橡胶配方设计.ppt

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1、第六章第六章 橡胶配方设计橡胶配方设计8/21/2024橡胶配方设计 6.1 概述概述配方设计：确定满足产品性能和工艺要求的主体材料和配合剂及其用量。一、配方设计的内容一、配方设计的内容l a. 确定硫化胶的性能指标及其测试方法；l b. 确定胶料的性能指标及其测试方法；l c. 选择能达到上述要求的主主体材料和配合剂及其用量。体材料和配合剂及其用量。 耐耐70的非极的非极性油，性油，Shore A硬度为硬度为70，适用于注射硫适用于注射硫化成型工艺。化成型工艺。8/21/2024橡胶配方设计配方设计配方设计 配方配方 配合配合 加工加工 制品制品橡胶性能要求橡胶性能要求工艺要求工艺要求成本要

2、求成本要求8/21/2024橡胶配方设计8/21/2024橡胶配方设计la. 达到指定的硫化胶技术性能；达到指定的硫化胶技术性能；lb. 加工工艺性能良好；加工工艺性能良好；lc. 降低生产成本。降低生产成本。包括原材料成本和加工成本，如何取得加工性能、制品性能和成本的最佳综合平衡。ud. 原材料的来源稳定，原材料的来源稳定，质量可靠；ue. 适应环保要求。适应环保要求。提高耐久性，延长制品使用寿命，对节省资源和节约能源有利。废弃物的再利用和原材料的安全性也是重要的。二、橡胶配方设计的原则二、橡胶配方设计的原则8/21/2024橡胶配方设计8/21/2024橡胶配方设计la. 橡胶配方的组成是

3、多组分的橡胶配方的组成是多组分的l多组分：多组分：橡胶、硫化剂、促进剂、活性剂、 防老剂、填料、软化剂等lb. 橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验l设计方法、活用正交表（因子、水平数不等）lc. 橡胶配方设计中各组分间有复杂的交互关系橡胶配方设计中各组分间有复杂的交互关系三、橡胶配方设计的特点三、橡胶配方设计的特点 配方中原材料之间产生的协同效应、加和效应或对抗作用配方中原材料之间产生的协同效应、加和效应或对抗作用.8/21/2024橡胶配方设计ld. 工艺因素对橡胶配方实施有重要的作用工艺因素对橡胶配方实施有重要的作用le. 橡胶配方试验中必须尽力排除实

4、验误差橡胶配方试验中必须尽力排除实验误差l 积累误差（混炼、硫化、测试）lf. 配方经验规律与统计数学相结合配方经验规律与统计数学相结合l 熟悉原材料、丰富经验，掌握内在规律8/21/2024橡胶配方设计(1) 基础配方：基础配方： 满足基本要求，便于鉴定对比，尽量简单，包括硫化条件。（ASTM规定的标准配方和合成橡胶厂的基础配方）四、橡胶配方的分类四、橡胶配方的分类8/21/2024橡胶配方设计 （2） 性能配方（技术配方）：性能配方（技术配方）：新产品配方设计试验（3）实用配方（生产配方）：实用配方（生产配方）： 结合生产实际（工艺、性能、成本、设备）8/21/2024橡胶配方设计五、五、

5、 橡胶配方的组成及表示方法橡胶配方的组成及表示方法基基本本配配方方质质量量分分数数配配方方体体积积分分数数配配方方生生产产配配方方8/21/2024橡胶配方设计l基本配方，基本配方，以质量份数表示。以质量份数表示。 （以生胶质量为100份，Phr，Per Per Hundred RubberHundred Rubber）lb. b. 质量分数配方。质量分数配方。以质量百分数表示，胶料的总质量为100%。(计算原材料成本)lc. 体积分数配方。体积分数配方。以体积分数表示，胶料总体积为100%， 各组分质量除以密度，得各自体积，以总体积为100%，分别求出各自体积分数。8/21/2024橡胶配方

6、设计ld. 生产配方（生产配方（总质量等于炼胶机的实际容量）l装胶量：装胶量： Q = D L r k Q装胶量（Kg）；D辊筒直径（cm）； L辊筒长度（cm）；r胶料密度（g/cm3) k经验系数（0.0065-0.0085）l换算系数：换算系数： = 1000 Q （Kg）/ 基本配方总份数（基本配方总份数（g） 8/21/2024橡胶配方设计原配方原配方: 天然橡胶，100；硬脂酸，3.00； 氧化锌，5.00； 硫黄，2.75；防老剂RD，1.00； 促进剂M，0.75；炭黑（N330），45.0。 合计：157.50l母炼胶配方：母炼胶配方：天然橡胶，90.00；促进剂M，10.0

7、0。 合计：100.0。 l所需要M母炼胶为x ：1 / 10 = 0.75 / x ，x = 7.5 （原配方促进剂M用量为0.75 Phr，）母炼胶：母炼胶：NR / M母炼胶母炼胶8/21/2024橡胶配方设计原配方应作如下修改：原配方应作如下修改：l天然橡胶，天然橡胶，93.25；硬脂酸，3.00；氧化锌，5.00； 硫黄，2.75；防老剂RD，1.00； M母炼胶，7.5 ( NR 6.75 + M 0.75 )；炭黑（N330），45.0。 合计：157.508/21/2024橡胶配方设计a. 配合剂的分散配合剂的分散 直接法（显微镜观察）、间接法（测定性能）b. 生胶、混炼胶的流

