橡胶材料与配方专业培训

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1、橡胶材料与配方橡胶材料与配方主讲人：张小萍主讲人：张小萍徐州工业职业技术学院徐州工业职业技术学院 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 配方相关基础知识；配方相关基础知识； 补强填充体系；补强填充体系； 软化增塑体系；软化增塑体系； 防护体系；防护体系； 骨架材料。骨架材料。 主要知识内容主要知识内容： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 现代橡胶工艺学现代橡胶工艺学（杨清芝）（杨清芝）推荐参考资料书：推荐参考资料书：橡胶工业手册橡胶工业手册第一分册第一分册橡胶材料与配方橡胶材料与配方（聂恒凯）（聂恒凯） 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 橡胶制品举例：橡胶制品举例： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 1 1、配方

2、相关基础知识、配方相关基础知识配方的种类：配方的种类： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 a a、基础配方、基础配方 又称标准配方，又称标准配方，以生胶和配合剂的鉴定为以生胶和配合剂的鉴定为目的目的，仅包括最基本的组分并缺一不可。，仅包括最基本的组分并缺一不可。当某种当某种橡胶和配合剂首次面世时，以此检验其基本的加工性能橡胶和配合剂首次面世时，以此检验其基本的加工性能和物理性能。和物理性能。配方的种类配方的种类1 1、配方相关基础知识、配方相关基础知识 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 b b、性能配方、性能配方又称又称技术配方，技术配方，为达到某种性能要求而进行为达到某种性能要求而进行的配方设计，其

3、目的是为了满足产品的性能的配方设计，其目的是为了满足产品的性能要求和工艺要求，提高某种特性等。要求和工艺要求，提高某种特性等。研制产品时所作的试验配方就是性能配方，研制产品时所作的试验配方就是性能配方，是配方设计者用得最多的一种配方。是配方设计者用得最多的一种配方。配方的种类配方的种类1 1、配方相关基础知识、配方相关基础知识 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 c c、实用配方、实用配方试验室条件下研制配方的试验结果并不是最试验室条件下研制配方的试验结果并不是最终的结果，往往在投入生产时会产生一些工终的结果，往往在投入生产时会产生一些工艺上的困难，艺上的困难，焦烧时间短、压出性能不好、焦烧时间短、

4、压出性能不好、压延粘辊压延粘辊等，这就需要在不改变基本性能的等，这就需要在不改变基本性能的条件下，进一步调整配方条件下，进一步调整配方。配方的种类配方的种类1 1、配方相关基础知识、配方相关基础知识 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 c c、实用配方、实用配方1)1)在某些情况下不得不采取稍稍降低物理性能和使在某些情况下不得不采取稍稍降低物理性能和使用性能的方法来调整工艺性能，即用性能的方法来调整工艺性能，即在物理性能、在物理性能、使用性能和工艺性能之间进行折衷；使用性能和工艺性能之间进行折衷；2)2)胶料的工艺性能，胶料的工艺性能，虽然是个重要的因素，但并不虽然是个重要的因素，但并不是绝对的惟一

5、的因素，是绝对的惟一的因素，往往由技术发展条件所决往往由技术发展条件所决定；定；3)3)配方设计者不仅要负责成品的质量，同时也要充配方设计者不仅要负责成品的质量，同时也要充分考虑到现有条件下，配方在各个生产工序中的分考虑到现有条件下，配方在各个生产工序中的适用性。适用性。配方的种类配方的种类1 1、配方相关基础知识、配方相关基础知识 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 橡胶配方简单地说，是一份表示生胶、聚合橡胶配方简单地说，是一份表示生胶、聚合物和各种配合剂用量的配比表；物和各种配合剂用量的配比表；同一个橡胶配方，根据不同的需要可以同一个橡胶配方，根据不同的需要可以用用4 4种种不同的形式来表示。不

6、同的形式来表示。 1 1、配方相关基础知识、配方相关基础知识配方的表示形式配方的表示形式基本配方基本配方质量分数配方质量分数配方体积分数配方体积分数配方生产配方生产配方 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 配方的表示形式及换算配方的表示形式及换算配方的表示形式配方的表示形式体积分数配方体积分数配方 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 配方的表示形式及换算配方的表示形式及换算配方的表示形式配方的表示形式 符合生产使用要求的质量配方，称为生产配方；符合生产使用要求的质量配方，称为生产配方； 例如使用开炼机混炼时，炼胶的容量例如使用开炼机混炼时，炼胶的容量Q Q，用下列，用下列经验公式计算：经验公式计算：生产配

7、方生产配方 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 配方的表示形式及换算配方的表示形式及换算配方的表示形式配方的表示形式生产配方生产配方密炼机装胶容量密炼机装胶容量QKVg=创胶料相对密度；胶料相对密度；kk系数系数(0.650.85)(0.650.85)。VV密炼机容积密炼机容积QDL kg=Q Q 炼胶机装胶量，炼胶机装胶量，kgkg；D D 辊筒直径，辊筒直径，cmcm；LL辊筒长度，辊筒长度，cmcm；胶料相对密度；胶料相对密度；kk系数系数(0.00650.0085)(0.00650.0085)。 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 配方的表示形式及换算配方的表示形式及换算 橡胶材料与配方橡胶材料与

