利用擠出機將混煉膠通過口型壓出各種斷面半成品的過程，如內(nèi)胎、胎面、膠管等。5）硫化：橡膠加工的最后一道工序，通過一定的溫度、壓力和時間后，使橡膠大分子由塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀彈性狀態(tài)的過程。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計未硫化橡膠加工性能的測定1、混煉膠的流動性可塑度：P=(h0-h2)/(h0+h1),0<P<1

h0：原始高度，

h1：負(fù)荷作用3min后的高度，

h2:恢復(fù)3min后的高度

可塑度的檢測儀器青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

2）門尼粘度：ML1+4100門尼粘度的測試原理３、混煉膠的均勻程度：切片觀察法、CB分散儀、電子顯微鏡２、門尼焦燒（最低扭矩上升5個門尼值）青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計４、擠出特性：材料的擠出膨脹比、擠出外觀５、應(yīng)力松弛：以時間長短來衡量６、膠料加工綜合性能：混煉、壓出特性等。

Brabender,Hakke流變儀青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計混煉工藝溫度的影響轉(zhuǎn)速的影響青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計混煉膠的質(zhì)量和配方總量之差與配方總量之比：

ISO2393規(guī)定無填料的混煉膠為0.3％；有填料的混煉膠為0.6％常規(guī)的混煉順序：生膠或塑煉膠共混小藥（活性劑、促進劑、防老劑、固體軟化劑）補強劑和填料軟化劑硫化劑青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計７、硫化特性:焦燒時間（Ts1，Tc10），工藝正硫化時間（Tc90），最小轉(zhuǎn)矩（ML），最大轉(zhuǎn)矩（MH），硫化指數(shù)100/(Tc90-Tc10)青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計最小轉(zhuǎn)矩ML:與膠料的流動性有關(guān)；最大轉(zhuǎn)矩MH：與膠料交聯(lián)密度有關(guān)；焦燒時間（T10）：又稱誘導(dǎo)期，指膠料從加入到模具中受熱開始到轉(zhuǎn)矩為M10所對應(yīng)的時間；M10=ML+（MH—ML）×10％或最小轉(zhuǎn)矩上升１或２個單位的時間（Ts1，Ts2）理論正硫化時間（TH）：膠料從加入到模具中受熱開始到轉(zhuǎn)矩達到最大值所需要的時間；工藝正硫化時間(T90)：膠料從加入到模具中受熱開始到轉(zhuǎn)矩達到M90所需要的時間。M90=ML+（MH—ML）×90％青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計3、硫化橡膠的使用性能測試1．拉伸強度σ＝P/bh，Mpa2．定伸應(yīng)力，Mpa

100%，300%，Mpa3．拉斷伸長率，％

?＝[（L1-L0）/L0]*100%4．扯斷永久變形：

S=(L2-L0)/L0

，％5．撕裂強度：

Φ＝P/h，KN/m青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計6．有效彈性和滯后損失CDBA青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計7．硬度測定：邵爾A型0－100度8．磨耗測定：磨耗體積V=(m前-m后)/ρ，cm3/1.61Km，磨耗指數(shù)＝V標(biāo)/V試阿克隆磨耗滾筒磨耗青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計9．疲勞的測試：（1）壓縮疲勞：1)溫升2)變形（2）屈撓龜裂：裂口大小及出現(xiàn)裂口的時間（3）拉伸疲勞：疲勞壽命計算10．壓縮永久變形

K=[(h0-h2)/(h0-h1)]*100%11．粘彈性

（1）擺錘式回彈儀（2）蠕變（3）應(yīng)力松弛（4）動態(tài)粘彈性能(DMA)、動態(tài)模量及tgδ青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計12．老化性能：

(1)熱空氣老化：拉伸強度、硬度、扯斷伸長率的變化率或保持率。

(2)臭氧老化：表面狀態(tài)13．低溫性能：1)脆性溫度：斷裂時的最低溫度

2)玻璃化溫度的測定：差熱分析儀14．熱性能：1)導(dǎo)熱系數(shù)、熱傳導(dǎo)

2)分解溫度或氧化起始溫度15．阻燃性:(1)氧指數(shù)：氧指數(shù)越大，阻燃性越好裝飾及汽車配件

(2)錐形量熱儀：熱釋放速率、煙量、點燃時間、有害氣體成份等。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計16．絕緣性：

1)表面電阻率和體積電阻率大小1015Ω?cm以上

2)介電損耗介電損耗越大，絕緣性越差

3)擊穿電壓強度擊穿電壓/厚度17．導(dǎo)電性：體積電阻率10Ω?cm以下抗靜電106～10Ω?cm

高分子導(dǎo)電、導(dǎo)電填料18．?dāng)U散與滲透性能

1)透氣性：內(nèi)胎、瓶塞

2)透濕性和透水性：防水卷材、水壩、房屋

3)油擴散:密封件青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計19．耐液體：耐油、耐化學(xué)溶劑、耐酸堿體積、重量變化率及物理性質(zhì)的變化率20．粘合強度：

膠料與膠料之間：剝離強度

膠料與簾線及鋼絲之間：H抽出法

青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計加工性能和物理機械性能測試要求：1)變異性：a.材料本身不完全均勻

b.試驗步驟的變異性2)準(zhǔn)確度表示測定值與真實值相符的程度3)精密度表示各次測定值彼此間相符的程度4)重復(fù)性是指同一實驗室中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度5)再現(xiàn)性是指不同實驗室間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

汽車配件汽車用原材料重量比例青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

產(chǎn)品種類：1、輪胎青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計1．各部位膠料定伸應(yīng)力的匹配

輪胎使用過程中產(chǎn)生復(fù)雜變形，各部位之間相應(yīng)產(chǎn)生了剪切應(yīng)力、壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力，如果各部件膠料應(yīng)力-應(yīng)變性能分布不當(dāng)時，會因局部應(yīng)力過大而導(dǎo)致輪胎早期損壞。2．各部件膠料硫化速度的匹配

膠料與簾線材料均為熱的不良導(dǎo)體，各部位膠料在硫化過程中，受熱狀態(tài)差異較大，這就要求各部位膠料硫化速度應(yīng)協(xié)調(diào)同步。合理調(diào)配各部件膠料的硫化速度，達到同步硫化，即在相同的硫化時間內(nèi)，各部件膠料均達到最佳的硫化程度。