8、变性能生胶、混炼胶的流变性能 可塑度的测试 门尼粘度的测试 门尼焦烧的测试 应力松弛的测试 胶料流变性和口型膨胀的测试 胶料加工综合性能（RPA）测试 胶料硫化特性的测试六、橡胶配方性能的测试六、橡胶配方性能的测试 1、胶料（混炼胶）加工性能的测定胶料（混炼胶）加工性能的测定8/21/2024橡胶配方设计2、硫化胶性能的测定、硫化胶性能的测定l 2、硫化胶性能的测定硫化胶性能的测定（a）硬度）硬度: 橡胶抵抗外力压入的能力，包括邵尔(Shore) 硬 度，国际橡胶硬度（IRHD）。 (b) 拉伸应力拉伸应力-应变性能：应变性能：拉伸强度拉伸强度 (MPa)试样扯断时单位面积上所受负荷的 大小；

9、定伸应力定伸应力(MPa)在一定变形量下，试样单位面 积上所承受负荷，一般测定100%、200%、300%、500%的定伸应力；扯断伸长率扯断伸长率（ %）试样扯断时，伸长与原长之比；扯断永久变形扯断永久变形 （ %）试样拉伸至断裂，自由状态下保持3分钟， 不可恢复的变形长度与原长之比。 (c) 撕裂强度（撕裂强度（KN/m) 试样被撕裂时，单位厚度所承受 的负荷。力力学学性性能能8/21/2024橡胶配方设计（d）磨耗磨耗：橡胶表面受到磨擦力作用而使橡胶表面 发生磨损脱落的现象。仪器有阿克隆磨耗仪等（e）疲劳疲劳：压缩疲劳、屈挠龟裂试验、拉伸疲劳试验（f）压缩永久变形压缩永久变形：恒定压缩永

10、久变形（g）老化性能）老化性能：自然（耐候）老化测试 热空气老化测试 臭氧老化测试 人工气候老化测试8/21/2024橡胶配方设计l低温性能：低温性能：耐寒系数、脆性温度Tb、低温刚性、Tgl粘弹性能：粘弹性能：静态（冲击弹性、蠕变、应力松弛） 动态（动态摸量、tg、应力松弛）l热热性能：性能：线膨胀系数、导热系数、分解、燃烧l电性能：电性能：体积电阻率、表面电阻、介电常数、 介电损耗、击穿电压强度l扩散及渗透性：扩散及渗透性：耐各种介质（一定温度下，保持 一定时间，外观和性能变化情况）8/21/2024橡胶配方设计6.2 6.2 橡胶配方设计与性能的关系橡胶配方设计与性能的关系8/21/20

11、24橡胶配方设计6.2.1 橡胶配方设计与硫化胶性能的关系配方设计与硫化胶性能的关系一、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，是评价硫化胶性能最重要的依据之一。橡胶拉伸破坏理论橡胶拉伸破坏理论 ：高聚物断裂的方式（：高聚物断裂的方式（4种）种） 高分子链主价键断裂 高分子链通过滑移的断裂方式 高分子链之间垂直方向互相隔离 高分子聚集体相隔的方式8/21/2024橡胶配方设计(1)橡胶结构（内在因素）的影响：（2 2）拉伸强度与硫化体系）拉伸强度与硫化体系的关系的关系l 交联密度的影响 交联键类型的影响主价键、分子间作用力、分子链柔性分子间作用力 ，分子量 ，结晶度, Ts

12、 8/21/2024橡胶配方设计（3 3）拉伸强度与填充体系的关系）拉伸强度与填充体系的关系 填料品种：填料品种： 粒径表面活性结构性，补强， Ts 用量：用量：有最佳范围（4 4） 拉伸强度与增塑体系的拉伸强度与增塑体系的关系关系 总的来说,软化剂的加入将损失拉伸强度（5 5） 提高拉伸强度的其他方法提高拉伸强度的其他方法 橡胶+某些树脂 填料表面改性8/21/2024橡胶配方设计8/21/2024橡胶配方设计二、二、 定伸应力和硬度定伸应力和硬度 （1） 定伸应力与橡胶分子结构的关系定伸应力与橡胶分子结构的关系 分子量和分子量分布的影响分子量和分子量分布的影响 分子量 定伸应力硬度 分子量

13、分布加宽 定伸应力硬度 拉伸强度 回 弹性 橡胶分子结构与定伸应力的关系橡胶分子结构与定伸应力的关系 较高定伸应力的橡胶：CR、NBR、ACM8/21/2024橡胶配方设计l l（2）硫化体系与定伸应力的关系）硫化体系与定伸应力的关系l 交联密度，促进剂活性，定伸应力。l l l 8/21/2024橡胶配方设计l l （3） 定伸应力与填充体系的关系定伸应力与填充体系的关系l 填料用量炭黑结构度 定伸应力 l l 8/21/2024橡胶配方设计填料用量、软化剂用量与硬度的关系填料用量、软化剂用量与硬度的关系 硫化胶硬度的近似值估算法 胶硬度胶硬度 = 纯胶硬度纯胶硬度 + 填料增硬系数填料增硬