8、配方 案例分析案例分析1 1、采用、采用X(S)-400X(S)-400开炼机混炼某一胶料，已知该胶料的相对密开炼机混炼某一胶料，已知该胶料的相对密度为度为1.1361.136，系数，系数K K为为0.00750.0075，胶料的基本配方如下，请将该基，胶料的基本配方如下，请将该基本配方转化成生产配方？本配方转化成生产配方？原材料原材料基本配方基本配方/份份NR100S3促进剂促进剂M1ZnO5SA2防老剂防老剂A1HAF50合计合计162QDL kg=D=400mm=40cmL=1000mm=100cmQ=DLrK=40*100*1.136*0.0075=43.08kgK=43.08/162

9、=0.2659 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 配方的表示形式及换算配方的表示形式及换算 核心是基本配方的生胶量为核心是基本配方的生胶量为100100。 算法是将生产配方中的生胶总量放大或缩小为算法是将生产配方中的生胶总量放大或缩小为100100，其他配合剂相应地放大或缩小同样的比例。，其他配合剂相应地放大或缩小同样的比例。配方换算配方换算生产配方转化为基本配方生产配方转化为基本配方 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 3、母胶形式的配方换算、母胶形式的配方换算原材料名原材料名称称基本配方质量基本配方质量份份原材料名原材料名称称基本配方质量基本配方质量份份NRNR100.00100.00硬脂酸硬脂酸3

10、.003.00硫磺硫磺2.752.75防老剂防老剂A A1.001.00促促M M0.750.75HAFHAF45.0045.00氧化锌氧化锌5.005.00合计合计157.50157.50 在实际生产中，有些配合剂往往以母炼胶或膏剂的形在实际生产中，有些配合剂往往以母炼胶或膏剂的形式进行混炼，因此使用母炼胶或膏剂的配方应进行换算。式进行混炼，因此使用母炼胶或膏剂的配方应进行换算。例如现有如下，基本配方：例如现有如下，基本配方： 将生产用配方中的一部分配合剂混炼成胶料，作为下一将生产用配方中的一部分配合剂混炼成胶料，作为下一步再按配方混炼的基础胶料叫做母炼胶。步再按配方混炼的基础胶料叫做母炼胶

11、。 例如为了避免炭黑混炼时易产生的污染，可把炭黑、软例如为了避免炭黑混炼时易产生的污染，可把炭黑、软化剂、增塑剂与生胶混炼成炭黑母炼胶；化剂、增塑剂与生胶混炼成炭黑母炼胶； 使用各种组合配合剂的母炼胶可提高配合剂的分散效果，使用各种组合配合剂的母炼胶可提高配合剂的分散效果，提高配方的计量准确度，并避免混炼胶贮存中的焦烧现象。提高配方的计量准确度，并避免混炼胶贮存中的焦烧现象。 配方的表示形式及换算配方的表示形式及换算 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 其中促进剂其中促进剂M M以母炼胶的形式加入。以母炼胶的形式加入。M M母炼母炼胶的质量分数配方为：胶的质量分数配方为： NR 90.00 NR 9

12、0.00 合计合计 100.00100.00促促M 10.00M 10.00上述上述M M母炼胶配方中母炼胶配方中M M的含量为母炼胶总量的的含量为母炼胶总量的1/101/10，而原基本，而原基本配方中配方中M M用量为用量为0.750.75质量份，所需质量份，所需M M母炼胶为：母炼胶为：x=7.5x=7.5，即，即7.57.5质量份质量份M M母炼胶中含有促进剂母炼胶中含有促进剂M0.75M0.75质量份其质量份其余余6.756.75质量份为天然胶质量份为天然胶0.751=10 x配方的表示形式及换算配方的表示形式及换算 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 因此，原基本配方应作如下修改：配方计算

13、因此，原基本配方应作如下修改：配方计算注意：注意：配方中有两个或两个以上配合剂以母胶的形配方中有两个或两个以上配合剂以母胶的形式也式也 可按上述类推；可按上述类推；母胶配方中的材料必须是基本配方中所有的；母胶配方中的材料必须是基本配方中所有的；母胶配方中材料用量有一定限度，折算后的用量不母胶配方中材料用量有一定限度，折算后的用量不能超过基本配方中的用量。能超过基本配方中的用量。配方的表示形式及换算配方的表示形式及换算 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 轮胎为什么是黑的？橡胶制品如何降低成本？轮胎为什么是黑的？橡胶制品如何降低成本？思考：思考：2、填充补强体系、填充补强体系 橡胶材料与配方橡胶材料与

14、配方 典型轮胎配方举例典型轮胎配方举例: : 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 补强和填充的区别与联系:v填充填充：在橡胶中加入一种物质后，：在橡胶中加入一种物质后，能够增大橡胶能够增大橡胶的体积，降低橡胶制品的成本，改善加工工艺性的体积，降低橡胶制品的成本，改善加工工艺性能能，而又不明显影响橡胶制品性能的行为。，而又不明显影响橡胶制品性能的行为。 v填充剂：凡具有填充作用的物质称之为填充剂填充剂：凡具有填充作用的物质称之为填充剂。补强补强：在橡胶中加入一种物质后，：在橡胶中加入一种物质后，使硫化胶的使硫化胶的性能性能，如：拉伸强度、耐磨性、撕裂强度等，如：拉伸强度、耐磨性、撕裂强度等获获得较大提

15、高得较大提高的行为。的行为。补强剂：凡具有补强作用的物质称为补强剂。补强剂：凡具有补强作用的物质称为补强剂。 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 炭黑的图片示例：炭黑的图片示例： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 ASTM系列系列粒径范粒径范围围nm典型炭黑品种典型炭黑品种ASTM名称名称英文缩写英文缩写中文名称中文名称N1001119N110SAF超耐磨炉黑超耐磨炉黑N2002025N220ISAF中超耐磨炉黑中超耐磨炉黑N3002630N330HAF高耐磨炉黑高耐磨炉黑N4003139N472特导电炉黑特导电炉黑N5004048N550FEF快压出炉黑快压出炉黑N6004960N660GPF通用炉黑

