配方设计与硫化胶撕裂强度的关系

浅谈橡胶的各种物性与密度的关系前言:在橡胶制品过程中,一般必须测试的物性实验不外乎有:拉伸强度 2、撕裂强度 3、定伸应力与硬度 4、耐磨性 5、疲劳与疲劳破坏6、弹性7、扯断伸长率。

各种橡胶制品都有它特定的使用性能与工艺配方要求。

为了满足它的物性要求需选择最适合的聚合物与配合剂进行合理的配方设计。

首先要了解配方设计与硫化橡胶物理性能的关系。

硫化橡胶的物理性能与配方的设计有密切关系,配方中所选用的材料品种、用量不同都会产生性能上的差异。

1、拉伸强度:就是制品能够抵抗拉伸破坏的根限能力。

它就是橡胶制品一个重要指标之一。

许多橡胶制品的寿命都直接与拉伸强度有关。

如输送带的盖胶、橡胶减震器的持久性都就是随着拉伸强度的增加而提高的。

A:拉伸强度与橡胶的结构有关:分了量较小时,分子间相互作用的次价健就较小。

所以在外力大于分子间作用时、就会产生分子间的滑动而使材料破坏。

反之分子量大、分子间的作用力增大,胶料的内聚力提高,拉伸时链段不易滑动,那么材料的破坏程度就小。

凡影响分子间作用力的其它因素均对拉伸强度有影响。

如NR/CR/CSM这些橡胶主链上有结晶性取代基,分子间的价力大大提高,拉伸强度也随着提高。

也就就是这些橡胶自补强性能好的主要原因之一。

一般橡胶随着结晶度提高,拉伸强度增大。

B:拉伸强度还跟温度有关:高温下拉伸强度远远低于室温下的拉伸强度。

C:拉伸强度跟交联密度有关:随着交联密度的增加,拉伸强度增加,出现最大值后继续增加交联密度,拉伸强度会大幅下降。

硫化橡胶的拉伸强度随着交联键能增加而减小。

能产生拉伸结晶的天然橡胶,弱键早期断裂,有利于主健的取向结晶,因此会出现较高的拉伸强度。

通过硫化体系,采用硫黄硫化,选择并用促进剂,DM/M/D也可以提高拉伸强度,(碳黑补强除外,因为碳黑生热作用)。

D:拉伸强度与填充剂的关系:补强剂就是影响拉伸强度的重要因素之一,填料的料径越小,比表面积越大、表面活性越大补强性能越好。

∙配方设计与硫化胶拉伸强度的关系∙拉伸强度表征制品能够抵抗拉伸破坏的极限能力橡胶的拉伸强度：未填充硫化胶：聚氨酯橡胶PUR>天然橡胶NR/异戊IR>氯丁橡胶CR>丁基橡胶IIR>氯磺化聚乙烯CSM>丁晴橡胶NBR/氟橡胶FKM>顺丁橡胶BR>三元乙丙橡胶EPDM>丁苯橡胶SBR>丙烯酸酯橡胶ACM>氯醇橡胶CO>硅橡胶Q。

填充硫化胶：聚氨酯橡胶PUR>聚酯型热塑性弹性体>天然橡胶NR/异戊IR>SBS热塑性弹性体>丁晴橡胶NBR/氯丁橡胶CR>丁苯橡胶SBR/三元乙丙橡胶EPDM/氟橡胶FKM>氯磺化聚乙烯CSM>丁基橡胶IIR>顺丁橡胶BR/氯醇橡胶CO>丙烯酸酯橡胶ACM>硅橡胶Q。