14、系数填料用量填料用量 - 增塑剂软化系数增塑剂软化系数增塑剂用量增塑剂用量8/21/2024橡胶配方设计表表 ：硫化胶的硬度估算：硫化胶的硬度估算胶种胶种纯胶基本硬度纯胶基本硬度填料品种填料品种估算硬度估算硬度NR40FEF、 HAF+1/2份数份数SBR40ISAF+1/2 份数份数+2CR44SAF +1/2 份数份数+4低低-CN NBR44SRF+1/3 份数份数IIR35陶土陶土+1/4 份数份数高高-CN NBR46酯类增塑剂酯类增塑剂- 1/1.5 份数份数充油充油25% SBR31芳烃油芳烃油 -1/1.7 份数份数充油充油37.5% SBR26环烷油、石环烷油、石蜡油蜡油-1

15、/2 份数份数8/21/2024橡胶配方设计l硫化体系（交联密度）硫化体系（交联密度）l填料用量填料用量l增硬剂：增硬剂： a. 低分子聚合物+过氧化物硫化 齐聚酯 环氧树脂 液体橡胶 反应性聚酯多元醇 b.高苯乙烯 HSR c.热塑性酚醛树脂 + 固化剂（促 H） d.二烯类橡胶 + 大量硫黄 （硬质胶） e.碱性物质MgO、 Mg（OH) 2 、Fe2O3（4）调整胶料定伸应力和硬度的方法）调整胶料定伸应力和硬度的方法8/21/2024橡胶配方设计三、三、 撕裂强度撕裂强度 橡胶的撕裂一般沿着分子链数目最少、阻力最小、内部结构较薄弱的路线产生。橡胶的撕裂强度与拉伸强度无直接关系。扯断伸长率

16、和滞后损失减小，定伸应力和硬度增加，橡胶的撕裂强度减小。（1）橡胶分子结构的影响）橡胶分子结构的影响8/21/2024橡胶配方设计（2）撕裂强度与硫化体系的关系）撕裂强度与硫化体系的关系8/21/2024橡胶配方设计（3）撕裂强度与填充体系的关系撕裂强度与填充体系的关系8/21/2024橡胶配方设计各向同性填料撕裂强度高各向同性填料撕裂强度高8/21/2024橡胶配方设计l本质上，橡胶的耐磨性取决于它的强度、弹性、滞后损失、疲劳性和摩擦特性，几乎与所有其他性能有关。在配方设计时要取得综合平衡。l磨损磨耗：磨损磨耗：拉伸强度，回弹性，耐磨l卷曲磨耗：卷曲磨耗：复杂l疲劳磨耗：疲劳磨耗：粘弹性（1

17、 1）生胶结构）生胶结构 Tg低的橡胶（BR） 主链含苯环（SBR） 主键强极性（PU)四、四、 耐磨耗性耐磨耗性8/21/2024橡胶配方设计l（2）填充体系与耐磨性的关系）填充体系与耐磨性的关系l l填料品种、用量（有最佳值）、分散程度、 炭黑结合胶量8/21/2024橡胶配方设计（3）硫化体系：）硫化体系：交联密度、交联键类型（单硫键耐磨好）（4）防护体系：）防护体系：使用抗疲劳防老剂提高耐磨性8/21/2024橡胶配方设计（5） 改进橡胶耐磨性的其他方法：改进橡胶耐磨性的其他方法：硫化胶表面处理、 与塑料共混、填料表面改性、加入润滑剂和减磨剂8/21/2024橡胶配方设计五、五、 弹性

18、性l（1）橡胶结构与弹性的关系橡胶结构与弹性的关系l（2 2）硫化体系：）硫化体系： 交联密度，弹性有最大值l（3 3）填充体系：）填充体系： 含胶率，低结构填料，弹性8/21/2024橡胶配方设计六、六、 疲劳与疲劳破坏疲劳与疲劳破坏 疲劳：疲劳：当橡胶受到反复交变应力(或应变)作用时，材料的结构和性能发生变化的现象 疲劳破坏：疲劳破坏：随着疲劳过程的进行，导致材料破坏的现象 破坏机理：破坏机理：包括热降解、氧化、臭氧侵蚀以及通过裂纹扩展等方式破坏。8/21/2024橡胶配方设计微观结构的影响：微观结构的影响： 在往复形变下，橡胶材料中产生的应力松弛过程在形变周期内来不及完成，结果内部产生的

19、应力不能均匀地分散，便可能集中在某些缺陷处(如裂纹、弱键等)，从而引起断裂破坏。 另外，橡胶具有粘弹性，它的形变包括可逆形变和不可逆形变，在形变周期中不可逆形变产生滞后损失，这部分能量转化为热能，使材料内部温度升高，高分子材料的强度一般都随温度上升而下降，导致橡胶的疲劳寿命缩短。8/21/2024橡胶配方设计 # 耐疲劳性的配方设计耐疲劳性的配方设计 a. 生胶结构：生胶结构：高应变 NR（拉伸结晶）， 低应变 SBR（Tg较高）； b. 硫化体系：硫化体系：C-SX-C 、交联密度； c. 软化剂；软化剂； d.填充体系：填充体系：高结构炭黑； f. 防老剂：防老剂：品种及用量8/21/20

