《橡膠配方設(shè)計》PPT課件.ppt

1,第七章 橡膠配方設(shè)計,主要內(nèi)容： 概述 橡膠配方設(shè)計與硫化膠性能的關(guān)系 橡膠配方設(shè)計與膠料加工性能的關(guān)系 橡膠配方設(shè)計方法,2,第一節(jié) 概述,一、橡膠配方設(shè)計內(nèi)容 1、確定制品硫化膠的性能指標(biāo)及范圍； 2、確定配方的組成及用量； 3、確定加工工藝條件及范圍。 二、橡膠配方分類與表示 1、分類 基礎(chǔ)配方（標(biāo)準(zhǔn)配方）：生膠或配合劑鑒定（各膠的基 礎(chǔ)配方； 性能配方（技術(shù)配方）：為達(dá)到某種性能而進(jìn)行的配方 設(shè)計，產(chǎn)品研發(fā)時所做的試驗配方即為性能配方； 實用配方（生產(chǎn)配方）：實際生產(chǎn)時所采用的配方。,3,2、表示方法 （1）基本配方：以質(zhì)量份表示的配方，以生膠的質(zhì)量為100份，其他配 合劑用量都以相應(yīng)的質(zhì)量份表示的配方； （2）質(zhì)量分?jǐn)?shù)配方：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的配方，以膠料的總質(zhì)量為100 ，生膠和配合劑都以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的配方； （3）體積分?jǐn)?shù)配方：以膠料的總體積為100，生膠和配合劑都以相應(yīng) 的體積分?jǐn)?shù)表示的配方； （4）生產(chǎn)配方：符合生產(chǎn)要求的質(zhì)量配方，配方總質(zhì)量等于煉膠機(jī)的 實際容量。 三、橡膠配方設(shè)計的原則 1、適應(yīng)性原則：適應(yīng)性能要求、適應(yīng)加工要求； 2、經(jīng)濟(jì)原則：在不降低產(chǎn)品質(zhì)量的情況下盡可能降成本； 3、環(huán)保安全原則：配合劑要求無毒、無污染； 4、穩(wěn)定原則：原材料質(zhì)量可靠穩(wěn)定，來源穩(wěn)定，性能穩(wěn)定 5、簡化原則：配方盡可能簡單。 6、協(xié)同原則：配合劑之間不能相互抵消，要相互促進(jìn)。,4,四、橡膠配方的設(shè)計程序,1、基本配方設(shè)計 （1）生膠的選擇：根據(jù)制品的主要性能要求、工藝、使用條件和成 本選取 （2）硫化體系確定：根據(jù)膠種、膠料性能、工藝方法及要求（如焦 燒時間、正硫化時間）確定，重點選取硫化劑和促進(jìn)劑 （3）補(bǔ)強(qiáng)填充體系確定：根據(jù)制品顏色、膠料性能、工藝要求、成 本等確定 （4）防護(hù)體系確定：根據(jù)制品顏色、使用條件來確定 （5）增塑體系確定：根據(jù)膠種、性能要求、工藝要求、成本等確定 （6）操作助劑選?。焊鶕?jù)實際需要確定 （7）特種配合體系：根據(jù)實際需要確定,5,2、實用配方的設(shè)計程序,（1）調(diào)查研究階段 調(diào)查產(chǎn)品的使用條件、使用壽命等技術(shù)要求，了解生產(chǎn)設(shè)備和工 藝方法，查找文獻(xiàn)資料，收集同類或相近產(chǎn)品的配方、工藝條件等； （2）制定試驗計劃階段 