橡胶制品的配方设计原理一、橡胶的并用。无论是什么橡胶不可能具有十全十美的性能，使用部门往往对产品提出多方面的性能要求，为了满足此目的，而采用橡胶并用的方法。如，为提高二烯烃类橡胶耐热、耐光老化性能，可加入氯磺化聚乙烯。丁睛橡胶的耐粙性很好，但耐寒性不好，若并用10%的天然胶，便可改善它的耐寒性。在橡胶中并用高苯乙烯、改性酚醛树脂、三聚氰胺树脂等都可改善橡胶的补强性能。合成橡胶的工艺性能一般都不够好，特别是饱和较高的合成橡胶，无论是炼胶、压延、贴合、硫化等性能都比较差，所以常加入天然橡胶或树脂。以改善其未硫化胶的加工性能。如，丁苯橡胶加入5-20份低压聚乙烯，可减少丁苯橡胶的收缩率。乙丙橡胶中加入酚醛树脂可提高粘性。加入天然胶对一般合成橡胶的工艺性能都会有所改善。为了改进工艺加工性能，并用天然胶或树脂的比例一般都在20%以下。有些合成橡胶性能优良，但价格昂贵，在不损害原物性的前提下，并用其它橡胶或树脂是完全可行的，如，丁睛胶中并用聚氯乙烯或丁苯胶中掺入天然橡胶，都能起到这一作用。1. 橡胶并用必须具有一定的相溶性，对橡胶来说天然、顺丁、异戊橡胶等能以任何比例均一地混合，最终达到相溶状态。而天然胶与丁基橡胶就不能均一地混合。若硬性机械地混合，所得硫化胶的实际使用性能会显着地下降，这是因为它们的相溶性很差。并用体系最重要的因素是相溶性，从应用的观点来看，如果混合不均，非但达不到并用的目的，反而影响工艺加工，特别是硫化。因此，并用问题的焦点是两种橡胶能否相互混合，以及混合后达到什么样的相容程度。固体橡胶并用时，因橡胶本身粘度很大，高分子的布朗运动不像液体那么容易，扩散速度较慢，对大分子的位移造成很大的阻力，严重影响橡胶间的互容作用。为此在工业生产中都采用机械力强化分子运动，用提高温度和加入软化剂的方法来降低粘度，以促进两种橡胶的混合，所以产物从宏观上来看虽没有相分离，但真正达到溶解状态也不是很多的，其原因包括下来有以下几点，橡胶的极性、内聚能密度、橡胶的结晶、橡胶的分子量等。橡胶网为广大从事橡胶行业的朋友提供交流学习交易的平台。2.分散性，高分子固相体橡胶的粘度高，纵然选择相容性较好的的两种橡胶，用开练机、密练机在高剪切作用下混合，要像低分子液体那样，呈分子状态的均一分散状态，也是很因难的。橡胶分子的布朗运动不象液体那样自由，扩散速度较慢，从外表上看是均一地混合了，由于两种或多种橡胶的分散状态在广泛的范围内变化，并用胶的物理性能将产生很大的差异。两种橡胶在空气中混合时，由于相容性的不一致可产生两种不同的分散状态。，即均相分散状态和非均相分散状态，实际上并用达到均相分散状态的可能性很小，在部分是非均相分散状态组分之间仍然保持一定的界面。以不连续相（岛相）分散于连续相（海相）中的分散状态。非均相分散状态分为以下三级A,宏观非均相级，区域尺寸为10-100微，B,微观非均相为0.1-2微C,半均相级成接枝或嵌段两种共聚体。一种并用体的分散状态不可能单一纯地存在着一个状态，而是以几种状态并存的局面，只不过某一级为主而已。3.共硫化，除了相容性和分散性外，橡胶并用的另一个重要因素是共硫化性。它是指并用橡胶的硫化体系选择和硫化速度的调整问题。对相同硫化速度而言，通用橡胶以天然胶为最快，其次是异戊橡胶，顺丁橡胶、乳聚顺丁、丁苯胶。硫化速度较慢的橡胶可采用减少硫黄，增加促进剂的方法，以与天然橡胶的硫化速度互相配合。一般对同一硫化速度的橡胶，天然橡胶为高硫黄低促进剂、丁苯橡胶为低硫黄高促进剂，顺丁胶处于两者之间。橡胶硫化速度的差异与其分子结构的关系很大。不同硫化体系橡胶，如天然胶与氯丁胶或丁基橡胶并用。虽可以提高并用体系的加工性能，但因缺泛共硫化性能所得的硫化胶性能比平均值还低，不能获得满意的性能。把丁基橡胶卤化后或提高不饱和度，可改善与天然胶的共硫化。选用适宜的共硫化剂，如天然胶与氯丁胶的共硫化剂可为醛类物质，并用性能差不多呈直线变化。