20、24橡胶配方设计l l 七、七、 扯断伸扯断伸长率率l l 硫化胶的扯断伸长率与拉伸强度 、定伸应力、硬度、弹性相关。高拉伸强度的硫化胶才有高伸长率。l（1）橡胶品种：）橡胶品种：NR、IIR、CRl（2）硫化体系：交联密度硫化体系：交联密度l（3）软化剂：适量）软化剂：适量l（4）填料：低结构填料、用量小）填料：低结构填料、用量小8/21/2024橡胶配方设计八、八、 压缩永久变形压缩永久变形l 硫化胶在一定温度下受到压缩应力时产生一定的变形，经过一定时间后不能回复的变形。与硫化胶的硬度、弹性相关。8/21/2024橡胶配方设计一、一、 生胶和胶料的粘度生胶和胶料的粘度l表征：表征：威氏可塑

21、度、门尼粘度ML1+4100C 可表征生胶和胶料的成型性能，适宜粘度是进行混炼、压延、压出等加工的基本条件。l 高门尼粘度的生胶需要塑炼高门尼粘度的生胶需要塑炼 l 粘度对性能的影响粘度对性能的影响：影响生产效率和成品质量l粘度高，焦烧、流动性差l粘度低，不易排气、缺陷 挺性l对粘度的要求：粘度的要求：各种工艺要求不同6.2.2 橡胶配方设计与胶料工艺性能的关系橡胶配方设计与胶料工艺性能的关系8/21/2024橡胶配方设计l（1）塑解剂对生胶粘度的影响）塑解剂对生胶粘度的影响l（2）填充剂的影响填充剂的影响l（3）软化化剂的影响的影响 l（4）加工助剂的影响加工助剂的影响8/21/2024橡胶

22、配方设计l（1）工艺要求：）工艺要求：l 吃胶量：强度高、吃胶量（冷喂料、热喂料） l 外观：光滑，挺性（熔体破碎，粘弹性）l 挤出膨胀率：含胶率，粘弹性l 挤出速度：速度 硫化速度l（2）配方设计：）配方设计：l 生胶：NR、SBR、CR、VMQ l 填充体系：各向同性 l 软化剂：适量 l 硫化体系：焦烧期长，硫化快焦烧期长，硫化快二、二、 挤出挤出8/21/2024橡胶配方设计l（1）要求：）要求： 包辊性好、收缩性小、抗焦烧好、流动性好包辊性好、收缩性小、抗焦烧好、流动性好l（2）配方设计：）配方设计：l 生胶：NR、BR、SBR l 填料：含胶率、各向异性 l 软化剂：粘度较大l 硫

23、化体系：加工安全性（焦烧性）三、三、 压延压延8/21/2024橡胶配方设计四、四、 包辊性包辊性l橡胶品种：适当的强度、粘度和粘性（自粘性）橡胶品种：适当的强度、粘度和粘性（自粘性）l配合剂：配合剂： l胶料的混炼特性：胶料的混炼特性：配合剂是否易混入、易分散l橡胶品种：分子间作用力、包辊性l配合剂：填料与橡胶的浸润性、结构性、用量l 软化剂：改善吃粉，但使填料分散性 应分批、定期加入8/21/2024橡胶配方设计l 配合：配合：橡胶、软化剂、增粘树脂、填料l 喷霜性大的配合剂少用l 五、五、 自粘性自粘性8/21/2024橡胶配方设计l六、六、 焦烧性焦烧性l 橡胶品种：硫化反应活性橡胶品

24、种：硫化反应活性l 硫化体系：促进剂、防焦剂硫化体系：促进剂、防焦剂l 填料：填料：酸碱性、 生热性、 用量8/21/2024橡胶配方设计l七、七、 注压注压l（1 1）工艺要求：高温快速硫化，）工艺要求：高温快速硫化，焦烧性和流动性好、焦烧性和流动性好、 硫化快，生热低硫化快，生热低 l（2）配方设计：）配方设计： 生胶：生胶：VMQ、EPDM、NR、CR、NBR硫化体系：硫化体系：焦烧期长，硫化速度快 填料：填料：含胶率、生热性 软化剂：软化剂：粘度小、相容性防老剂：防老剂：耐热性、高效 加工助剂：加工助剂：润滑、生热低8/21/2024橡胶配方设计l 8/21/2024橡胶配方设计l配合

25、剂品种和用量及其在胶料中的相容性、分散性l 硫化条件：欠硫、交联密度低硫化条件：欠硫、交联密度低l 制品存放条件：潮湿、低温制品存放条件：潮湿、低温八、八、 喷霜喷霜8/21/2024橡胶配方设计 采用挤出机和硫化设备的联动化生产挤出制品，即连续硫化（1 1）要求：）要求：挤出工艺要求挤出工艺要求 强度高、吃胶量 外观：光滑，挺性好 挤出膨胀率小、挤出速度 焦烧期长，硫化速度（2）配方设计：）配方设计： 九、九、 连续硫化胶料连续硫化胶料 生胶：CR、VMQ 、EPDM 填充体系：各向同性的填料，结构性高 软化剂：适量 硫化体系：焦烧期长，硫化快8/21/2024橡胶配方设计l 6.2.3 橡