青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計輪胎各部位膠料配方設(shè)計（1）胎面膠、胎側(cè)膠配方設(shè)計胎面上層膠（胎冠膠）性能要求:由于胎面是輪胎與路面直接接觸的部位，承受著輪胎最苛刻的外應(yīng)力作用，經(jīng)常出現(xiàn)的損壞形式為胎面磨光、刺扎損壞、花紋崩花及裂口，胎面損壞易導(dǎo)致胎體爆破，影響輪胎的使用壽命。胎面膠應(yīng)具有優(yōu)越的耐磨性，較高的拉伸強度和撕裂強度，良好的耐老化、耐屈撓、耐熱、抗刺扎和抗花紋溝裂口等性能。兩方三塊胎面結(jié)構(gòu)三方四塊胎面結(jié)構(gòu)青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計胎面下層膠（基部膠）要求：分散應(yīng)力和緩沖能量，減少外力對緩沖層及胎體膠的損壞，要求膠料的彈性好、生熱低、耐屈撓龜裂和裂口增長。胎側(cè)膠性能要求：胎側(cè)是側(cè)向變形最大的部位，胎側(cè)膠較薄，用以保護胎體免受機械損傷及日光、風(fēng)雨的侵蝕，其損壞形式為屈撓龜裂、機械損傷。因此，胎側(cè)膠應(yīng)具有良好的強伸性能及耐屈撓龜裂、耐大氣老化等性能。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計（2）胎體膠料配方設(shè)計胎體膠料包括緩沖層、外簾布層及內(nèi)簾布層膠料和油皮膠等。緩沖層是胎面膠與簾布層之間的過渡層，在輪胎行駛過程中，不但是承受剪切應(yīng)力最大的部位，而且還要緩和和分散外部沖擊應(yīng)力，避免因局部應(yīng)力過大造成簾布層早期損壞。因此要求膠料具有較高定伸應(yīng)力、彈性和抗剪切性能，同時要求生熱低、耐熱性好。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

簾布層因簾線密度不同分為外簾布層和內(nèi)簾布層，外簾布層位于緩沖層與內(nèi)簾布層之間，形成過渡層結(jié)合。因此要求膠料與簾線具有良好的粘合性能，使胎體成為牢固的整體，并要求膠料生熱低、耐熱及耐屈撓疲勞性好。

油皮膠位于外胎的內(nèi)表面，在內(nèi)簾布層的里層，起保護內(nèi)胎及避免空氣和水分侵蝕簾布層的作用。因此要求膠料有一定的強伸性能和較好的耐老化性能，而且要求膠料硫化起點較快,可塑性不宜過大，防止在硫化過程中向簾布層遷移影響簾布層的性能。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計（3）胎圈膠料配方設(shè)計

胎圈由多部件組成，有鋼絲圈、填充膠條、鋼圈包布、胎圈包布，要求部件之間膠料有良好的粘合性能;使胎圈形成一個牢固整體。鋼絲圈膠料要求與鋼絲有較強的粘合性能膠料硬度較高，因此膠料中宜選用純天然橡膠與高硫黃量的配合，硫黃用量為7～10份，甚至高達20份，氧化鋅用量可略增加。鋼絲圈膠料為半硬質(zhì)膠，采用大量的半補強爐黑和無機填充劑，如碳酸鈣、陶土等，還可以摻用少量再生膠，利于改善膠料的工藝性能，又可降低成本，軟化劑可選用提高膠料粘著性能的松焦油、瀝青和松香等品種。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計硫化膠囊青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計一、普通膠管普通膠管主要是指在常溫下輸送空氣或其它氣體以及輸送水或其它液體的夾布膠管。膠管各部件的膠料包括內(nèi)層膠、擦布膠、填充膠(中膠)和外層膠等。二、特種膠管特種膠管品種繁多，根據(jù)其使用條件和輸送的介質(zhì)不同，主要有耐油膠管，耐酸、堿膠管，耐熱膠管，液壓膠管，耐磨膠管，泥漿噴射膠管，剎車、制動膠管，潛水膠管，食品專用膠管等。2、膠管膠料配方設(shè)計原則青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計原材料基礎(chǔ)配方NBR100ZnO6SA3防老劑MB1防老劑RD1.5N55085超細(xì)高嶺土50DOP35酚醛增粘樹脂8促進劑M1.5促進劑ZDC0.1S1.5青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計一、輸送帶輸送帶的覆蓋膠主要有耐磨、難燃、耐熱、耐酸堿、導(dǎo)靜電、食品輸送等類型。二、傳動帶