从实际生产看，并用橡胶的共硫化性与分散性是不可分割的。橡胶之间分散越均匀，硫化的物理性能越好，但并用橡胶多为非均相分散状态，由于两相间硫化程度的差异以及界面之间的不同橡胶能否交联、接枝等因素，对硫化胶的物性有决定性的影响，造成并用橡胶两相间硫化程度不均的原因是1.硫化胶的溶解度，在温室条件下，按通常配方所加入的硫化剂数量为过保和或近似于保和状态，在硫化温度范围内就变成不保和状态，并用两相间的溶解度之差，造成两相间硫化剂分配不均一，也存在浓度差，从而导致并用橡胶两相间的硫化程度非均性2.硫化剂的扩散性，由于橡胶的溶解度不同，在并用体系的两相间，硫化剂会引起扩散引起迁移，在一定温度下，通常向硫化剂溶解度高的橡胶相迁移，当达到分配系数后，为平衡状态。硫化剂等配合剂的扩散速度非常迅速，同一种橡胶中的浓度差异在短时间内就可消除。总之并用橡胶物性的好坏与其硫化系统有密切的关系，选择两种橡胶并用时，要考滤到两者所采用的硫化体系是否一致，有没共硫化作用，对同一硫化体系而言，还存在着硫化剂的溶解度和扩散的差异，硫化时由于硫化剂偏向于扩散浓度大的橡胶，导致硫化速度快，结果造成过硫或欠硫的两种橡胶并存，从而异相间形成不均一硫化，并用橡胶物性下降，如三元乙丙与丁苯胶并用效果就不够好。为了提高二烯烃类橡胶的抗臭氧性能，并用相容性差的EPDM时，将EPDM的各种硫化促进剂做接枝处理，可大大改善对NR的混合性，用加成硫黄法亦可改进EPDM/NR并用体系的耐疲劳、耐曲绕性。此外，并用体系中加入第三组份，或提高不保和度，如IIR的异戊二烯烃从1.8%提高到18%,可提高二烯烃类橡胶的并用性能。还有使丙烯酸酯橡胶主链引入不保和基团，使之能用硫黄共硫化。羟甲基化树脂和丁睛橡胶并用可制得高抗张强度、高硬度产物。4.并用橡胶中的化学反应。天然橡胶与顺丁橡胶并用有交联反应，而天然胶与丁睛胶则无交联反应。聚胺脂橡胶与丁睛胶并用体系也有交联反应。总之并用橡胶必须充分考滤以上四点二、配方设计与胶料工艺性能的关系。所谓加工性能好的配方是配方与制造方法和加工设备相适应的配方。1.可塑性，可塑性除了塑练工艺外，还可以通过调整软化剂的用量来得到。软化剂对可塑性影响顺序为；油酸松焦油硬脂酸松香沥青植物油矿物油。填充剂降低可塑性，影响大小按下列顺序；槽法碳黑乙炔炭黑陶土氧化镁碳酸镁炉法炭黑硫酸钡立德粉氧化锌碳酸钙热裂法碳黑。同一种胶种因使用设备、工艺方法、工艺条件不同具有的可塑性也有差异，不能一概而论。在密练机中高速混练时，丁苯橡胶与氯丁橡胶在高温中最易生成凝胶，粘度反而上升，使填充剂分散不良导致硫化胶物性不理想，这也是造成复合制品粘着不好的原因。配方中加入防老剂、及亚硝基-2-萘酚有防止丁苯胶凝胶作用，加入五氯硫酚或DM可防止硫黄调节型氯丁胶凝胶。使用两种橡胶并用时粘度高的必须先塑练，因为两种橡胶粘度两差太远，易引起聚合物分散不良。聚氯乙烯或聚乙烯与热塑性塑料并用时，在加入填充前必须比塑料熔点稍高点温度下使两者混合均匀。2.混练特性，填充剂混入速度快而分散不良的情况很多，一般来说，粒子近于球形、假比重的填充剂混入速度快，炭黑的结构低的有利于混入。压出收缩与结构有关，结构愈高收缩愈小。比表面积大不利于混入。加入填充之前加入油类软化剂可使胶料粘度下降，加快填充剂的混入速度，但会带来分散不良。因此原则上是后加油。高填充配方在混练时，可分批加入填充及油料。从配方设计角度方面考滤，可选用分散良好的填充剂。分散良好的填充剂应具备以下条件，A,补强性较小B相同配方中粒经较大C,含水份较少D,假比重较大E,具有异向性能F,碳黑结构度较高等。操作油中芳烃含量高亦能促进分散。促进剂一般易分散，但必须注意硫黄的分散。3.包辊性。强度高、粘性好、具有收缩性的生胶包辊性好，天然胶的粘性，强度高所以包辊性好，合成橡胶中除了氯丁橡胶外一般强度都很低，所以在配合上要多想办法，选择增加混练胶强度的填充剂，补强性高的炭黑、白炭黑、硬质陶土、碳酸镁、白艳华等。