26、胶配方设计与使用性能的关系橡胶配方设计与使用性能的关系8/21/2024橡胶配方设计l耐热性：耐热性：或称耐热老化性，指在长期热作用下，橡胶保持原有性能的能力。一、一、 耐热性概述耐热性概述l 耐热耐热条件：条件： 短时耐热温度、连续使用温度、耐介质l 耐热老化性的表征：耐热老化性的表征： 性能保持率/变化率、外观变化情况 6.3.1 6.3.1 耐热橡胶耐热橡胶8/21/2024橡胶配方设计二、耐热橡胶配方设计二、耐热橡胶配方设计 l提高橡胶制品的耐热性,主要通过三种途径： la.a.合成新型橡胶合成新型橡胶化学结构具有高的耐热性化学结构具有高的耐热性 lb.b.选择适当的硫化体系、填料、选

27、择适当的硫化体系、填料、增塑剂增塑剂 lc.c.发展优良的耐热氧老化剂发展优良的耐热氧老化剂8/21/2024橡胶配方设计l(1)(1)各种橡胶的耐热程度各种橡胶的耐热程度长期使用温度范围长期使用温度范围/C适用的橡胶适用的橡胶70各种橡胶各种橡胶70100SBR、BR100 130CR、NBR、CO/ECO130 150IIR、EPDM、CSM150 170ACM、HNBR、FVMQ170 200VMQ、FPM200 250MQ、FPM250 300FPM8/21/2024橡胶配方设计 (2)(2)硫化体系：硫化体系：交联键结构稳定（键能大）交联键结构稳定（键能大）硫化体系硫化体系 硫化剂硫

28、化剂 phr 促进剂促进剂 phr典型的配合剂典型的配合剂常硫（常硫（CV）半有效半有效（SEV）有效（有效（EV）过氧化物过氧化物无硫硫化无硫硫化S1.5S0.8 - 1.5S0.3 - 0.5DCP 2 - 5载硫体载硫体340.5 1.51 22 5TAIC 12 0.2 1DM、CZCZ、TT、NSCZ、DM、TTDCP,TAICDTDM 、TT8/21/2024橡胶配方设计(3)防护体系：防护体系：选择高效耐热防老剂。由于防老剂的最大用量通常受其在胶料中的溶解度限制，所以一般采用几种防老剂并用防老剂并用。需注意防老剂分子量较低，在高温过程中容易挥发、迁移而迅速消耗，从而减小或丧失对橡

29、胶的防老化功能。(4)填充剂：填充剂：一般无机填料比炭黑有更好的耐热性。炭黑的粒径越小，硫化胶的耐热性越低；无机填料中，比较适合耐热配方的有白炭黑、活性氧化锌、氧化镁、氧白炭黑、活性氧化锌、氧化镁、氧化铝和硅酸盐化铝和硅酸盐。白炭黑提高耐热性较明显；氧化镁和氧化铝提高橡胶的耐热性有一定的效果。(5)增塑剂：选择增塑剂：选择高温下热稳定性好，不易挥发的品种，例如高闪点的石油系油类，分子量大、软化点高的聚酯类增塑剂，以及某些低分子量的齐聚物。8/21/2024橡胶配方设计6.3.2 6.3.2 耐寒橡胶耐寒橡胶l一、耐寒性的评价一、耐寒性的评价l（1）拉伸耐寒系数（）拉伸耐寒系数（Kf） 在常温和

30、指定低温下，用同样负荷分别拉伸试样至同样时间（5min），试样的低温伸长和常温伸长之比。l（2）压缩耐寒系数（）压缩耐寒系数（Ky） 在一定低温下，将试样压缩至原高度h0的80%（试样压缩后高度h1），5min后去掉负荷，使试样恢复3min后，测出试样高度h2，用下式计算： Ky=(h2-h1) / (h0-h1)l（3）脆化温度脆化温度Tb Tg以下，随温度降低，橡胶丧失了弹性体的特征， 当外力作用于橡胶时，不再产生强迫高弹形变而发生脆性破坏，所对应的温度即为Tb。nTbTb是衡量橡胶耐低温性能好坏的重要标准，是衡量橡胶耐低温性能好坏的重要标准，硫化胶在高于硫化胶在高于TbTb时才有使用价值

31、。时才有使用价值。8/21/2024橡胶配方设计l 橡胶品种：取决于分子链的柔性橡胶品种：取决于分子链的柔性l柔性大：含C=C、C-O、Si-O 键， NR、BR、CO、ECO、Ql柔性中等：含双键和极性侧基，NBR、CRl柔性差：不含双键、极性，FPMl配合体系配合体系l硫化体系：交联密度小l软 化 剂：相容性好、分子量小l填 料：软质球状填料、用量少二、耐寒性影响因素二、耐寒性影响因素8/21/2024橡胶配方设计表表 ：各种橡胶的低温性能：各种橡胶的低温性能胶种胶种T Tg g/c/cT Tb b/c/c炭黑炭黑/ /phrphrBRBR-70-70-70-70SAF 50SAF 50N

32、RNR-62-62-59-59SAF 50SAF 50SBRSBR-51-51-58-58SAF 50SAF 50IIRIIR-61-61-46-46SAF 50SAF 50CRCR-40-40-37-37SAF 50SAF 50NBRNBR-27-27-32-32SAF 50SAF 50CIIRCIIR-56-56-45-45FEF 30FEF 30COCO-46-46-40-40FEF 30FEF 30CPECPE-27-27-43-43FEF 40FEF 40ACMACM-18-18FEF 45FEF 45FPMFPM-36-36FT 30FT 30T T-49-49FT 30FT 30