(一)普通V帶普通V帶根據(jù)強力層骨架材料不同分為簾布和線繩兩種。其膠料配方較多，有包布層膠、伸張層膠、簾布層膠、壓縮層膠、線繩浸膠等。

(二)汽車V帶汽車V帶是在較高的環(huán)境溫度下使用。普通V難以滿足使用要求。

(三)同步帶同步帶是一種工作面帶有齒狀結(jié)構(gòu)，集齒輪、鏈輪和帶傳動的優(yōu)點于一體的新型傳動帶。由帶背、強力層、帶齒和帶齒包布層組成。3、膠帶膠料配方設(shè)計原則青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計原材料份數(shù) 氯丁橡膠100氧化鎂4硬脂酸1十溴聯(lián)苯醚15三氧化二銻10N33050氯化石蠟10鄰苯二甲酸二辛酯10氫氧化鎂30氧化鋅6合計236高強力阻燃輸送帶覆蓋膠汽車同步帶原材料份數(shù) 氯丁橡膠100氧化鎂4硬脂酸1促進劑DM0.5防老劑OD2防老劑BLE2半補強50鄰苯二甲酸二辛酯5促進劑NA-220.75氧化鋅5合計236青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計一、橡膠減震器（一）主要性能要求①具有一定的動態(tài)阻尼性能，以提供良好的減震效果。②與各種金屬有良好的粘合性，粘合強度高。③適宜的彈性模量，盡可能地減小硫化膠的蠕變。④良好的耐疲勞、耐動態(tài)老化性能。4、減震橡膠制品膠料配方設(shè)計原則青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計二、橡膠空氣彈簧橡膠空氣彈簧的基本結(jié)構(gòu)與無內(nèi)胎輪胎相似，由外層膠、簾布層、內(nèi)層膠和鋼絲圈組成。膠料的主要性能要求為：①外層膠要求耐屈撓、耐天候老化和臭氧老化，與簾線的粘著強度高。一般采用天然橡膠和氯丁橡膠并用。②簾布層膠要求耐屈撓，與簾布粘著力高。通常采用天然橡膠。③內(nèi)層膠要求透氣性小，與簾布的附著強度高，耐老化性能好。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計一、O形密封圈膠料配方設(shè)計根據(jù)O形圈的工作條件如介質(zhì)、溫度、壓力、受力狀態(tài)等進行膠料配方設(shè)計。用作動態(tài)密封的O形圈，除了耐介質(zhì)、壓縮永久變形小之外，還要求膠料具有良好的抗撕裂性、耐磨性、耐熱性和抗擠壓性。5、密封制品膠料配方設(shè)計原則青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計二、油封主要性能要求：①與密封介質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性好，膠料在密封介質(zhì)中（主要是各種油類）不發(fā)生溶脹、硬化等現(xiàn)象，否則會使徑向力降低，改變過盈量尺寸，導(dǎo)致密封失效。②具有良好的耐熱性、耐磨性，摩擦系數(shù)要小，這對線速度較高的油封尤為重要。③具有適度的彈性，能適應(yīng)軸的粗糙度和偏心度的變化，對動態(tài)偏心有較好的跟隨能力（隨動性）。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計三、密封條主要性能要求：橡膠密封條主要用于密封車輛及建筑物門窗，所用的膠料必須具有：①優(yōu)異的耐天候老化、耐臭氧老化性能，以保證密封條有較長的使用壽命。②壓縮永久變形小、耐寒性好，以保證密封條在-50-70℃下，具有良好的密封性能。③膠料的壓出工藝性能要好。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計原材料份數(shù)EPDM100氧化鋅5硬脂酸3石蠟1.5促進劑M1促進劑T.T0.4促進劑BZ1.2快壓出炭黑N550110CaO5石蠟油70碳酸鈣30硫黃1.5青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計四、制動皮碗和密封接頭主要性能要求①應(yīng)具有良好的耐制動液（醇型制動液、礦物油、合成油）的性能，使用中不發(fā)生溶脹，不產(chǎn)生沉淀和有害金屬，對金屬配件無腐蝕性。②具有較好的耐熱性和耐寒性，在-50℃-120℃能正常工作。③彈性好，壓縮永久變形小，耐磨性好，以保證制動皮碗能迅速的傳遞壓力并具有良好的密封性能。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計一、造紙膠輥造紙膠輥是一種直徑大、膠層厚的大型厚壁制品。不同用途的造紙膠輥對膠層硬度都有一定的要求，而且對硬度的要求很嚴(yán)格。二、印染膠輥在印染機械中作印花、軋染、軋液、導(dǎo)布之用。一般主動輥要求高硬度(邵爾A98-100度)，不需要彈性；被動輥的硬度一般在70-85度(邵爾A)，要求具有彈性。三、印刷膠輥主要性能要求是:硬度低(邵爾A20-40度)、耐油性好、生熱小、易清洗、表面性能好，具有一定的吸附和傳遞油墨的性能。四、礱谷膠輥，又稱磨米膠輥。

要求輥面膠具有良好的耐磨性、耐熱性、抗撕裂性和適宜的硬度。硬度(邵爾A)在75度以下時，膠質(zhì)軟，稻谷的脫殼效率低。硬度過高在90度以上時，雖然脫殼容易，但易將米磨碎，一般情況下，以80-90度為宜。6、膠輥膠料配方設(shè)計原則青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計主要性能要求：①具有優(yōu)異的耐天候老化、臭氧老化和熱老化性能，并對酸、堿和微生物的腐蝕有一定的抗耐性②能抗水的浸潤與滲透，吸濕性小，不透水。③對溫度適應(yīng)性強，在-50-+60℃內(nèi)，具有對溫度變化的穩(wěn)定性。④有一定的強度、延伸性、抗撕裂性及柔順性。⑤能與水泥等建筑材料粘結(jié)，并能冷施工，無污染。7、防水卷材膠料配方設(shè)計原則青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計CSM90Silica20NR10SilicaneA1710.5ZnO3Clay30MgO10DOP10SA1Tio25Antioxidant2641.2AccelerateDPTT2AntioxidantMB1.2AccelerateMBTS1.2

彩色橡膠水壩配方青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計8、膠鞋類大底、中底、鞋幫、圍條原材料配方SBR70白鄒片30ZnO5SA3防老劑MB1促進劑M1.5白炭黑55聚乙二醇4硅烷偶聯(lián)劑3白礦油5鈦白粉5促進劑TMTD0.1S1.5青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計(9)電線、電纜性能要求：耐老化、阻燃、絕緣、抗紫外線、耐磨損等青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計10、膠板性能要求：耐磨、絕緣、導(dǎo)電、阻燃、耐油、

耐高溫、耐低溫等。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計(11)

其它：瓶塞、防腐襯里、墊片、高壓帽、絕緣子、防毒面具、防塵罩、血壓計、體育用品(球類、球拍)、熱水袋、按鍵等。(9)電線、電纜青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計橡膠配方設(shè)計

RubberFormulaDesign

肖建斌

高分子科學(xué)與工程學(xué)院，青島科技大學(xué)青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計第二章橡膠配方設(shè)計原理

原材料特性工藝條件分析成本合算物性的要求效益加工性能青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計原材料組分測試項目性能NR/SBR70/30ML1+4100℃51ZnO5硬度，邵A71硬脂酸3拉伸強度，MPa26.4石蠟0.5拉斷伸長率，%526防RD1100%定伸應(yīng)力，MPa3防4010NA1300%定伸應(yīng)力，MPa14促進劑CZ1扯斷永久變形，%19HAF50撕裂強度，KN/m98芳烴油5彈性/%46S2.5磨耗體積，cm3/1.61km0.175青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計各種性能1234硬度，（IRHD）73-8373-8373-8373-83拉伸強度，MPa121212拉斷伸長率，%250250250100%定伸應(yīng)力，MPa