根據(jù)性能和工藝要求及文獻(xiàn)資料，提出產(chǎn)品的物理性能、使用性能、和工藝性能的指標(biāo)范圍，確定關(guān)鍵指標(biāo)，根據(jù)經(jīng)驗和參考資料提出試驗配方及變量范圍，確定合適的試驗設(shè)計方法； （3）實驗室試驗階段 在實驗室中，按計劃進(jìn)行試驗，優(yōu)選配方進(jìn)行擴(kuò)試； （4）擴(kuò)試階段 在生產(chǎn)或擴(kuò)試條件下進(jìn)行擴(kuò)試，制備膠料進(jìn)行工藝性能和物理性能 試驗，調(diào)整工藝條件和配方至滿足要求； （5）產(chǎn)品試制階段 按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件，試制產(chǎn)品，測試性能和使用性能。,6,五、橡膠配方性能的檢測,1、未硫化膠的加工性能檢測 （1）可塑度的檢測：威氏塑性計、華氏塑性計、德弗塑性計 （2）門尼粘度的檢測：門尼粘度計（100下預(yù)熱1min，旋轉(zhuǎn)4min） （3）門尼焦燒的檢測：門尼粘度計（120下t5） （4）硫化特性的檢測：硫化儀 （5）口型膨脹率的測定：毛細(xì)管流變儀 （6）配合劑分散性測定：ASTM A法、B法、分散度儀、間接法 （7）應(yīng)力松弛：應(yīng)力松弛試驗機(jī) （8）綜合加工性能測定：Brabender塑性儀、橡膠加工分析儀,7,2、硫化膠性能測試,（1）力學(xué)性能測試：拉伸、撕裂、伸長率、定伸、永久變形用拉力機(jī)； 硬度用硬度計、壓縮變形（恒定形變壓縮永久變形、靜壓縮永久變形）； 磨耗性能用阿克隆磨耗試驗機(jī)或DIN磨耗試驗機(jī)；疲勞破壞性能（有拉伸 疲勞和壓縮疲勞、屈撓龜裂等）用屈撓疲勞試驗機(jī)； （2）粘彈性測試：回彈性用沖擊彈性試驗機(jī)；蠕變用蠕變試驗儀（壓縮 型、拉伸型、剪切型）；應(yīng)力松弛用應(yīng)力松弛儀（拉伸、壓縮）；有效彈 性和滯后損失用拉力機(jī)；動態(tài)粘彈性用動態(tài)模量儀、動態(tài)粘彈譜儀； （3）老化性能測試：熱空氣老化、臭氧老化、自然老化、人工天候老化、 濕熱老化、光臭氧老化、耐黃變試驗等，用各種老化箱； （4）低溫性能測試：脆性溫度、耐寒系數(shù)、吉門扭轉(zhuǎn)、玻璃化溫度、溫 度回縮試驗等； （5）熱性能測試：導(dǎo)熱率、比熱容、線膨脹系數(shù)、分解分度、馬丁耐熱性、維卡耐熱性等； （6）耐介質(zhì)性、阻燃性、電性能、擴(kuò)散和滲透性、粘接性能測試等。,8,第二節(jié) 橡膠配方設(shè)計與硫化膠性能的關(guān)系,一、拉伸強(qiáng)度 設(shè)計要點： （1）選用自補(bǔ)強(qiáng)性橡膠或結(jié)晶性、極性生膠；分子量要大，低分子少； （2）選用CV(普通硫化體系)體系，促進(jìn)劑采用M（噻唑類）/D(胍類)并用，適當(dāng)提高硫黃用量； （3）選用粒徑小、表面活性大的炭黑，用量4060份，或白炭黑與 Si-69并用； （4）選用與橡膠相容性好的增塑劑，用量在5份以內(nèi)； （5）其他方法：橡膠與樹脂并用、橡膠化學(xué)改性、填料表面改性等。,9,二、定伸應(yīng)力和硬度,設(shè)計要點： （1）選用分子量大、分布窄，且能結(jié)晶或帶極性基團(tuán)的橡膠； （2）提高交聯(lián)密度，增大硫黃和促進(jìn)劑用量； （3）選用粒徑小、結(jié)構(gòu)性高、表面活性大的炭黑，且增大用量； （4）盡可能少用或不用增塑劑； （5）其他方法：使用酚醛樹脂/硬化劑； 使用苯甲酸； 使用模量增強(qiáng)劑； 使用短纖維； 使用齊聚酯/過氧化物； 使用液體橡膠/引發(fā)劑 使用不飽和羧酸鹽等。