33、PUPU-32-32-36-36FT 25FT 258/21/2024橡胶配方设计l指在一定条件下，橡胶耐非极性油的能力。l耐油橡胶：耐油橡胶：FPM、FVMQ、ACM、AEM、HNBR、 NBR、CO、ECO、CSM、CRl非耐油橡胶：非耐油橡胶：NR、BR、SBR、IIR、EPDM6.3.3 耐油橡胶耐油橡胶8/21/2024橡胶配方设计一、几种橡胶在一、几种橡胶在矿物油中的体物油中的体积变化百分率化百分率矿物油物油极性橡胶极性橡胶非极性橡胶非极性橡胶NBR-38COCSMCRNRSBRBRASTM 1ASTM 2ASTM 3-2-1.50.547254126552065601002001

34、23013020501208/21/2024橡胶配方设计二、油的品种：二、油的品种：（1）燃料油。）燃料油。汽油是常见品种。根据环保要求，降低汽油中的含铅量，提高汽油的辛烷值，常在汽油中加入甲醇或乙醇，或加入甲基叔丁基醚，或增加芳烃族化合物含量，得到混合型燃料油混合型燃料油；或者在燃料油中添加过氧化物得到氧化燃料油。汽油中混有甲醇，对橡胶的腐蚀性较强，而氧化燃料油中的过氧化物会加速硫化胶的损坏。（2）矿物油。）矿物油。非极性油类，ASTM 1、2、3号标准油。（3）合成润滑油。）合成润滑油。由基液和添加剂两部分组成。基液类型有合成烃、聚亚烷基二醇、有机酯、磷酸酯、含硅或氟有机化合物、芳香族醚、

35、水基阻燃性液体氯化烃等，添加剂包括抗氧剂、腐蚀抑制剂、去污剂/分散剂、粘度改性剂和倾点抑制剂等。8/21/2024橡胶配方设计 介质油：品种介质油：品种 ，同时注意温度的影响，同时注意温度的影响 （短时（短时/长期、高温长期、高温/低温）低温） 性能：重量性能：重量/体积变化率体积变化率 拉伸强度拉伸强度/伸长率的变化率伸长率的变化率/保持率保持率 硬度变化值硬度变化值橡胶品种：橡胶品种：NBR、 CR、 CO/ECO、ACM、AEM、 HNBR、FVMQ、 FPM三、耐油性表征三、耐油性表征8/21/2024橡胶配方设计8/21/2024橡胶配方设计8/21/2024橡胶配方设计硫化体系：硫

36、化体系：随交联密度增加，油品在硫化胶网络结构中的扩散和渗透越困难。提高交联密度可改善耐提高交联密度可改善耐油性，油性，但对耐寒性和弹性不利。填充剂：填充剂：当橡胶的含胶率降低时，硫化胶的溶胀率降低，所以增加填料用量有助于提高硫化胶的耐油所以增加填料用量有助于提高硫化胶的耐油性。性。填料的活性越高，与橡胶的结合越强，硫化胶的体积溶胀率越小。但填料粒径越小，表面活性越大，压缩永久变形越大。 四、耐油性橡胶配方设计四、耐油性橡胶配方设计8/21/2024橡胶配方设计软化剂：软化剂：极性和分子量较大的增塑剂，极性和分子量较大的增塑剂，不容易被油品抽出，如聚酯类增塑剂和液体NBR。防护体系：防护体系：耐

37、油橡胶经常在较高温度的热油中使用，要求耐油和耐热性。如果硫化胶中防老剂在油中被抽出，则硫化胶的耐热老化性能会大大下降。故应故应选择结合型防老剂或分子量较大、熔点较高的防老选择结合型防老剂或分子量较大、熔点较高的防老剂。剂。耐油性橡胶配方设计耐油性橡胶配方设计8/21/2024橡胶配方设计l7070工作环境的耐油橡胶，要求以快压出炭黑和工作环境的耐油橡胶，要求以快压出炭黑和陶土为填充剂、含有增塑剂，硫化胶的陶土为填充剂、含有增塑剂，硫化胶的Shore AShore A硬度为硬度为7070，适用于注射硫化成型工艺。，适用于注射硫化成型工艺。l设计基本配方设计基本配方/ /phrphr 丁腈橡胶（中

38、等丁腈橡胶（中等CNCN含量），含量），100100； ZnOZnO，5.05.0；硬脂酸，；硬脂酸，1.51.5； 防老剂防老剂40104010，1.01.0；防老剂；防老剂RDRD，1.01.0； 促进剂促进剂CZCZ，2.02.0； 防焦剂防焦剂 CTPCTP，0.50.5； S S，1.01.0；FEFFEF，4040；陶土，；陶土，4040； 增塑剂增塑剂DOPDOP，8.08.0。 合计合计:200.0:200.0。8/21/2024橡胶配方设计l基本配方基本配方/ /phrphr 丁腈橡胶（中等丁腈橡胶（中等CNCN含量），含量），100100； ZnOZnO，5.05.0； 硬

39、脂酸，硬脂酸，1.51.5；防老剂；防老剂40104010，1.01.0； 防老剂防老剂RDRD，1.01.0； 促进剂促进剂CZCZ，2.02.0；防焦剂；防焦剂 CTPCTP，0.50.5； S S，1.01.0； FEFFEF，4040；陶土，；陶土，4040；增塑剂；增塑剂DOPDOP，8.08.0。合计合计:200.0l理由：理由：根据胶料要求耐根据胶料要求耐7070非极性油，选用丙烯腈橡非极性油，选用丙烯腈橡胶作为主体材料；根据注射硫化成型要求，选用焦烧胶作为主体材料；根据注射硫化成型要求，选用焦烧时间长的硫化体系，促进剂时间长的硫化体系，促进剂CZCZ和防焦剂和防焦剂CTPCTP