16、通用炉黑N70061100N770SRF半补强炉黑半补强炉黑N800101200N880FT细粒子热裂法炭黑细粒子热裂法炭黑N900201500N990MT中粒子热裂法炭黑中粒子热裂法炭黑ASTM命名命名SAF: Super abrasion furnace 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 ASTM命名法命名法该命名法由四个符号组成，第一个符号代表炭黑该命名法由四个符号组成，第一个符号代表炭黑对硫化速率的影响，包括对硫化速率的影响，包括N和和S两个符号：两个符号：第二个符号是阿拉伯数字，代表炭黑平均粒径范第二个符号是阿拉伯数字，代表炭黑平均粒径范围，其粒径以围，其粒径以测定，按大小分为测定，按大

17、小分为10组组第三四个符号仍为阿拉伯数字，但无实际意义。第三四个符号仍为阿拉伯数字，但无实际意义。 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 X-X-X-X两位数字不同规格两位数字不同规格09 平均粒径范围平均粒径范围N N或或S S 硫化速度硫化速度说明：说明：1.1.N N表示正常硫化速度，表示正常硫化速度，S S表示硫化速度慢；表示硫化速度慢；2.2.平均粒径范围平均粒径范围3.后两位数字无明确意义，后两位数字无明确意义， 如：如：N330，N347，N326，N339。N: normal S: slow 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 1、粒径、粒径炭黑的粒子大小一般以

18、炭黑的粒子大小一般以平均粒径平均粒径或或比表面积比表面积表表示；示；粒径指粒径指或聚集体中或聚集体中的大小，的大小，单位为单位为nm；橡胶用炭黑的平均粒径橡胶用炭黑的平均粒径炭黑的三大特性：粒径、结构性、表面化学性炭黑的三大特性：粒径、结构性、表面化学性 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 2、结构性、结构性一次结构一次结构指炭黑在生成过程中处于高温火焰区，粒子连接指炭黑在生成过程中处于高温火焰区，粒子连接成长链并成长链并在一起而成为三度空间的结合体在一起而成为三度空间的结合体，此聚集体即一次结构，也称主结构。，此聚集体即一次结构，也称主结构。一次结构是一次结构是在橡胶加工过程不易在橡胶加工过程不易

19、发生显著的变化，是炭黑在橡胶制品中的发生显著的变化，是炭黑在橡胶制品中的炭黑的三大特性：粒径、结构性、表面化学性炭黑的三大特性：粒径、结构性、表面化学性 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 2、结构性、结构性二次结构二次结构一次结构之间还可以一次结构之间还可以形成疏松的缔形成疏松的缔合物，为炭黑的凝聚体或二次结构，合物，为炭黑的凝聚体或二次结构，也称暂时结构，一次结构与之对应称为永也称暂时结构，一次结构与之对应称为永久结构。久结构。通常以单位质量炭黑中聚集体之间的通常以单位质量炭黑中聚集体之间的来描述炭黑的结构；来描述炭黑的结构； 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 炭黑的三

20、大特性：粒径、结构性、表面化学性炭黑的三大特性：粒径、结构性、表面化学性3、表面化学性、表面化学性炭黑中含炭黑中含90-99%的碳元素，的碳元素，另外在炭黑生另外在炭黑生产中会在表面产中会在表面结合少量的结合少量的 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 结合橡胶 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 结合橡胶：结合橡胶： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 炭黑对加工性能的影响炭黑对加工性能的影响（1）混炼）混炼粒径小，越难分散粒径小，越难分散, 混炼越困难；混炼越困难；粒子越细、结构度越高、填充量越大、表面活性越粒子越细、结构度越高、填充量越大、表面活性越高，则混炼胶粘度越高，流动性越差。高，则混炼胶粘度越高，流

21、动性越差。 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 炭黑对加工性能的影响炭黑对加工性能的影响 压出：压出：结构性高，压出工艺性能较好；用量多膨胀率小结构性高，压出工艺性能较好；用量多膨胀率小 硫化：硫化：表面性质表面性质 pH低，迟延硫化，防焦烧；低，迟延硫化，防焦烧；结构性高，结构性高， 粒径小，易焦烧。粒径小，易焦烧。 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 三、白炭黑的结构三、白炭黑的结构1、白炭黑的化学结构、白炭黑的化学结构2、白炭黑的结构、白炭黑的结构 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 白炭黑的表面模型 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 白炭黑由于比表面积很大，总趋向于二次聚白炭黑

22、由于比表面积很大，总趋向于二次聚集，加之在空气中极易吸收水分，致使羟基集，加之在空气中极易吸收水分，致使羟基间易产生很强的氢键缔合，进一步提高了颗间易产生很强的氢键缔合，进一步提高了颗粒间的凝聚力，所以白炭黑的混炼与粒间的凝聚力，所以白炭黑的混炼与分散要分散要比炭黑困难得多比炭黑困难得多，而且在多量配合时，还容，而且在多量配合时，还容易生成凝胶，易生成凝胶，使胶料硬化使胶料硬化，混炼时生热大混炼时生热大。白炭黑应白炭黑应分批少量加入分批少量加入，以降低生热。适当，以降低生热。适当提高混炼温度提高混炼温度，有利于除掉一部分白炭黑表，有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分，降低粒子间的凝聚力，有助于面