444撕裂強度，KN/m353535回彈性，%4040壓縮永久變形，%，125℃@72h20耐老化、高低溫、耐油等青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計一．拉伸強度(tensilestrength)與配合體系的關(guān)系

高聚物理論強度＝5×1014根分子鏈/cm2×3×10-9N/鍵＝15×105N/cm2=15×103N/mm2＝15GPa

硫化膠實際強度為20MPa左右青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計1．拉伸破壞理論：

1)

Taylor理論，分子論的觀點：分為三個階段：由于結(jié)構(gòu)的不均一性，負(fù)載分布不均勻，結(jié)果導(dǎo)致共價鍵上應(yīng)力集中，形成局部斷裂微點(破壞核);

破壞核的進一步應(yīng)力集中影響導(dǎo)致亞微裂縫;

亞微裂縫聚集成大的主裂縫，從而最終斷裂。

2)

Griffith理論：唯象論的觀點由于在材料的表面和結(jié)構(gòu)中存在某些缺陷(氣泡，雜質(zhì)，界面分離，劃痕等)，容易造成空穴和裂縫，使應(yīng)力集中于裂縫的尖端處，裂縫擴展導(dǎo)致斷裂。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計2、TensileStrength與橡膠結(jié)構(gòu)的關(guān)系

(1)

分子間作用力大，拉伸強度高：主鏈上有極性取代基CR、CM(2)

分子量大，門尼值大，拉伸強度高

(3)

微觀結(jié)構(gòu)對Tensile的影響：CH2=CH-CH=CH2

支鏈導(dǎo)致排列不規(guī)則

(4)

結(jié)晶與取向?qū)ensile的影響如NR、CR、IR自補強（應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶

(5)橡塑共混NBR/PVCEPDM/PP青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計各種橡膠的拉伸強度,MPa膠種未補強硫化膠補強硫化膠膠種未補強硫化膠補強硫化膠NR20~3015~35CO/ECO2~310~20IR20~3015~35ACM2~48~15BR2~810~20FKM3~710~20SBR2~610~25MVQ~14~12CR10~3010~30CSM4~1010~24IIR8~208~23CPE4~1010~25EPDM2~710~25聚氨酯20～5020～60NBR3~710~30HNBR5~1020～50青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計3．TensileStrength與硫化體系的關(guān)系

(1)交聯(lián)密度隨交聯(lián)密度增加，網(wǎng)鏈能夠均勻承載，強度上升（理想網(wǎng)絡(luò)）。繼續(xù)增加交聯(lián)密度，網(wǎng)鏈不能均勻承載，易集中于局部網(wǎng)鏈上而導(dǎo)致斷裂。

(2)

交聯(lián)類型

C-SX-C>C-S-C>C-C

促進劑選用M,DM與D并用較好青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計硫黃用量對丁腈橡膠性能的影響硫黃用量，份11.522.5硬度，邵A71727374彈性，%3028.524.523拉伸強度，MPa151818.617扯斷伸長率，%490380320280撕裂強度，KN/m28353230阿克隆磨耗，cm3/1.61km0.1250.0920.0730.082300%定伸應(yīng)力，MPa9.6212.6915.33配方：NBR100，ZnO5，SA2，促進劑CZ1.5，防RD1,防MB1,快壓出炭黑50,促進劑T.T0.5青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計4．TensileStrength與補強填充體系1）粒徑越小，表面活性越大，結(jié)構(gòu)性越高，補強效果好2）對于NR、CR、IR自補強（應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶）橡膠，補強劑的補強效果不明顯；3）其它生膠：一般炭黑用量為40～60phr4）加入白炭黑后，與炭黑補強膠料的力學(xué)性能相比有所降低，加工性能也變差，在偶聯(lián)劑的作用下，膠料的加工性能及物性均有改善。5）補強樹脂包括固馬隆和酚醛樹脂青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計種類空白中粒子熱裂爐黑（N990）快壓出爐黑（N550）用量（質(zhì)量份）05075100255075拉伸強度,MPa2.310119151820拉斷伸長率，%710580500460560430260硬度（邵爾A）46596672607182回彈性，%55474335464033撕裂強度，KN/m17303333354537磨耗體積，mm3684330250212170140141不同炭黑種類及用量對丁腈橡膠性能的影響青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計6）加入填充劑后，膠料的物理機械性能均呈現(xiàn)下降趨勢，粒徑越大，下降越明顯。經(jīng)驗：加入10phr碳酸鈣，下降1MPa青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計填料粒徑在橡膠中的微觀形貌青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計HAF/白炭黑配合量門尼粘度硬度300％定伸應(yīng)力/Mpa扯斷伸長率/％拉伸強度/MPa撕裂強度/KN/m磨耗體積/mm350/0317213.651024.39216340/10377110.856022.58618230/2042707.761619.87519620/3058705.865017.36824710/4072704.667215.7563120/50108703.568613.842378NR100，ZnO5.0，硬脂酸2.0，促進劑CZ1.0，防老劑40101.0，石蠟0.5，硫黃2.25，HAF/白炭黑配合量見表。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計Si69配合量ML1+4100硬度扯斷伸長率/％拉伸強度/MPa撕裂強度/KN/m磨耗體積/mm3彈性/％0427161619.875196410.5397160821.578186421.0377260421.886182431.5347359523.388177442.0327459023.89517645偶聯(lián)劑Si69在膠料中的最佳用量以白炭黑用量的5～10%左右為宜。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計5．TensileStrength與軟化體系的關(guān)系一般加入軟化劑主要是改善加工性能，但降低硫化膠的拉伸強度。高粘度油類對拉伸強度有利：芳烴油SBR、NR、BR

直鏈烷烴EPDMPIB

IIRDOP

NBR、CR、CSM青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計乙丙橡膠中炭黑和石蠟油用量對拉伸強度的影響青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計材料用量NBR100氧化鋅5硬脂酸2.5促進劑CZ2促進劑TMTD2防老劑RD1.5石蠟0.5快壓出炭黑60碳酸鈣20二辛酯10硫黃0.5合計204物性實測值硬度75拉伸強度，MPa1520拉斷伸長率，％280壓縮永久變形,%30拉伸強度提高到20MPa，配方如何調(diào)整？