在快速形变下，橡胶的拉伸强度比慢速形变时高;高温下测试的拉伸强度，远远低与室温下的拉伸强度。

硫化体系的影响对常用的软质硫化胶而言，欲通过硫化体系提高拉伸强度时，应采用硫磺-促进剂的传统硫化体系，并适当提高硫磺用量。

同时促进剂选用噻唑类如M，DM与胍类并用，并适当增加用量。

填充体系的影响填料的粒径越小，比表面积越大，表面活性越大，则补强效果越好。

结晶型(如天然橡胶)为基础的硫化胶，拉伸强度随填充剂用量增大，可出现单调下降。

非结晶型(如丁苯橡胶)为基础的硫化胶，拉伸强度随填充剂用量增大而增大，达到最大值，然后下降。

低不饱和度橡胶(如三元乙丙橡胶，丁基橡胶)为基础的硫化胶，拉伸强度随填充剂用量增大而增大，达到最大值后可以保持不变。

对热塑型弹性体而言，填充剂使其拉伸强度降低。

一般情况下，软质橡胶的碳黑用量在40-60份时，硫化胶的拉伸性能比较好。

软化体系的影响总的来说，加入软化剂会降低硫化橡胶的拉伸强度。

但软化剂数量不超过5份时，硫化橡胶的拉伸强度有可能增大。

因为含有少量软化剂，可以使碳黑的分散效果好。

重点整理橡胶配方设计(Rubber Formula Design)第一章橡胶配方设计原理原料特性、工艺性能、成本核算一、拉伸强度(Tensile Strength)1.拉伸破坏理论高聚物实际破坏强度（橡胶≈20MPa）远小于理论强度（≈15GPa）。

（1）Taylor分子论观点结构不均匀性（橡胶自身无规、硫化键类型不同、填充体系分散不均匀等）⇒负载不均匀，产生应力集中，引起共价键断裂，形成局部断裂微点⇒应力集中下，断裂微点产生裂缝，裂缝进一步发展导致断裂。

（2）Griffith唯象论观点材料内部存在缺陷（空气或水分产生气泡、杂质、溶解度参数差异导致界面分离、划痕等）⇒空穴或裂缝尖端产生应力集中，形成裂纹⇒裂纹发展导致断裂2.生胶体系（1）分子结构分子间作用力大、含有极性取代基，拉伸强度高（如CR、氯化聚乙烯CM）；含有支链导致排列不规则，拉伸强度低（如丁二烯聚合过程中产生不同结构的链节）。

（2）分子量分子量大（端基缺陷影响小，物理缠结点多）、门尼黏度值大，拉伸强度高。

（3）结晶与取向有利于拉伸强度，自补强橡胶NR、CR、IR、CM拉伸强度高。

（4）橡塑共混增强方式之一，如NBR/PVC、EPDM/PP。

3.硫化体系（1）交联密度交联密度增加，拉伸强度先上升后下降。

原因：起初，交联使承担外力分子链数目增加，网链承载均匀。

进一步增加交联密度，网链承载不均匀，链段运动受阻，易产生应力集中。

不同橡胶柔顺性不同，适宜交联密度不同（如硫黄加入量NR2.5phr＞SBR1.8~2.0phr＞EPDM1.5phr）。

硫黄用量显著影响交联密度，拉伸强度随硫黄用量增加，先上升后下降。

（2）交联键类型拉伸强度：—S x—＞—S1,2—＞—C—C—。

原因：多硫键键能虽低，但柔软易变形，拉伸过程中耗散大量能量，且断裂后产生自由基易重新结合。

准速级促进剂与中速级联用，如M、DM与D并用。

4.补强填充体系（1）补强剂结构粒径小、结构度高、表面活性高，拉伸强度高。

三元乙丙橡胶（EPDM）是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物，因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，可广泛用于汽车部件、建筑用防水材料、电线电缆护套、耐热胶管、胶带、汽车密封件等领域。