23、吸附水分，降低粒子间的凝聚力，有助于白炭黑在胶料中的分散。白炭黑在胶料中的分散。胶料的混炼与分散胶料的混炼与分散 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 迟延硫化迟延硫化白炭黑粒子表面有大量的微孔，对硫化促进剂白炭黑粒子表面有大量的微孔，对硫化促进剂有较强的吸附作用，明显地迟延硫化。避免这有较强的吸附作用，明显地迟延硫化。避免这种现象，一：可种现象，一：可适当地提高促进剂的用量适当地提高促进剂的用量；二：；二：可采用活性剂，可采用活性剂，使活性剂优先吸附在白炭黑表使活性剂优先吸附在白炭黑表面，减少对促进剂的吸附。面，减少对促进剂的吸附。 活性剂活性剂活性剂一般是含氮或含氧的活性剂一般是含氮或含氧的对对N

24、R来说胺类更适合，如二乙醇胺、三乙醇胺、来说胺类更适合，如二乙醇胺、三乙醇胺、丁二胺、六亚甲基四胺等。对丁二胺、六亚甲基四胺等。对SBR来说，醇类更来说，醇类更适合，如己三醇、二甘醇、丙三醇、聚乙二醇等。适合，如己三醇、二甘醇、丙三醇、聚乙二醇等。活性剂用量要根据白炭黑用量、活性剂用量要根据白炭黑用量、PH值和橡胶品值和橡胶品种而定，一般用量为种而定，一般用量为胶料的硫化速度胶料的硫化速度 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 3、软化增塑体系、软化增塑体系 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 又称为软化剂，又称为软化剂，是指能够降低橡胶分是指能够降低橡胶分子链间的作用力，改善

25、加工工艺性能，并能提高子链间的作用力，改善加工工艺性能，并能提高胶料的物理机械性能，降低成本胶料的物理机械性能，降低成本的一类低分子量的一类低分子量化合物；化合物；软化：由硬转软的变化，强调是物性的变化软化：由硬转软的变化，强调是物性的变化增塑：增加塑性的过程，强调是工艺性的变化增塑：增加塑性的过程，强调是工艺性的变化本质上：本质上：分子间作用力下降（分子量下降、分子间距分子间作用力下降（分子量下降、分子间距增加、分子的刚性下降或分子的柔顺增加）。增加、分子的刚性下降或分子的柔顺增加）。3、软化增塑体系、软化增塑体系橡胶增塑剂的概念橡胶增塑剂的概念 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 渗透和溶胀作用

26、渗透和溶胀作用软化剂用量越软化剂用量越多，对橡胶多，对橡胶“稀释稀释”和和“隔离隔离”作用作用越强，橡胶粘越强，橡胶粘度下降，分子度下降，分子链活动性增大，链活动性增大，Tg降低降低 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 通过降低分子间作用力，通过降低分子间作用力，使粉末状配合剂更好使粉末状配合剂更好地与生胶浸润并分散均匀，地与生胶浸润并分散均匀，改善混炼工艺；改善混炼工艺；通过通过增加胶料的可塑性、流动性、粘着性增加胶料的可塑性、流动性、粘着性改善改善压延、压出、成型工艺。压延、压出、成型工艺。软化增塑剂的作用：软化增塑剂的作用： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 降低制品的硬度、定伸应力、提高硫化胶的

27、弹降低制品的硬度、定伸应力、提高硫化胶的弹性、耐寒性、降低生热等。性、耐寒性、降低生热等。价格低、耗能省。价格低、耗能省。软化增塑剂的作用：软化增塑剂的作用： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 .芳烃油：芳烃油：1.性质及制法性质及制法把芳香烃碳原子数在把芳香烃碳原子数在以上者称为芳香烃油；以上者称为芳香烃油；，以芳烃油为主。，以芳烃油为主。石油系软化剂：石油系软化剂：2.功能及用法功能及用法.与橡胶与橡胶，优于链烷烃油和环烷烃油；优于链烷烃油和环烷烃油； .，宜作深色橡胶制品；，宜作深色橡胶制品；.能能，并使硫化胶，并使硫化胶； 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 .环烷油环烷油1.性质性质把环烷烃的

28、碳原子数为把环烷烃的碳原子数为者称为环烷烃油；者称为环烷烃油；，以环烷烃为主，以环烷烃为主;石油系软化剂：石油系软化剂： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 .环烷油：环烷油：2.功能及用法功能及用法与橡胶的与橡胶的;，适用，适用于天然橡胶、合成橡胶于天然橡胶、合成橡胶;作加工油和填充油，其作加工油和填充油，其。石油系软化剂 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 4、防护体系、防护体系 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 各种老化现象各种老化现象?v生胶贮存时会变硬，变脆或者发粘；生胶贮存时会变硬，变脆或者发粘；v橡胶薄膜制品（如雨衣、雨布等）经过日晒雨橡胶薄膜制品（如雨衣、雨布等）经过日晒雨淋后会变色，变脆以至

29、破裂；淋后会变色，变脆以至破裂；v户外电线、电缆，由于受大气作用会变硬，破户外电线、电缆，由于受大气作用会变硬，破裂，以至影响绝缘性；裂，以至影响绝缘性；v胎侧会发生龟裂；胎侧会发生龟裂；v有些制品还会受到水解的作用而发生断裂或受有些制品还会受到水解的作用而发生断裂或受到霉菌作用而导致破坏。到霉菌作用而导致破坏。 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 1、橡胶的老化橡胶的老化 老化概念老化概念 生胶或橡胶制品在加工、贮存或使用过程中，会受到热、生胶或橡胶制品在加工、贮存或使用过程中，会受到热、氧、光等环境因素的影响而逐渐发生物理及化学变化，氧、光等环境因素的影响而逐渐发生物理及化学变化，使其性能下降，