青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計二、撕裂強度（tearstrength）

撕裂強度為膠料單位厚度上的撕裂能，包括

材料的表面能塑性形變損耗的能量不可逆形變損耗的能量。

1．生膠分子量大，結(jié)晶，內(nèi)耗大的膠料，如NR>CR、IIR>SBR、BR、NBR>MVQ、FKM

10070-8040-50202．硫化體系：

C-SX-C>C-S-C>C-CS用量：與橡膠雙鍵數(shù)量有關(guān)青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計配方組分傳統(tǒng)硫化半有效有效過氧化物S210.5CZ112TMTD

12DCP

2性能傳統(tǒng)硫化半有效有效過氧化物拉伸強度,MPa18.61817.516拉斷伸長率，%320310280240硬度（邵爾A）73727473撕裂強度，KN/m40353025青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計3．補強體系：

1)

炭黑粒徑小，撕裂強度增加

2)

使用各向同性的填料：炭黑,白炭黑/偶聯(lián)劑，納米級填料、立德粉，ZnO；不宜用各向異性的填料：MgCO3

陶土

3)

使用表面改性劑或偶聯(lián)劑4．軟化體系少量填加軟化劑能改善膠料的拉伸形變，有利于撕裂；用量較多時，降低分子鏈間作用力，撕裂強度降低。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計乙丙橡膠中炭黑和石蠟油用量對撕裂強度的影響青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計材料用量NR60SBR40氧化鋅5硬脂酸2促進劑NS1防老劑4010NA1.5防老劑RD1.5石蠟0.5高耐磨炭黑60芳烴油6硫黃2.5合計180物性實測值硬度72拉伸強度，MPa22拉斷伸長率，％380撕裂強度，KN/m50工程輪胎胎面膠撕裂強度要求大于80KN/m青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計三、拉斷伸長率(elongationatbreak)

1、橡膠分子鏈柔順性好、生膠強度高、彈性變形能力大，膠料的拉斷伸長率高。

NR、CR、IR、IIR2、硫化體系：

1)拉斷伸長率隨交聯(lián)密度增加而降低，降低交聯(lián)劑的用量或通過交聯(lián)不足來達到高的伸長率。

2)C-SX-C>C-S2-C>C-S-C>C-C3．補強填充體系選用粒徑大，結(jié)構(gòu)度低的CB，伸長大；用量越多，拉斷伸長率越低；填料選用親和力好的，或采用偶聯(lián)劑改性。4．增加軟化劑用量，顯著提高硫化膠的拉斷伸長率。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計四、定伸應(yīng)力和硬度(modulusandhardness)

青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計兩者都表征產(chǎn)生一定形變（拉伸形變和壓縮形變）所需要的力

1．定伸應(yīng)力與橡膠分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

(1)

分子量和分子量分布的影響分子量越高，定伸應(yīng)力和硬度越大，分子量分布寬，定伸和硬度下降，

(2)

分子化學(xué)結(jié)構(gòu)與定伸應(yīng)力的關(guān)系分子鏈有側(cè)基或剛性，分子間作用力大如CRNBRPUACM等極性橡膠適合制作高定伸制品。定伸應(yīng)力和硬度:SBR>BR青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

2．定伸應(yīng)力與硫化體系

(1)

交聯(lián)密度交聯(lián)密度越大，定伸應(yīng)力和硬度也隨之增加

(2)

交聯(lián)類型

C-C>C-S-C>C-SX-C(應(yīng)力松弛傾向大)

3．定伸應(yīng)力與填充體系

(1)

種類：粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，活性大

SAF>ISAF>HAF>FEF>GPF>SRF

白炭黑>滑石粉>陶土>CaCO3(2)用量：用量越多，定伸應(yīng)力和硬度也隨之增加青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

4．軟化體系的粘度及用量可用來調(diào)整定伸及硬度

5．othermethods(1)選用能參與硫化反應(yīng)或與大分子產(chǎn)生某種化學(xué)作用的添加劑,丙烯酸類齊聚酯、甲基丙烯酸鹽較高的硬度、耐磨性、高強度、好的彈性及粘合性。加工過程中是“臨時增塑劑”，在過氧化物引發(fā)下，齊聚酯接枝聚合。

(2)

高苯乙烯/C8樹脂

(3)

烷基酚醛樹脂/硬化劑＝10/1.0(4)

EPDM中添加聚丁二烯（低分子液體聚合物）

(5)對填料表面進行改性也能增硬

(6)并用TPI青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計項目補強樹脂/增硬劑，份數(shù)HAF用量，份數(shù)用量0/05/0.510/1.0506580拉伸強度MPa26.1723.6221.8926.1722.8921.56拉斷伸長率%534480450534417318300%定伸應(yīng)力13.9314.5314.7113.9316.4220.11DIN磨耗體積0.130.1590.1670.130.1460.159回彈性%464341463934阿克隆磨耗體積0.1540.1940.2190.1540.1740.181密度（g/cm3）1.1151.0951.1031.1151.1641.192硬度（邵A)727678727783青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計經(jīng)驗公式

硬度變化氣相法白炭黑SAF、ISAF＋用量×3/5FEF、HAF、EPC＋用量×1/2SRF＋用量×2/5MT或硬質(zhì)陶土＋用量×1/4CaCO3

＋用量×1/6

增塑劑－用量×1/1.5~1/2配合劑種類青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計乙丙橡膠硬度預(yù)測青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計原材料份數(shù)EPDM用DSM公司的4703100氧化鋅5硬脂酸3石蠟1.5促進劑M1促進劑TRA0.5促進劑HE1.5快壓出炭黑N550110CaO5石蠟油70碳酸鈣30硫黃1.5青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

五、彈性(resilience)

橡膠的回彈性完全由卷曲分子構(gòu)象的變化所致1、生膠：分子量大，彈性好分子鏈柔順，分子間作用力小，彈性好

BR>NR>SBR>EPDM>NBR>CR>IIR2、硫化體系

1)