40、的半有效的半有效硫化体系，兼顾硫化胶的耐热性要求；为了提高胶料硫化体系，兼顾硫化胶的耐热性要求；为了提高胶料的耐热性，选用的耐热性，选用40104010和和RDRD并用；并用；FEFFEF补强，适当加大补强，适当加大陶土量降成本；加少量极性增塑剂陶土量降成本；加少量极性增塑剂DOPDOP，满足加工和，满足加工和降成本；用量参考硬度估算。降成本；用量参考硬度估算。8/21/2024橡胶配方设计l7070工作环境的耐油橡胶，要求以快压出炭黑和陶土为填充剂、工作环境的耐油橡胶，要求以快压出炭黑和陶土为填充剂、含有增塑剂，硫化胶的含有增塑剂，硫化胶的Shore AShore A硬度为硬度为7070，适

41、用于注射硫化成型，适用于注射硫化成型工艺。工艺。l基本配方基本配方/ /phrphr 丁腈橡胶（中等丁腈橡胶（中等CNCN含量），含量），100100； ZnOZnO，5.05.0； 硬脂酸，硬脂酸，1.51.5；防老剂；防老剂40104010，1.01.0； 防老剂防老剂RDRD，1.01.0； 促进剂促进剂CZCZ，2.02.0； 防焦剂防焦剂 CTPCTP，0.50.5； S S，1.01.0； FEFFEF，4040；陶土，；陶土，4040；增塑剂；增塑剂DOPDOP，8.08.0。 l硫化胶估算硬度 NBR硬度（FEF）/2（陶土）/4 （DOP）/2 =44（生胶硬度） 40（FE

42、F）/2 40（陶土）/4 8（DOP）/2 708/21/2024橡胶配方设计l基本配方：基本配方： 丁腈橡胶（中等丁腈橡胶（中等CNCN含量），含量），100100； ZnOZnO，5.05.0； 硬脂酸，硬脂酸，1.51.5；防老剂；防老剂40104010，1.01.0； 防老剂防老剂RDRD，1.01.0； 促进剂促进剂CZCZ，2.02.0； 防焦剂防焦剂 CTPCTP，0.50.5； S S，1.01.0； FEFFEF，4040；陶土，；陶土，4040；增塑剂；增塑剂DOPDOP，8.08.0。 合计合计:200.0l若用辊筒直径若用辊筒直径400mm400mm、辊筒长度、辊筒长

43、度1500mm1500mm的开炼机混炼，设该胶料密度为的开炼机混炼，设该胶料密度为1.2g/cm1.2g/cm3 3，计算出装胶容量，并列出生产配方计算出装胶容量，并列出生产配方。8/21/2024橡胶配方设计l基本配方基本配方/ /phrphr 丁腈橡胶，丁腈橡胶，100100； ZnOZnO，5.05.0；硬脂酸，；硬脂酸，1.51.5；防老剂；防老剂40104010，1.01.0； 防老剂防老剂RDRD，1.01.0； 促进剂促进剂CZCZ，2.02.0； 防焦剂防焦剂 CTPCTP，0.50.5； S S，1.01.0；FEFFEF，4040；陶土，；陶土，4040；增塑剂；增塑剂DO

44、PDOP，8.08.0。 合计合计:200.0 开炼机辊筒直径开炼机辊筒直径400mm400mm、长度、长度1500mm1500mm，胶料密度为，胶料密度为1.2g/cm1.2g/cm3 3，系数，系数k k为为0.008.0.008. P264P264l装胶容量装胶容量Q=Q=DlrkDlrk=40 =40 150 150 1.2 1.2 0.008=57.6kg 0.008=57.6kg 换算系数换算系数a=Q/a=Q/基本配方总质量基本配方总质量=57.6 =57.6 1000 / 200=288 1000 / 200=288 丁腈橡胶实际用量丁腈橡胶实际用量=0.1=0.1288=28

45、.8kg,288=28.8kg,其它类推其它类推l生产配方生产配方/kg/kg 丁腈橡胶，丁腈橡胶，28.828.8； ZnOZnO，1.41.4；硬脂酸，；硬脂酸，0.40.4；防老剂；防老剂40104010，0.30.3； 防老剂防老剂RDRD，0.30.3； 促进剂促进剂CZCZ，0.60.6； 防焦防焦剂剂 CTPCTP，0.10.1； S S，0.30.3；FEFFEF，11.511.5；陶土，；陶土，11.511.5；增塑；增塑剂剂DOPDOP，2.32.3。 合计合计:57.58/21/2024橡胶配方设计1.名词解释：名词解释： 橡胶配方设计、基础配方、基本配方、 生产配方、装