30、并丧失用途，这种现象称为橡胶的老化。使其性能下降，并丧失用途，这种现象称为橡胶的老化。 老化现象老化现象上可以发现长期贮存的天然胶上可以发现长期贮存的天然胶变软变软、发粘、出现斑、发粘、出现斑点；橡胶制品有点；橡胶制品有变形、变脆、变硬变形、变脆、变硬、龟裂、发霉、失光、龟裂、发霉、失光及及颜色改变颜色改变等；等；上橡胶有溶胀、流变性能等的改变；上橡胶有溶胀、流变性能等的改变；上会发生抗张强度、断裂伸长率、抗冲击强度、上会发生抗张强度、断裂伸长率、抗冲击强度、抗弯曲强度、压缩率、弹性等指标下降。抗弯曲强度、压缩率、弹性等指标下降。2021-9-20534、防护体系、防护体系 橡胶材料与配方橡胶

31、材料与配方 2、橡胶老化的原因 老化本质老化本质 橡胶大分子链橡胶大分子链发生化学变化，发生化学变化，原有原有化学结构遭到破坏，化学结构遭到破坏，从从而导致橡胶性能变坏。而导致橡胶性能变坏。 影响因素影响因素 物理因素、化学因素物理因素、化学因素及及生物因素；生物因素； 最常见且最重要的化学因素是最常见且最重要的化学因素是氧氧和和臭氧臭氧； 老化形式老化形式 最常见的是：最常见的是：热氧老化热氧老化，其次，其次臭氧老化臭氧老化、疲劳老化疲劳老化和和光氧光氧老化老化。2021-9-20544、防护体系、防护体系 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 热氧老化机理：热氧老化机理：热氧老化是热氧老化是自由基

32、链式反应自由基链式反应，并且是由，并且是由ROOHROOH引起引起的的自动催化氧化反应自动催化氧化反应或由或由重金属离子重金属离子引起的催化引起的催化氧化反应。氧化反应。 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 热氧老化防老剂：热氧老化防老剂：v凡能凡能终止终止自由基链式自由基链式反应或者反应或者防止防止引发自引发自由基产生的物质，均由基产生的物质，均能起到抑制或延缓橡能起到抑制或延缓橡胶氧化反应，被称为胶氧化反应，被称为抗氧剂抗氧剂或或热氧老化防热氧老化防老剂老剂。 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 2021-9-2057典型热氧老化防老剂品种及性能典型热氧老化防老剂品种及性能二、热氧老化的防老剂及其防护

33、效能二、热氧老化的防老剂及其防护效能萘胺类防老剂及其性能萘胺类防老剂及其性能 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 特性特性 防老剂防老剂A和防老剂和防老剂D是防老剂中两个应用最早、最广是防老剂中两个应用最早、最广泛的品种，它们泛的品种，它们抗热、抗氧、抗屈挠龟裂抗热、抗氧、抗屈挠龟裂性能都很性能都很好，并能与多种防老剂并用以改善其防护性能好，并能与多种防老剂并用以改善其防护性能; 可用于天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶可用于天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶，都有很好的抗氧效用，都有很好的抗氧效用; 遇光变色，遇光变色，属属“污染型防老剂污染型防老剂”，用于黑色制品或，用于黑色制品或深色制

34、品深色制品;2021-9-2058二、热氧老化的防老剂及其防护效能二、热氧老化的防老剂及其防护效能防老剂防老剂D由于其游离由于其游离-萘胺能致癌，应用萘胺能致癌，应用日愈受到限制。日愈受到限制。典型热氧老化防老剂品种及性能典型热氧老化防老剂品种及性能 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 2021-9-2059 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 2021-9-2060酮胺类防老剂及性能酮胺类防老剂及性能 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 基本特性基本特性 用于天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶及胶乳，用于天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶及胶乳，对热、对热、氧化和天候老化有优良的防护性能氧化和天候老化有优良的防护性能。

35、对氯丁橡胶能增加硫化活性，对其他橡胶硫化无影对氯丁橡胶能增加硫化活性，对其他橡胶硫化无影响。响。 本类防老剂有本类防老剂有污染性，但不显著，在浅色制品中亦污染性，但不显著，在浅色制品中亦可少量使用可少量使用。 典型品种：防老剂典型品种：防老剂RD，防老剂，防老剂BLE2021-9-2061酮胺类防老剂及性能酮胺类防老剂及性能 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 2021-9-2062酚类防老剂及其使用性能酚类防老剂及其使用性能防防264优点优点：无污染性，不变色，无污染性，不变色，适用于浅色或彩色橡胶制品适用于浅色或彩色橡胶制品。缺点缺点：防护效果差防护效果差 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 典型品种

36、典型品种三、橡胶臭氧老化的防护三、橡胶臭氧老化的防护典型化学抗臭氧剂种类及性能典型化学抗臭氧剂种类及性能 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 1. 亮灰色粉末；亮灰色粉末；、风蚀、屈挠疲劳、风蚀、屈挠疲劳，对氧、，对氧、热、高能辐射和有害金属老化也有显著的防护作用，热、高能辐射和有害金属老化也有显著的防护作用，分散性良好，分散性良好，3. 用量用量0.15-1份；份；N-苯基苯基-N -环乙基对苯二胺环乙基对苯二胺防老剂防老剂4010典型化学抗臭氧剂种类及性能典型化学抗臭氧剂种类及性能 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 NHNHCH3CH31. 紫色粉状或片状结晶；紫色粉状或片状结晶；，在酸性水溶液中有