交聯(lián)密度：隨交聯(lián)密度增加，彈性先增加后下降

2)

交聯(lián)類型：

C-SX-C>C-S-C>C-C

促進劑以M、DM/CZ并用促D、可少量加TMTD,提高制品的硫化程度，從而使彈性較好。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計3、補強填充體系

1)補強劑中以粒徑大，結(jié)構(gòu)度低的CB為好。

2)補強劑用量越少越好。4、軟化體系軟化劑用量越多，分子鏈松弛越慢，彈性越差，5、新型助劑的應(yīng)用

含膠率越高，彈性越好思考題：高爾夫球性能：硬度(邵爾A)90彈性/%75青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計原材料組分測試項目1#ML1+4100℃51.5NR/SBR100硬度，邵A71ZnO5拉伸強度，MPa26.4硬脂酸3拉斷伸長率，%526石蠟0.5100%定伸應(yīng)力，MPa2.964010NA1300%定伸應(yīng)力，MPa14促進劑CZ1扯斷永久變形，%19HAF50撕裂強度，KN/m98機油5彈性/%46S2.5磨耗體積，cm3/1.61km0.175青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計乙丙橡膠中炭黑和石蠟油用量對回彈性的影響青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計六．耐磨性(abrasionresistant)

不光滑路面：磨損磨耗I=Kμ(1-R)P/σ0

光滑路面：卷曲、疲勞磨耗

I=K[KμE/σ0]t[P/E]1+βt

由上式可知：磨耗性從本質(zhì)上說取決于它的拉伸強度、彈性模量，疲勞性和摩擦特性等。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計1、生膠與耐磨性的關(guān)系：

（1）PU最耐磨，并且強度高在多數(shù)場合，高壓且要求耐磨性時考慮PU1)澆鑄輪胎2)鞋底3）膠輥

（2）BR：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低，摩擦系數(shù)低，動態(tài)模量高，耐磨性好；增加1,4結(jié)構(gòu)含量，拉伸強度和彈性都增加，磨耗體積減小。后期老化后反而降低了磨耗性，“抗掉塊能力差”。（3）SBR：共軛體系存在時提高耐磨性

（4）NBR:優(yōu)良的抗?jié)窕约澳湍バ裕?）TPI的耐磨性優(yōu)于NR

青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

2、補強填充體系與耐磨性

（1）粒徑小，活性大，結(jié)構(gòu)度高，比表面積大，耐磨性好（2）用量NR和SBR中50～60phrCBBR中60～70phrCB

資料介紹：不良路面，輪胎膠料中加入15phr白炭黑，可提高耐磨性。

1)減少胎面花紋掉塊（相當(dāng)于提高耐老化性）

2)應(yīng)用硅烷偶聯(lián)劑及其他表面活性劑改性青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

3、硫化體系

（1）交聯(lián)類型:C-SX-C>C-S-C>C-C

輪胎：生成單硫鍵可提高輪胎在光滑路面上的耐磨性。（2）交聯(lián)密度：粒徑小的CB交聯(lián)密度小好;

粒徑大的CB交聯(lián)密度大好青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計4、防護體系

制品動態(tài)疲勞過程中生熱，導(dǎo)致疲勞老化和熱老化，防老劑有助于提高耐熱性及耐磨性。

4010NA4020RDAWMB

反應(yīng)性防老劑4-亞硝基二苯胺(NDPA)與橡膠大分子鏈呈結(jié)合狀態(tài)。5、新型橡膠

并用SSBR、TPI，結(jié)構(gòu)更規(guī)整，耐磨性更優(yōu)越。6、加工助劑添加內(nèi)潤滑劑，降低摩擦系數(shù)可提高耐磨性。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計7、表面處理技術(shù)：水封、油封表面處理

1)

噴涂聚四氟（耐高溫、低摩擦系數(shù)）

2)

使用液態(tài)或氣態(tài)的五氟化銻

3)

用HCl或Cl2對NBR表面處理

4)

KBr和(NH4)2SO4組成的水溶液浸泡：

0.5phrKBr＋1phr(NH4)2SO4

磨耗體積0min10min20min

cm3/1.61km0.160.140.13

5)聚氨酯粘合劑+石墨青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

疲勞是指橡膠制品在動態(tài)拉伸、壓縮、扭曲和剪切作用下，膠料的物理性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象。疲勞破壞是指材料中的潛在損傷在疲勞過程中由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生微量增長形成裂紋并逐漸擴展，直至斷裂。七、橡膠疲勞與疲勞破壞(fatigueandfracture)青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計橡膠制品常見問題青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

應(yīng)力可能集中在某些缺陷處形成裂紋，從而引起疲勞破壞。在周期形變中不可逆形變產(chǎn)生的滯后損失轉(zhuǎn)化為熱，促進了橡膠的疲勞破壞過程。氧及臭氧的侵蝕紫外線及重金屬等橡膠的疲勞破壞機理青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計橡膠動態(tài)疲勞破壞的分子歷程動態(tài)疲勞過程大致分為三個階段：第一階段是疲勞過程的初期，在較短的時間范圍內(nèi)應(yīng)力發(fā)生急劇變化，出現(xiàn)應(yīng)力軟化現(xiàn)象；第二階段應(yīng)力變化緩慢，是材料表面或內(nèi)部產(chǎn)生損傷的階段（破壞核）；第三階段時損傷引發(fā)裂紋并連續(xù)擴展，直到斷裂破壞。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計以斷裂力學(xué)為基礎(chǔ)研究橡膠的疲勞性能Rivlin和Thomas提出：dc/dn=BGβG=2KCW0，W0=E/2(λ2+2/λ-3)

可以通過積分式得到：

LogN=-β[logf(λ)+log(λ2+2/λ-3)]+[logG-log(β-1)-(β-1)logC0-βlogE]

