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橡胶材料与配方

第九章橡胶配方设计原理2024/9/14

橡胶配方设计原理学习目的与要求：为了满足种类繁多的制品不同性能要求，我们要选择合适的橡胶、聚合物和配合剂进行合理的配方设计，设计出综合性能最佳的配方，就必须熟悉掌握各种原材料的性能和配合特点。在此基础上进一步明确各种物理性能、工艺性能与配合剂选用的关系。2024/9/14

橡胶配方设计原理第一节配方设计与硫化橡胶物理性能的关系一、拉伸强度拉伸强度表征制品能够抵抗拉伸破坏的极限能力。橡胶工业普遍用拉伸强度指标作为标准，来比较鉴定不同配方的硫化橡胶和控制硫化橡胶的质量。(一)拉伸强度与橡胶结构的关系1．相对分子质量与相对分子质量分布的影响2．分子间作用力的影响3．微观结构对拉伸强度的影响4．结晶和取向对拉伸强度的影响2024/9/14

橡胶配方设计原理各种常用橡胶的拉伸强度2024/9/14

橡胶配方设计原理（二）拉伸强度与硫化体系的关系1．交联密度的影响一般随交联密度增加，拉伸强度增大，并出现一个极大值；然后随交联密度的进一步增加，拉伸强度急剧下降。2．交联键类型的影响对于有效活性链相等的天然橡胶硫化胶来说，拉伸强度与交联链类型的关系，按下列顺序递减：离子键多硫键双硫键单硫键碳—碳键。(解释)综上所述，欲通过硫化体系提高拉伸强度时，应采用硫黄—促进剂的传统硫化体系，并适当提高硫黄用量，同时促进剂选择噻唑类(如M、DM)与胍类并用，并适当增加用量。2024/9/14

橡胶配方设计原理（三)拉伸强度与填充体系的关系填料的粒径越小，比表面积越大，表面活性越大，则补强效果越好。以结晶型橡胶(如天然橡胶)为基础的硫化橡胶，拉伸强度随填充剂用量增加，可出现单调下降。非结晶型橡胶(如丁苯橡胶)为基础的硫化橡胶，其拉伸强度随填充剂用量增加而增大，达到最大值，然后下降。主要原因是：天然橡胶属于结晶型橡胶，拉伸时可产生拉伸结晶而具有自补强性，生胶强度较高，因此炭黑加入后补强效果不明显；而丁苯橡胶属于非结晶型橡胶，其生胶强度很低，所以炭黑对它的补强效果很明显。软质橡胶的炭黑用量在40～60质量份时，硫化胶的拉伸性能较好。2024/9/14

橡胶配方设计原理(四)拉伸强度与软化体系的关系一般来说，加入软化剂会降低硫化橡胶的拉伸强度。但软化剂的用量如果不超过5质量份时，硫化胶的拉伸强度还可能增大，因为胶料中含有少量软化剂时，可改善炭黑的分散性。例如填充炭黑的丁腈橡胶胶料中，加入10质量份以下的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)或邻苯二甲酸二辛酯(DOP)时，可使拉伸强度提高；拉伸强度达到最大值之后，如继续增加软化剂用量，则拉伸强度急剧下降。软化剂对拉伸强度的影响程度与软化剂的种类、用量以及胶种有关。不同种类的软化剂对胶种也有选择性。非极性的不饱和二烯类橡胶应使用含环烷烃的芳烃油，而不应使用含石蜡烃的芳烃油。芳烃油的用量为5～15质量份。2024/9/14

橡胶配方设计原理(五)提高硫化胶拉伸强度的其他方法①提高体系的黏度，使大分子链段运动受到牵制，从而在裂缝前锋消耗能量。②改善硫化网络中交联键的化学结构，使其能承受较高的负荷。③提高结晶度和取向度，其结晶取向可提高硫化网络的强度，并有阻止裂缝发展的作用。④加入粒径小、活性大的填料，增强填料粒子对橡胶大分子的吸附，通过大分子在填料表面滑移降低应力集中，提高拉伸强度。⑤均匀分散可变形的塑性微区。2024/9/14

橡胶配方设计原理二、撕裂强度橡胶的撕裂是由于材料中的裂纹或裂口受力时迅速扩大开裂而导致破坏的现象，这是衡量橡胶制品抵抗破坏能力的特性指标之一。(一)撕裂强度与橡胶分子结构的关系橡胶类型纯胶胶料炭黑胶料20℃50℃70℃100℃25℃30℃70℃100℃NR51575643115907661CR(GN型)44188477754830IIR2244270676759SBR5654394347272024/9/14

橡胶配方设计原理(二)撕裂强度与硫化体系的关系撕裂强度随交联密度增大而增大，但达到最大值后，交联密度再增加，则撕裂强度随密度比拉伸强度达到最佳值的交联密度要低。多硫键具有较高的撕裂强度，故在选用硫化体系时，要尽量使用传统的硫黄—促进剂硫化体系。硫黄用量以2.0～3.0质量份为宜，促进剂选用中等活性、平坦性较好的品种，如DM、CZ等。(三)撕裂强度与填充体系的关系随炭黑粒径减小，撕裂强度增加。在粒径相同的情况下，能赋予高伸长率的炭黑，也即结构度较低的炭黑对撕裂强度的提高有利。使用各向同性的补强填充剂，如炭黑、白炭黑、白艳华、立德粉和氧化锌等，可获得较高的撕裂强度；而使用各向异性的填料，如陶土、碳酸镁等则不能得到高撕裂强度。2024/9/14

橡胶配方设计原理(四)软化体系对撕裂强度的影响。通