37、较大的溶解性和挥发性；在酸性水溶液中有较大的溶解性和挥发性；3. 用量用量1-4份（份（NR中中2-3份）；份）；N-苯基苯基-N-异丙基对苯二胺异丙基对苯二胺l 防老剂防老剂4010NA典型化学抗臭氧剂种类及性能典型化学抗臭氧剂种类及性能 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 地蜡地蜡 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 3、物理抗臭氧剂、物理抗臭氧剂基本特性基本特性，其用量超过在橡胶中的溶，其用量超过在橡胶中的溶解度时，硫化后喷出橡胶制品表面，解度时，硫化后喷出橡胶制品表面，防止制品受臭氧攻击而产生龟裂；，防止制品受臭氧攻击而产生龟裂；石蜡与地蜡相比，前者迁移速度快，易成膜

38、，但防护石蜡与地蜡相比，前者迁移速度快，易成膜，但防护效能差，后者结晶均匀，蜡膜与橡胶表面结合牢，屈效能差，后者结晶均匀，蜡膜与橡胶表面结合牢，屈挠性好，防护性能优于前者；挠性好，防护性能优于前者； 防护蜡一般防护蜡一般对静态抗臭氧龟裂效果显著对静态抗臭氧龟裂效果显著，但动态下抗，但动态下抗臭氧主要依靠化学抗臭氧剂，由于蜡的迁移速度快，臭氧主要依靠化学抗臭氧剂，由于蜡的迁移速度快，三、橡胶臭氧老化的防护三、橡胶臭氧老化的防护 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 5、骨架材料、骨架材料 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 1、骨架材料的作用、骨架材料的作用 ，绝大，绝大多数的橡

39、胶制品都必须用多数的橡胶制品都必须用或或雨衣用的纤维材料约占总质量的雨衣用的纤维材料约占总质量的 8090；运输带约占运输带约占65；橡胶水坝约占橡胶水坝约占50；轮胎类约占轮胎类约占1015。骨架材料的作用及其要求：骨架材料的作用及其要求： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 2 2、橡胶制品对骨架材料的性能要求、橡胶制品对骨架材料的性能要求耐屈挠疲劳性和耐热性好，吸湿性小耐屈挠疲劳性和耐热性好，吸湿性小；耐腐蚀性和耐燃性好；耐腐蚀性和耐燃性好；骨架材料的作用及其要求：骨架材料的作用及其要求： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 最新学术研究报道：最新学术研究报道： 今后几年我国轮胎产业仍将保持快速发展

40、势头今后几年我国轮胎产业仍将保持快速发展势头,预计预计2010年全国轮胎总需求量将达到年全国轮胎总需求量将达到41330万条万条,年均年均增长增长9.3%,其中子午线轮胎其中子午线轮胎32230万条万条,子午化率为子午化率为78%,年均增长率为年均增长率为14.6%;由于载重子午线轮胎和工程机械由于载重子午线轮胎和工程机械子午线轮胎的发展子午线轮胎的发展,钢丝帘线需求量仍将继续扩大钢丝帘线需求量仍将继续扩大,2010年将达到年将达到95万万t,年均增长率为年均增长率为15%,使用比例将提高到使用比例将提高到骨架材料的骨架材料的75%。 我国轮胎产业的发展及其对橡胶和骨架材料的需求我国轮胎产业的

41、发展及其对橡胶和骨架材料的需求陈志宏陈志宏 北京橡胶工业研究院北京橡胶工业研究院 2008年年 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 不同纤维具有不同的性能，通常采用：不同纤维具有不同的性能，通常采用：等性能参数来表征各种纤维的特性。等性能参数来表征各种纤维的特性。纤维材料的主要性能参数：纤维材料的主要性能参数： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 (1)(1)细度细度表示纤维、纱线的表示纤维、纱线的它是纤维材料的重要它是纤维材料的重要指标之一；指标之一；细度一般采用与粗细度有关的细度一般采用与粗细度有关的纤度来表示，常用纤度来表示，常用的有三种表示方法：的有三种表示方法： 纤维材料的主要性能参数：纤维材料

42、的主要性能参数： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 幺支(支数) 例如：例如：1g质量的纱线长度为质量的纱线长度为60m，则称，则称60支，记作支，记作60Nm；的纤度一般用的纤度一般用支数支数表示。表示。思考：思考：1、不同的纤维材料，密度对其幺支数大小是否有影响？、不同的纤维材料，密度对其幺支数大小是否有影响？2、纤维材料的密度相同时，其支数越大，则纤维越粗、纤维材料的密度相同时，其支数越大，则纤维越粗还是越细？还是越细？纤维材料的主要性能参数：纤维材料的主要性能参数： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 旦(Denier) 的纤度通常用的纤度通常用旦旦表示；表示；例如：长度为例如：长度为9000m

43、的一根纤维质量为的一根纤维质量为1650g，则其纤度，则其纤度为为1650旦，记作旦，记作1650d。思考：思考：1、不同的纤维材料，密度对其旦数大小是否有影响？、不同的纤维材料，密度对其旦数大小是否有影响？2、纤维材料的密度相同时，其旦越大，则纤维越粗还、纤维材料的密度相同时，其旦越大，则纤维越粗还是越细？是越细？纤维材料的主要性能参数：纤维材料的主要性能参数： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 特特(tex)或分特或分特(dtex) 单位长度（单位长度（1000m）的纤维或纱线所具有的质量（以）的纤维或纱线所具有的质量（以g计）称计）称“特特”，质量若以质量若以10-1g计，则称计，则称“分特