然而,EPDM在较高温度下的耐热拉伸撕裂性能较差,尤其在实际生产硫化过程中,将橡胶制品从模腔中脱模时容易撕裂，造成产品报废。

本文从不同的配方体系对EPDM的热撕裂影响因素进行研究，以期确定对于EPDM的热撕裂性能的影响因素，为耐热撕裂EPDM 配方的开发进行指导。

1实验部分1.1原材料EPDM牌号K4869C、K8550、K5470，朗盛公司；炭黑N550、N774，东海炭素；石蜡油2291、3801，北京艾迪尔复合材料有限公司；石蜡油2280，太阳石油；气相法白炭黑M-5卡博特公司；防老剂MB宁波硫化公司，其它配合剂均为橡胶工业使用市售原材料。

1.2配方及加工工艺基本配方（质量份）：EPDM150；ZnO5；硬脂酸2；炭黑30~50,石蜡油10~50,白炭黑0~20,促进剂若干。

加工工艺：把EPDM在开炼机上薄通5次，然后调大辊距加入EPDM，待胶料表面光滑后，加入炭黑、石蜡油、氧化锌、硬脂酸等小料，最后加入硫黄、促进剂，胶料混合均匀后，薄通(辊距为1mm)，打三角包3次，打卷5次，调大辊距(8mm)，下料，混炼时辊温保持在40℃~50℃，经8h以上停放，制作试验试片。

1.3测试仪器3L密炼机，东莞市利拿实业（机械）有限公司；8寸开炼机，东莞市利拿实业（机械）有限公司；XW-221型平板硫化机，广州勋威精密检测仪器厂；TDS-2000型电脑拉力机，台湾高铁科技股份有限公司；M2000FAN型无转子硫化仪，台湾高铁科技股份有限公司；GT-7080S2型门尼粘度试验机，台湾高铁科技股份有限公司。

1.4测试与表征撕裂性能按GB/T528—2008硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(裤形、直角形和新月形试样)测试。

硅胶管抗撕裂性能配方的优化硅胶管的基材是以Si—O键为主链的高相对分子质量的聚硅氧烷，具有优异的耐高低温性能(-65～250℃)、电绝缘性能、耐臭氧、耐高电压及耐天候等性能，同时对油类等介质表现出优异的化学惰性，因此在航空航天、电子化学、轻工、化工、交通运输、医疗卫生等方面均得到广泛应用。

但由于硅原子上连有甲基，其分子柔性大，分子链间相互作用力弱，因而硅橡胶硫化后拉伸强度和撕裂强度较差。

市面上大量的硅胶管产品，由于硫化过程不能形成很好的三维交织网络，导致硫化后产品的抗撕裂性能差，在热启模过程中产品容易被撕裂，在使用条件较苛刻的环境下，产品也很容易被挤压撕裂，影响产品的使用性能。

本工作采用过氧化物硫化体系，采用正交试验法考察硫化剂、补强填充剂以及结构控制剂等对硅橡胶抗撕裂性能有明显作用的助剂，以及其对硅橡胶抗撕裂性能的影响，通过对结果的分析和比较，确定出最优化的硅胶管抗撕裂配方。

1实验1．1主要原材料2，4一二氯苯酰过氧化物硅橡胶，牌号110—2，四川晨光化工研究院产品；气相法白炭黑，牌号HL—300，苏州威特化工有限公司产品：过氧化二异丙苯(DCP)，上海高桥石化产品；羟基硅油，四川晨光化工研究院产品；其它原材料均为常用市售产品。

1．2基本配方2，4—二氯苯酰过氧化物硅橡胶，100；过氧化硫DCP，变量；白炭黑，变量；羟基硅油，变量；二苯基硅二醇，变量。

1．3主要仪器和设备X(K)--160型开炼机，QLB平板硫化机，上海第一橡胶机械厂产品；AI--8000S电子拉力机，台湾高铁科技股份有限公司产品；QP—16型橡胶，塑料冲片机，上海化工机械四厂产品；MM4130C无转子硫化仪，北京瑞达宇辰仪器有限公司产品。