,10,三、撕裂強(qiáng)度,設(shè)計要點： （1）選用分子量大、常溫下能結(jié)晶或滯后損失大的膠種； （2）采用CV硫化體系，硫黃用量23份，促進(jìn)劑選用中等活性、平 坦性好的品種，如DM(噻唑類）、CZ（次磺酰胺類）； （3）選用粒徑小、結(jié)構(gòu)性低的炭黑，選用各項同性的填料； （4）少用增塑劑； （5）其他方法：使用5份以內(nèi)的短纖維； 使用分散劑，提高配合劑分散性；,11,四、耐磨性,設(shè)計要點： （1）選用彈性好或強(qiáng)度高或有共軛結(jié)構(gòu)的生膠，如BR、NR、SBR、 PU、IR、NBR、EPDM等； （2）選用硫黃/促進(jìn)劑CZ（次磺酰胺類）或硫黃/促進(jìn)劑CZ（主）/TMTD（秋蘭姆類）硫化體系， NR為主的膠料，硫黃用量1.82.5份；以BR為主膠料，硫黃用量 1.51.8份； （3）選用粒徑小、表面活性大的炭黑，或新工藝炭黑，或白炭黑與 偶聯(lián)劑Si-69并用；炭黑用量NR中4550份，IR和非充油SBR中50 55份，充油SBR中6070份，BR中90100份； （4）少用增塑劑； （5）其他方法：貼聚氨酯 使用短纖維并合理取向 使用分散劑，提高炭黑分散性,12,五、彈性,設(shè)計要點： （1）選用分子量大，常溫下不能結(jié)晶，分子鏈柔順的生 膠，如BR、 NR、EPDM等； （2）選用硫黃/次磺酰胺（S/CZ=2.0/1.5）或硫黃/胍類 （S/DOTG=4/1）并保持合適的交聯(lián)密度； （3）減少炭黑的用量，選用粒徑大、結(jié)構(gòu)性低、表面活 性低的炭黑； （4）少用或不用增塑劑；,13,六、耐疲勞破壞性,設(shè)計要點： （1）低應(yīng)變下（120）選擇Tg較高的生膠；高應(yīng)變下（120） 選擇具有自補(bǔ)強(qiáng)性的生膠；橡膠并用可提高耐疲勞破壞性。 （2）選用CV體系，對定負(fù)荷的疲勞條件，要加大硫黃的用量，提高交 聯(lián)密度；對定變形的疲勞條件，要減少硫黃的用量，減小交聯(lián)密度； （3）選用粒徑小、結(jié)構(gòu)度高、表面活性大的炭黑，在定負(fù)荷下，應(yīng)增 加炭黑的用量，在定變形下，應(yīng)減少炭黑的用量；要少用惰性填料。 （4）選用稀釋作用小的粘稠性大的增塑劑，用量要小。,14,七、拉斷伸長率,設(shè)計要點： （1）選用分子鏈柔順、強(qiáng)度高的生膠（如NR）或容易產(chǎn) 生塑性流動的生膠（如IIR）； （2）選用CV體系，硫黃和促進(jìn)劑的用量要適當(dāng)降低； （3）選用粒子大、結(jié)構(gòu)度低的炭黑，炭黑的用量要小， 含膠率要高； （4）增加增塑劑的用量。,15,第三節(jié) 配方設(shè)計與膠料工藝性能的關(guān)系,一、膠料的粘度 膠料的粘度影響幾乎所有的加工性能。 影響膠料粘度的配方因素有： （1）膠種：分子量大、凝膠含量高、內(nèi)聚能密度大的橡膠粘度高， 如NR、NBR、CR等?？赏ㄟ^塑煉、充油等方法降低其粘度； （2）塑解劑：可有效地降低粘度，提高塑煉效果，縮短時間。