得到疲勞壽命與橡膠裂紋增長特性、形變幅度、初始裂紋或缺陷的尺寸的定量關(guān)系。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計高耐磨炭黑/白炭黑用量的影響HAF/白炭黑配合量5025/250/50Si-69配合量02.55.0ML1+410020.827.051.7t10/分3.67.68.7t90/分13.228.640.8硬度/邵A727074拉伸強度/Mpa24.224.326.1拉斷伸長率/%507620621300%定伸應(yīng)力/Mpa14.69.09.1撕裂強度/KN/m8092107磨耗體積/cm30.1630.1860.169壓縮生熱/℃875青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計硫化膠動態(tài)力學(xué)性能分析（DMA）硫化膠動態(tài)力學(xué)性能分析青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計硫化膠拉伸曲線不同疲勞時間下硫化膠斷裂能的變化膠料應(yīng)變能密度與疲勞時間的關(guān)系青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計高耐磨炭黑/白炭黑補強膠料的S-N疲勞壽命曲線應(yīng)用S-N曲線上傷痕長度與疲勞壽命的疊加原理的方法,對具有不同預(yù)加傷痕試樣的疲勞破壞壽命的實驗數(shù)據(jù)進行處理，得到三種補強體系硫化膠從高應(yīng)變到低應(yīng)變較寬廣區(qū)域內(nèi)的疲勞壽命曲線。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計NR/BR共混膠料的S-N曲線青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計斷裂特性參數(shù)β、С0斷裂特性參數(shù)β、С0配方編號補強體系βС0/mm1HAF2.340.1482HAF/白炭黑/Si692.150.1363白炭黑/Si691.9420.125β值越大，裂紋增長速度也越快；C0是指與材料中潛在缺陷等價的微裂紋尺寸青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

KeyLabofRubber-Plastics(QingdaoUniversityofScienceandTechnology)MinistryofEducation,China

G代表膠料斷裂時單位面積上能量釋放率，包括使整個斷裂面上的鍵發(fā)生斷裂所消耗的能量和因滯后損耗所消耗的能量，可以用來表征膠料在疲勞過程中抗拉斷的能力。Rivlin和Thomas提出G1C求法，引入切口后試樣彈性能損失為Δu=K1a2bw0

作2K1W0與a-1圖,由直線斜率求出G1C。

式中非線性彈性斷裂的能量釋放率（G）青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

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測試結(jié)果得到補強體系HAF、HAF/白碳黑/Si-69和白碳黑/Si-69補強NR膠料的能量釋放率（斷裂能）分別為:114KJ/m2,136KJ/m2,162KJ/m2。隨白炭黑用量的增加，膠料能量釋放率或者斷裂能增加，表明其在疲勞過程中需要消耗更多的能量才能產(chǎn)生疲勞破壞。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計圖9HAF/白炭黑補強膠料的斷口掃描電鏡照片

硫化膠斷口形貌掃描青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計減震橡膠失效分析高頻振動導(dǎo)致橡膠節(jié)點受到交變載荷的作用橡膠摩擦生熱嚴(yán)重。結(jié)果：應(yīng)力破壞；熱氧老化；裂紋擴展，橡膠碳化。

青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計熱重分析法(TGA)估算材料壽命通過測定材料在不同老化溫度不同老化時間的熱重曲線進而計算得出活化能。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計熱失重曲線青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計動態(tài)熱力學(xué)性能分析(DMA)測定該材料在周期性應(yīng)力作用下的粘彈性行為（溫度掃描、應(yīng)變掃描、頻率掃描）青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計橡膠結(jié)構(gòu)變化分析研究方法核磁共振(NMR)研究橡膠微觀結(jié)構(gòu)的方法，NMR微觀分析橡膠材料分子的鏈段運動和化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，預(yù)測老化過程中的氧化降解機理。

紅外光譜（FTIR)能直觀地看到熱氧老化過程中橡膠分子結(jié)構(gòu)動態(tài)變化的表征。差示掃描量熱分析儀（DSC）來測定橡膠材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時的轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變焓等。（氧化起始溫度）除以上方法外，紫外可見光譜、氣相色譜法、質(zhì)譜法和掃描電鏡等也可用于橡膠老化后結(jié)構(gòu)和性能的分析。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計核磁共振分析采用德國Innovative影像公司生產(chǎn)的核磁共振（NMR）交聯(lián)密度儀測定?？梢缘玫剑嚎偨宦?lián)密度；通過程序計算，可以得到硫化膠的化學(xué)交聯(lián)密度；縱向弛豫時間(T1)；橫向弛豫時間(T2)；A(Mc)為弛豫函數(shù)中高斯部分即網(wǎng)鏈部分的含量；

A(T2)為弛豫函數(shù)中指數(shù)部分即自由懸掛鏈末端及活動性強的小分子等部分的含量。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

附近處損壞處正常處轉(zhuǎn)臂節(jié)點橡膠取樣示意圖案例：減震橡膠失效分析

青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

硫化橡膠三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)制約分子的微觀結(jié)構(gòu)和大分子的運動特性。在動態(tài)疲勞過程中大分子發(fā)生應(yīng)力軟化現(xiàn)象及氧化降解，因此弛豫速率加快，T1、T2呈降低的趨勢?？v向弛豫時間(T1)橫向弛豫時間(T2)青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

A(Mc)為弛豫函數(shù)中高斯部分即網(wǎng)鏈部分的含量，正常部位硫化膠的A(Mc)明顯高于表面附近處和損壞處，說明橡膠大分子鏈段保持正常，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)變化較小。附近處的A(Mc)低于正常處，可能與使用過程中硫化膠受到應(yīng)力作用和高溫使交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)斷裂或大分子裂解造成；損壞處的A(Mc)則明顯低于正常處的A(Mc)。網(wǎng)鏈部分的含量A(Mc)青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計自由懸掛鏈末端及活動性強的小分子A(T2)A(T2)為弛豫函數(shù)中指數(shù)部分即自由懸掛鏈末端及活動性強的小分子等部分的含量。正常處的A(T2)數(shù)值較小，這說明硫化橡膠的自由末端數(shù)少，說明大分子鏈段長度保持較好，應(yīng)力和熱降解對大分子的影響較??；損壞處的A(T2)數(shù)值比正常處的A(Mc)高出5倍，說明此處硫化膠的大分子裂解和交聯(lián)結(jié)構(gòu)破壞非常嚴(yán)重。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計交聯(lián)密度的變化在受到交變應(yīng)力和高溫作用下，多硫交聯(lián)鍵會斷裂形成單硫鍵和雙硫鍵，造成交聯(lián)密度的提高在受到更高交變應(yīng)力和高溫作用下，大分子鏈段的降解會使得大分子的物理纏結(jié)效應(yīng)下降，從而使交聯(lián)密度下降青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計案列：內(nèi)外風(fēng)擋技術(shù)要求依靠進口高鐵上使用壽命短青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計動態(tài)屈撓疲勞性能青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計動態(tài)拉伸疲勞性能青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計上述圖形可以采用數(shù)學(xué)模型擬合曲線趨勢，相關(guān)系數(shù)越接近1，說明建立的數(shù)學(xué)模型越準(zhǔn)確，能真實反映材料的動態(tài)拉伸疲勞壽命。預(yù)測材料在不同形變條件下橡膠材料的動態(tài)使用壽命。從圖中看出，當(dāng)拉伸比為1.2時，即拉伸形變20%時，材料的疲勞斷裂壽命為1000000次左右。S-N疲勞壽命曲線S-N疲勞壽命曲線青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