而氧化锌、硫酸镁、钛白等填充剂的混练强度降低。此外，易脱辊的还有陶土类、滑石粉、白艳化等。相反硬质陶土、碳酸钙、白艳华等易粘辊，含芳烃高和操作油粘度高的，如，松焦油、树脂、古马隆树脂、烷基酚醛树脂等可以提高粘性着性。4.焦烧，当前生产中应用的槽法炭黑粒径小，生热大，但PH值低，一般不易焦烧，反之炉法炭黑则有促进硫化作用，容易焦烧，所以在碳黑用量多的配方中软化剂用量要增加，这除了帮助分散作用外，还可以减少胶料的生热对防止早期硫化是有效的。在配方中采用迟效性促进剂或临界活化温度高的促进剂，如DM或DM与D并用等。也可适量地配入防焦剂。5.喷霜，若喷出的是硫黄再次硫化可以消除，不是硫黄可以用稀盐酸暂时擦去。为了防止喷霜，应选用颗粒小的硫黄，且用量要适当，应严格控制正硫化，并加强对游离硫的控制。其它配合剂如石腊、防老剂等在橡胶中都有一定的溶解度，当外界条件变化形成过保和，就可能喷出表面，防老剂选用分子量低的物质，则易喷出，易挥发，反之选用分子量高的则不易从胶料中迁到表面，因而起不到防止制品易老化的作用。防老剂用量在1.5份，多了也有喷出的可能。橡胶网为广大从事橡胶行业的朋友提供交流学习交易的平台。6.压延压出性，压延是由压延机辊筒施力作用于热练胶而使之压成一定形状，压延效果的好坏决定于胶料的压延能力或压延后的收缩率。胶料的压延能力是指压延时胶料的塑性变型能力。它受到胶料的可塑性和应力松驰能力的影响。经压延后，胶料在压延方向上长度缩短，宽度变窄及厚度增加的现象叫收缩，其长度变化的比率叫收缩率。我们希望胶料在压延后保持压延形状的能力，即希望胶料的塑性大，应力松驰能力大。影响压延过程的主要因素有两个方面，一是胶料方面，这是决定胶料流变形为的内在因素，二是工艺条件，如辊温、辊速等。这是决定胶料流变形为的外在因素。胶料配方设计时主要考滤以下几点。A.生胶的选型，各种生胶分子结构特征不同，蠕变特性亦不一样，丁苯胶分子结构的特征是侧基比较笨重，分子比较僵硬，柔顺性差，因而变形总是比较慢，在压延辊筒上停留的时间内不能很好地达到平衡，而保持较大的弹性复原性，当离开辊筒后就改变了自已的形状，所以丁苯橡胶较之天然橡胶具有较大的收缩率。天然橡胶的分子柔顺性大应力松驰得快，在压延机辊筒上能产生较大的塑性变形，保持压延形状能力最大。一般来说，所有合成橡胶的压延能力比天然胶小，天然橡胶压延后的收缩率最小。B,胶料的含胶率，胶料配方中同类生胶含胶率不同时对压延的影响亦不同，含胶率高，胶料的弹性大，收缩率就较大。胶料中的填充剂，特别是炭黑，能够使胶料变得较硬，压延后不易变形。软化剂可以增加胶料的塑性，使橡胶分子容易滑动，也能使胶料在压延后获得光滑表面的半制品。对于含胶率高、收缩大的胶料可适当地增加软化剂的用量，有助于压延性能的提高。C,硫化体系，胶料中硫黄用量、促进剂的品种和用量，与胶料焦烧性能有直接的关系，而胶料的焦烧性能又是压延能力的一项重要指标。用来压延的胶料必须使用具有较长的门尼焦烧时间的迟延性硫化体系，以确保压延工艺的操作安全性。良好的压延工艺首先是包辊性，良好的包辊性又在于必要的收缩性，胶料的收缩性太大则压延胶片表面粗糙，反之，收缩性太小有损于包辊性，如用粘着性补救则包辊的生胶强度降低，容易产生汽泡，为了解决这一矛盾，需要很好地平衡。胶料的压出特性，压出性能的好坏由以下几项指标判断；a,加料口的吃胶量b,压出半成品的外观质量。c,压出收缩的大小d,压出速度。从配方角度来说，吃胶情况和混练生胶的强度有很大的关系，压出速度很大程度上取决于压出机的类型.制定压出胶料配方时必须考滤，压出过程对胶料性能的要求以及胶料压出创造的有利条件。如容易压出、操作安全、表面光滑、花纹和断面清晰等，这些对胶料的收缩彭胀有很大的影响。首先是含胶率，胶料的含胶率在95%以上时，弹性大，压出的半成品收缩率大，表面粗糙。相反含胶率在25%以下时，如