常用 塑解劑：促進(jìn)劑M（噻唑類）、各種硫酚（雷納西、Renacit）等 （3）填料的用量和性質(zhì)：填料用量越大，膠料的粘度越高；粒徑 小、結(jié)構(gòu)性高、表面活性大的炭黑，膠料粘度高； （4）增塑劑：有效降低粘度，改善加工性能； 影響膠料粘度的工藝因素有：溫度（高，粘度低）、剪切速率（高， 粘度低）、塑煉時間（長，粘度低，后期下降趨緩）。,16,二、擠出,要求：膨脹小，收縮小，表面光滑，速度快。 設(shè)計要點： （1）選用分子鏈柔順，平均分子量較小，支化度低的生膠；NR需塑煉， NBR、CR、SBR等橡膠塑煉后收縮率低；適當(dāng)提高膠料可塑度，利于擠出。 （2）適當(dāng)增大填料的用量，降低含膠率，含膠率在30%50%較好。 （3）選用結(jié)構(gòu)度高的炭黑； （4）適當(dāng)增大增塑劑的用量； （5）選用焦燒時間長的促進(jìn)劑； （6）配合劑的含水率和揮發(fā)份含量要低； （7）加入適量的硫化膠粉，可減小膨脹； （8）對于黏度很低的膠料，要適當(dāng)提高補(bǔ)強(qiáng)劑的用量。 工藝因素：擠出機(jī)機(jī)頭和口型溫度，螺桿轉(zhuǎn)速，口型與螺桿尺寸的比例；,17,三、壓延,技術(shù)要求： 適宜的包輥性，良好的流動性，足夠的焦燒時間，低的收縮率，表 面光滑，速度快。 注意事項： （1）膠料的黏度要較低，壓片膠料門尼黏度5060，貼膠膠料門尼 4050，擦膠門尼黏度3040； （2）選用粒徑小，結(jié)構(gòu)度高的炭黑，適當(dāng)增大炭黑的用量，選用各向 同性的填料； （3）適當(dāng)增大增塑劑的用量； （4）選用焦燒時間長的硫化體系，120下焦燒時間控制在2035min。 工藝因素：輥筒溫度、轉(zhuǎn)速。,18,四、包輥性,注意事項： （1）分子量大，分布寬，有自補(bǔ)強(qiáng)性，支化少、凝膠含量低的橡膠 包輥性好； （2）選用活性高、補(bǔ)強(qiáng)性好的填料； （3）硬脂酸、硬脂酸鹽、蠟類、石油基軟化劑、油膏等降低包輥性； 高芳烴操作油、松焦油、古馬隆樹脂、烷基酚醛樹脂等改善包輥性； 工藝因素：輥距大小，輥筒轉(zhuǎn)速及速比、輥筒溫度。,19,五、自粘性,自粘性取決于分子鏈的活動能力及強(qiáng)度，活動能力強(qiáng)，強(qiáng)度高， 膠料的自粘性好；極性橡膠和常溫下結(jié)晶的橡膠自粘性差；NR的自 粘性最好； 選用補(bǔ)強(qiáng)性好的填料，自粘性提高； 加入增塑劑能降低自粘性；膠料中加入增粘劑能提高自粘性； 容易噴出的配合劑如蠟、TT、S等，盡量少用,20,六、焦燒性,取決于硫化體系中的促進(jìn)劑品種和用量、加工溫度、時間和剪切 速率； 不同膠料門尼焦燒時間要求： 軟膠料：1020min； 大多數(shù)膠料：2535min； 高填充的硬膠料：35min以上。 NR容易焦燒，選用遲效性或臨界溫度高的促進(jìn)劑，粒徑小、結(jié)構(gòu) 性高的堿性炭黑容易焦燒；使用白炭黑、陶土等酸性填料能抑制焦 燒時間； 增塑劑能延長焦燒時間，芳烴油有縮短焦燒時間的傾向； 使用防焦劑，能有效延長焦燒時間。 工藝因素：加工溫度和時間、停放溫度和時間、剪切速率,21,七、噴霜,噴霜的危害： （1）降低自粘性，對成型工藝不利，影響粘合效果； （2）影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量； （3）引起焦燒，降低耐老化性； （4）硫化不均勻，降低膠料強(qiáng)度； （5）危害身體健康。 噴蠟：提高硫化膠耐老化性。 噴霜產(chǎn)生的原因： （1）配合劑用量過多； （2）配合劑與橡膠相