46、胶容量、母炼胶复习思考题复习思考题8/21/2024橡胶配方设计2. 问答题问答题(1) 橡胶配方设计的目的、内容，配方的组成和分类方法。橡胶配方设计的目的、内容，配方的组成和分类方法。(2) 胶料加工性能和硫化胶的物理机械化学性能的测试项目胶料加工性能和硫化胶的物理机械化学性能的测试项目和方法。和方法。(3) 影响硫化胶的拉伸应力影响硫化胶的拉伸应力-应变性能、撕裂强度、耐寒系数、应变性能、撕裂强度、耐寒系数、定伸应力、硬度、撕裂强度、耐磨耗性、弹性、疲劳、扯定伸应力、硬度、撕裂强度、耐磨耗性、弹性、疲劳、扯断伸长率、压缩永久变形的因素。断伸长率、压缩永久变形的因素。(4) 硫化胶硬度的近似

47、值估算法。硫化胶硬度的近似值估算法。(5)应用于挤出、压延、注压、连续挤出硫化的胶料的有哪应用于挤出、压延、注压、连续挤出硫化的胶料的有哪些工艺性能要求？如何从配方设计上来考虑满足这些工艺些工艺性能要求？如何从配方设计上来考虑满足这些工艺性能要求？性能要求？(6)影响胶料的包辊性、混炼特性、自粘性、焦烧性、喷霜影响胶料的包辊性、混炼特性、自粘性、焦烧性、喷霜的因素。的因素。(7)橡胶的耐热性、耐寒性、耐油性、耐化学磨蚀性的表征橡胶的耐热性、耐寒性、耐油性、耐化学磨蚀性的表征方法及其配方工艺配合特点。方法及其配方工艺配合特点。8/21/2024橡胶配方设计4. 设计下列橡胶胶料的配方，并说明设计

48、理由：（1）设计一个以NR为主体材料，使用高耐磨炭黑和碳酸钙作填充剂，Shore A硬度为65、拉伸强度较高的配方。（2）耐PH值为45水溶液、Shore A硬度为85的SBR胶板的配方。（3）一个浅色、耐磨、微孔鞋底的胶料配方。8/21/2024橡胶配方设计1、设计下列橡胶胶料的配方，并说明设计理由：、设计下列橡胶胶料的配方，并说明设计理由：（1）一个以CR为主体材料，耐疲劳性、耐寒性、弹性较佳、Shore A硬度为70的配方。（2）一个黑色、Shore A硬度为50的EPDM胶管配方，要求弹性较好，耐较高的爆破压力。 作业作业8/21/2024橡胶配方设计l作业作业2、 现需要一种拉伸强度

49、较高、在现需要一种拉伸强度较高、在110热空气环境热空气环境下长期使用的耐油胶料，要求以下长期使用的耐油胶料，要求以FEF和陶土为填充和陶土为填充剂，剂，Shore A硬度为硬度为70，适用于注压成型工艺。，适用于注压成型工艺。(1)设计一个基本配方，并说明设计理由。(2)列出必要的胶料和硫化胶的性能检验基本项目。 (3)若用辊筒直径为400mm、辊筒长度为1500mm的开炼机混炼，设该胶料密度为1.2g/cm3，计算出装胶容量，并列出生产配方。l 8/21/2024橡胶配方设计配方配方1：高拉伸强度：高拉伸强度SBR SBR 100氧化锌氧化锌 5 硬脂酸硬脂酸 1.5防老剂防老剂RD 2

50、促进剂促进剂CBS 2.5促进剂促进剂TMTD 1 硫黄硫黄 1.2 高耐磨炭黑高耐磨炭黑 15 轻质碳酸钙轻质碳酸钙 60 二辛酯二辛酯 10配方配方2： 耐热耐热NBR NBR 100 氧化锌氧化锌 5 硬脂酸硬脂酸 1.5 防老剂防老剂RD 2 促进剂促进剂DM 1 促进剂促进剂TMTD 0.2 硫黄硫黄 1.8 高耐磨炭黑高耐磨炭黑 40 二丁酯二丁酯 153、改正下列配方的明显错误、改正下列配方的明显错误作业作业8/21/2024橡胶配方设计 配方3: 浅色的过氧化物硫化浅色的过氧化物硫化EPDM EPDM 100氧化锌氧化锌 3硬脂酸硬脂酸 3 防老剂防老剂4010 1.5 硫黄硫

51、黄 0.2 过氧化物过氧化物DCP 2.5白炭黑白炭黑 40芳烃油芳烃油 10偶联剂偶联剂Si-69 2配方4. Shore A 60 硬度的硬度的CR CR 100氧化锌氧化锌 5硬脂酸硬脂酸 2 防老剂防老剂4010 1.5 促进剂促进剂DM 1.5 促进剂促进剂TMTD 0.2硫黄硫黄 2 高耐磨炭黑高耐磨炭黑 70石蜡油石蜡油 5作业作业8/21/2024橡胶配方设计 配方配方5: NR挤出胶料挤出胶料 NR 100氧化锌氧化锌 5硬脂酸硬脂酸 2 防老剂防老剂BHT 0.5 促进剂促进剂TMTD 0.4 促进剂促进剂M 1.5硫磺硫磺 2 高耐磨炭黑高耐磨炭黑 20 陶土陶土 20石蜡油石蜡油 30配方配方6: 耐高温的耐高温的IIR IIR 100氧化锌氧化锌 5硬脂酸硬脂酸 1防老剂防老剂4010 1 硫黄硫黄 0.5过氧化物过氧化物DCP 3 白炭黑白炭黑 40 石蜡油石蜡油 15作业作业8/21/2024橡胶配方设计