44、分特”。例如：长度为例如：长度为1000m的纤维质量为的纤维质量为2670g, 则其纤度为则其纤度为2670特特旦数、支数、特数三者关系旦数、支数、特数三者关系旦数旦数支数支数9000特数特数支数支数1000旦数旦数9特数特数如：如：109827tex53纤维材料的主要性能参数：纤维材料的主要性能参数： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 是指纤维或纱线在连续增加负荷的作用下，直至断裂是指纤维或纱线在连续增加负荷的作用下，直至断裂时所能承受的最大负荷，时所能承受的最大负荷，单位为单位为N N。 是是指每特（或分特）纤维被扯断时所能承受的力指每特（或分特）纤维被扯断时所能承受的力，单，单位为位为N N

45、textex或或N Ndtexdtex。纤维在干燥（湿润）状态下测定的强度称干（湿）强纤维在干燥（湿润）状态下测定的强度称干（湿）强度。度。(2)(2)强度强度纤维材料的主要性能参数：纤维材料的主要性能参数： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 回弹率：把纤维拉伸到一定的伸长回弹率：把纤维拉伸到一定的伸长(一般为一般为2%、3%、5%)，当外力除去后在，当外力除去后在60s内形变恢复的程度称为回弹内形变恢复的程度称为回弹率，以表示。率，以表示。(3)(3)回弹率回弹率例：某棉纤维原长为例：某棉纤维原长为1，现将该纤维拉伸至原长的，现将该纤维拉伸至原长的105%，外力除去，外力除去60s后长度为后长度

46、为103%，则其回弹率，则其回弹率为多少？为多少？回弹率回弹率=（105%-103%）/100%=2%纤维材料的主要性能参数：纤维材料的主要性能参数： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 初始模量初始模量表征纤维对小延伸的抵抗能力表征纤维对小延伸的抵抗能力，或，或表示纤维承受一定负荷后产生形变的大小；表示纤维承受一定负荷后产生形变的大小；(4)初始模量初始模量纤维材料的主要性能参数：纤维材料的主要性能参数： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 纤维的指纤维在标准温度和湿度条件下的一般采用和来表示。二者都是吸湿平衡后的含水百分率：(5)吸湿性吸湿性纤维材料的主要性能参数：纤维材料的主要性能参数： 橡胶材料与

47、配方橡胶材料与配方 (5)吸湿性吸湿性纤维材料的主要性能参数：纤维材料的主要性能参数： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 (1)(1)棉纤维棉纤维(2)(2)粘胶纤维粘胶纤维(3)(3)合成纤维合成纤维 a. a. 锦纶纤维锦纶纤维 b. b. 涤纶纤维涤纶纤维 c. c. 维纶纤维维纶纤维(4)(4)玻璃纤维玻璃纤维(5)B(5)B纤维（如芳纶纤维（如芳纶14141414）常用纤维的组成及性质：常用纤维的组成及性质： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 纤维素是一种碳水化合物，分子式为纤维素是一种碳水化合物，分子式为(C6H10O5)n，聚，聚合度一般可达合度一般可达1000015000。优点：优点：

48、棉纤维湿强力较高，延伸率较低，棉纤维湿强力较高，延伸率较低，与橡胶粘着性能好；与橡胶粘着性能好；缺点：缺点：但耐高温性差，但耐高温性差，强力较低强力较低，弹性较，弹性较差，差，纤维较粗纤维较粗；棉纤维已经被化学纤维所代替。棉纤维已经被化学纤维所代替。(1)棉纤维棉纤维常用纤维的组成及性质：常用纤维的组成及性质： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 基本组成是纤维素，普通粘胶纤维聚合度为基本组成是纤维素，普通粘胶纤维聚合度为250250500500，高强度的为高强度的为550550650650（主要使用品种）（主要使用品种）。优点：优点：粘胶纤维使用时粘胶纤维使用时生热小生热小、耐疲劳性和耐耐疲劳性和

49、耐热性均比棉纤维优越热性均比棉纤维优越，尺寸稳定性好尺寸稳定性好，且耐有，且耐有机溶剂，广泛应用于轮胎及其他橡胶制品中。机溶剂，广泛应用于轮胎及其他橡胶制品中。缺点：缺点：吸湿性大，与橡胶粘合性较棉纤维差，吸湿性大，与橡胶粘合性较棉纤维差，吸湿后强度损失大。吸湿后强度损失大。(2)粘胶纤维粘胶纤维常用纤维的组成及性质：常用纤维的组成及性质： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 橡胶工业中常用的合成纤维有：橡胶工业中常用的合成纤维有：、和和等。等。合成纤维具有合成纤维具有强度高，密度小，弹性大，吸强度高，密度小，弹性大，吸湿率低，耐磨性和化学稳定性高湿率低，耐磨性和化学稳定性高，不霉蛀等，不霉蛀等特殊

50、性能，因此在纺织纤维中很快占据了重特殊性能，因此在纺织纤维中很快占据了重要地位。要地位。(3)合成纤维合成纤维常用纤维的组成及性质：常用纤维的组成及性质： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 锦纶纤维锦纶纤维学名是聚学名是聚酰胺纤维酰胺纤维，美国称尼龙或耐纶，苏联称卡普隆，美国称尼龙或耐纶，苏联称卡普隆，橡胶工业中主要使用，橡胶工业中主要使用锦纶锦纶6 6和和锦纶锦纶6666；绵纶是合成纤维中绵纶是合成纤维中强度较高强度较高的一种，大量应用于轮胎等的一种，大量应用于轮胎等橡胶制品中橡胶制品中优点：与粘胶纤维相比，强度约高优点：与粘胶纤维相比，强度约高1.51.51.81.8倍，且倍，且吸吸湿率较低，