八、壓縮生熱(heatbuild-up)

1、分子鏈柔性

BR<NR<SBR<EPDM<NBR<CR<IIR

2、交聯(lián)類型

C-SX-C<C-S2-C<C-S-C<C-C

3、補強填充體系

SAF>ISAF>HAF>FEF>GPF>SRF

4、軟化增塑體系降低分子間的作用力，在相同應(yīng)變條件下，降低了生熱。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計NR

NR/BIIR青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計九、抗?jié)窕耘c滾動阻力汽車工業(yè)的發(fā)展帶來的問題：

交通事故的增加及對環(huán)境的污染安全和綠色輪胎的要求。在輪胎的組成中，特別是胎面膠是最重要的部分。與胎面膠配合技術(shù)相關(guān)的輪胎特性主要有：(1)抗?jié)窕裕?2)滾動阻力，(3)耐磨特性。這些特性各自存在相互矛盾的關(guān)系，為了解決這些問題，輪胎制造廠正在進行不懈的努力，白炭黑配合技術(shù)就是其中一項成果。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計抗?jié)窕耘c滾動阻力都與損耗因子(tgδ)有關(guān)，提高抗?jié)窕阅苄枰龃竽z料的損耗（高頻區(qū)１０６～７Hz,低溫０℃時）降低滾動阻力需要減小膠料的損耗；（低頻區(qū)１０Hz,高溫5０～80℃時）提高在０℃時膠料的損耗因子，降低在5０～80℃時膠料的損耗因子就可以同時提高抗?jié)窕阅芎徒档蜐L動阻力。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

不同炭黑對NR配合膠料的tanδ與溫度相關(guān)性的影響(NR配合膠料添加45份炭黑)青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計１、膠種的選擇：選用SSBR，TPI，1,2-聚丁二烯，集成橡膠(SIBR)如將65份溶聚丁苯膠、35份RSS3(煙片膠)、30份SeastKH(炭黑)、30份NZPsilAQ(二氧化硅)、3份Si69、2份二甲醇、3份氧化鋅、1份LunacYA、1.5份Antigen6C以及0.5份Sunnoc組成膠料，再和1.7份NocceterNS-F與1.7份油處理過的硫黃一起混煉，在160℃下加壓硫化制成試樣。

試驗表明：在0℃和60℃下其介質(zhì)損耗角正切tanδ分別為0.572和0.153。在半鋼絲子午胎的胎面膠中，用20～25質(zhì)量份SSBR取代的聚丁苯膠，輪胎滾動阻力即可減小10％，降低汽車燃油消耗2％左右(時速100Km／h)。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計２配合白炭黑橡膠的摩擦特性

(1)當(dāng)炭黑粒徑減小后，在滑移率由低到高的范圍內(nèi)，其摩擦系數(shù)增大。

(2)若將白炭黑取代炭黑用于胎面膠時，能進一步改善滾動阻力與濕抓著力。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計質(zhì)量份數(shù)NR60SBR40ZnO5SA2促CZ/促M1/1防4010NA/防RD1/1N33050CaCO330機油10固馬隆2S2合計205

性能指標(biāo)硬度，邵A65拉伸強度，MPa15拉斷伸長率，％400撕裂強度，KN/m35回彈性,%45阿克隆磨耗，cm3/1.61Km0.22青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計原材料份數(shù) 氯丁橡膠100氧化鎂4硬脂酸1十溴聯(lián)苯醚15三氧化二銻10N33050氯化石蠟（氯含量50％）10鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）10氫氧化鎂30氧化鋅6合計236青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計

性能指標(biāo)硬度，邵A65拉伸強度，MPa14拉斷伸長率，％400撕裂強度，KN/m35壓縮永久變形125℃×72h，%15老化系數(shù)125℃×72h大于0.8青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計原材料基礎(chǔ)配方NBR100ZnO6SA3防老劑MB1防老劑RD1.5N55085超細(xì)高嶺土50DOP35酚醛增粘樹脂8促進劑M1.5促進劑D0.5S1.5青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計天然橡膠50順丁橡膠50氧化鋅5硬脂酸2防老劑RD1防老劑4010NA1.5促進劑CZ1石蠟0.5HAF50芳烴油15硫黃2合計177碳酸鈣作為填充劑，其用量分別為0,10,20,30,40,50份時對性能的影響。青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計碳酸鈣用量01020304050成本，元/KG2018.9818.0717.2516.515.82拉伸強度，MPa2220.51918.51715.8青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計求出膠料的含膠率、密度和混煉膠的成本,如要降低成本到12元/KG，配方如何調(diào)整？。原材料份數(shù)密度，g/cm3材料成本，元/KGEPDM1000.8525氧化鋅5516超細(xì)高嶺土302.53普通石蠟油300.97快壓出炭黑N550501.88過氧化物硫化劑DCP5135青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計橡膠配方設(shè)計

RubberFormulaDesign

肖建斌

高分子科學(xué)與工程學(xué)院，青島科技大學(xué)青島科技大學(xué)橡膠配方設(shè)計第三章特種橡膠及功能性材料

隨著高分子科學(xué)的發(fā)展以及工業(yè)需求量的增加，特種橡膠的應(yīng)用越來越廣泛，賦予橡膠制品特殊的性能，滿足特