51、耐疲劳性较高，耐冲击性能优越。湿率较低，耐疲劳性较高，耐冲击性能优越。缺点：缺点：初始模量低，热收缩性大，尺寸稳定性差，初始模量低，热收缩性大，尺寸稳定性差，与与橡胶的粘着性差橡胶的粘着性差；措施：措施：生产中需进行热处理，生产中需进行热处理，制品硫化后要立即在模制品硫化后要立即在模型内进行充分冷却。型内进行充分冷却。(3)合成纤维合成纤维常用纤维的组成及性质：常用纤维的组成及性质： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 涤纶纤维涤纶纤维 学名是聚酯纤维，目前学名是聚酯纤维，目前主要品种是聚对苯二甲酸主要品种是聚对苯二甲酸乙二酯纤维（乙二酯纤维（PETPET）。）。涤纶强度稍低于绵纶，伸长率较低，耐磨

52、性仅次涤纶强度稍低于绵纶，伸长率较低，耐磨性仅次于锦纶于锦纶，回弹性接近于羊毛；，回弹性接近于羊毛；耐热性、耐疲劳性和耐热性、耐疲劳性和尺寸稳定性尺寸稳定性都很好；都很好；与橡胶的粘着性差与橡胶的粘着性差，并由于疲劳生热量高易引起，并由于疲劳生热量高易引起胺化、水解等降解反应而降低帘线的强度；胺化、水解等降解反应而降低帘线的强度；价格高些价格高些。(3)合成纤维合成纤维常用纤维的组成及性质：常用纤维的组成及性质： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 维纶纤维维纶纤维 学名学名聚乙烯醇纤维聚乙烯醇纤维( (维尼纶维尼纶) )，由聚乙烯醇纺制成，由聚乙烯醇纺制成纤维，再经缩醛化纤维，再经缩醛化( (即用

53、甲醛处理即用甲醛处理) )而制得聚乙烯而制得聚乙烯醇缩甲醛纤维；醇缩甲醛纤维；强度和初始模量均比棉纤维高，不如锦纶好；强度和初始模量均比棉纤维高，不如锦纶好；与橡胶的粘着性比棉纤维差，比锦纶纤维和涤与橡胶的粘着性比棉纤维差，比锦纶纤维和涤纶纤维好纶纤维好，耐化学腐蚀性也很好；，耐化学腐蚀性也很好；耐热性稍差耐热性稍差，尤其耐湿热性能差；，尤其耐湿热性能差；适用于胶管、胶带、胶鞋等制品。适用于胶管、胶带、胶鞋等制品。(3)合成纤维合成纤维常用纤维的组成及性质：常用纤维的组成及性质： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 强度强度在干燥条件下，锦纶在干燥条件下，锦纶6涤纶、维纶涤纶、维纶人造丝人造丝棉纤维

54、棉纤维在潮湿条件下，涤纶在潮湿条件下，涤纶锦纶锦纶6维纶维纶棉纤维棉纤维人造丝人造丝耐热性耐热性涤纶涤纶维纶维纶锦纶锦纶6人造丝人造丝棉纤维棉纤维吸湿性吸湿性人造丝人造丝棉纤维棉纤维维纶维纶锦纶锦纶6涤纶涤纶伸长率伸长率锦纶锦纶6涤纶涤纶人造丝人造丝维纶维纶棉纤维棉纤维几种常用的纤维性能对比：几种常用的纤维性能对比：常用纤维的组成及性质：常用纤维的组成及性质： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 优点：优点：具有耐热、强度高、耐腐蚀、电绝缘具有耐热、强度高、耐腐蚀、电绝缘性好、隔热性好、耐湿性好等；性好、隔热性好、耐湿性好等； 橡胶工业中主要是利用其耐高温、耐化学腐橡胶工业中主要是利用其耐高温、耐化

55、学腐蚀的特性制造胶管和胶板等制品，并且已逐蚀的特性制造胶管和胶板等制品，并且已逐步用于轮胎和风扇带中；步用于轮胎和风扇带中； 与橡胶的粘着性很差与橡胶的粘着性很差，耐疲劳性能也不好耐疲劳性能也不好。(4)(4)玻璃纤维玻璃纤维常用纤维的组成及性质：常用纤维的组成及性质： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方 学名是学名是聚对二甲酰对苯二胺纤维，商品名为芳聚对二甲酰对苯二胺纤维，商品名为芳纶纶14141414，是由对苯二甲酰氯和对苯二胺缩聚制，是由对苯二甲酰氯和对苯二胺缩聚制得；得； B B纤维兼有合成纤维和钢丝的优点，纤维兼有合成纤维和钢丝的优点，素有素有“合合成钢丝成钢丝”之称之称；强度是钢丝的强度是钢丝的7 7倍，倍，比目前所有纤维都高，伸比目前所有纤维都高，伸长率只有长率只有0.3%0.3%4.2%4.2%，且，且几乎不收缩几乎不收缩( (收缩率收缩率仅为仅为0%0%0.2%)0.2%)，耐疲劳性极好，密度小，耐耐疲劳性极好，密度小，耐化学腐蚀性好；化学腐蚀性好；是钢丝帘布极好的代用品，是一种很有发展是钢丝帘布极好的代用品，是一种很有发展前途的新型纤维。前途的新型纤维。(5)B纤维纤维常用纤维的组成及性质：常用纤维的组成及性质： 橡胶材料与配方橡胶材料与配方