1．4试样制备用X(K)—160开炼机进行混炼，辊温40-～50℃。

破胶一将辊距调至2mm，生胶包辊后，先加入白炭黑——缓慢加入结构控制剂——加硫化剂DCP——下片(5mm)。

停放8h后，按MM4130C无转子硫化仪所测的时间，采用QLB平板硫化机在170℃进行试样一段硫化，二段硫化分别在50℃、100℃、150℃下硫化0．5h 后，再在200℃下硫化2h。

一、简答题1、何谓喷霜？何谓焦烧？其产生原因何在？答：喷霜即为某些配合剂（如硫磺、促进剂、防老剂、石蜡等）析出胶料或硫化胶表面的现象；造成这种现象的原因主要是某些配合剂用量过大，超过其常温下在橡胶中的溶解度所造成的。

焦烧是一种胶料早期硫化的现象，即胶料在硫化前的操作或停放中发生不应有的提前硫化现象；原因是配合不当，炼胶操作不当，胶料冷却停放不当。

2、何谓老化？影响橡胶老化的因素有哪些？答：橡胶或橡胶制品的在加工、贮存和使用的过程中，由于受到各种外界因素的作用，而逐步失去原有的优良性能，以致最后失去使用价值，这种现象称为橡胶老化；影响因素有热、氧、臭氧、金属离子、电离辐射、光、机械力等。

3、何谓塑炼？其目的意义何在？答：把具有弹性的生胶变成柔软的具有可塑性的胶料的工艺过程称为塑炼；生胶塑炼的目的：一、使生胶获得一定的可塑性，适合混炼、压延、挤出、成型等后续工艺操作；二、使生胶的可塑性均匀化，以便制得质量均匀的胶料。

4、何谓混炼？其目的意义何在？答：在炼胶机上将各种配合剂加入到橡胶中制成混合胶的工艺过程叫混炼；使配合剂均匀分散,制得质量均匀的混炼胶,并使胶料具有适合的可塑性；混炼不好，出现配合剂分散不均匀，可塑度过高或低、焦烧、喷霜现象，影响压延等后续工序的正常进行，还会导致产品的性能下降。

5、何谓压延？它包括哪些作业形式？答：压延工艺是利用压延机辊筒的挤压力作用使胶料发生塑性流动和变形,将胶料制成具有一定断面规格和一定断面几何形状的胶片,或者将胶料覆盖于纺织物表面制成具有一定断面厚度的胶布的工艺加工过程；作业形式：胶料的压片、压型和胶片贴合及纺织物的贴胶、擦胶和压力贴胶。

6、何谓挤出？它有何作用？答：橡胶的挤出是使胶料通过挤出机连续地制成各种不同形状半成品的工艺过程；应用于制造胎面、内胎、胶管以及各种复杂断面形状或空心、实心、包胶等半成品。

7、何谓弹性变形和塑性变形？答：弹性变形：橡胶在变形后能够恢复其原来状态的形变行为。

配方设计与硫化胶撕裂强度的关系撕裂强度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。

各种橡胶(硫化胶)的撕裂强度：天然橡胶NR>聚酯型热塑性弹性体>异戊橡胶IR>聚氨酯橡胶PUR>氯醇橡胶CO>丁晴橡胶NBR>丁基橡胶IIR>氯丁橡胶CR>氯磺化聚乙烯CSM>SBS热塑性弹性体>顺丁橡胶BR>丁苯橡胶SBR>三元乙丙橡胶EPDM>氟橡胶FKM>硅橡胶Q>丙烯酸酯橡胶ACM。

撕裂强度和硫化体系的关系：撕裂强度和交联密度的关系有一个极大值，一般随交联密度的增加，撕裂强度增大，并出现一个极大值;然后随交联密度的增加，撕裂强度急剧下降。

和拉伸强度类似，但最佳撕裂强度的交联密度不拉伸强度达到最佳值的交联密度要低。

应采用硫磺-促进剂的传统硫化体系，硫磺用量2。

0-3。

0份。

促进剂选用中等活性，平坦性好的品种，如DM，CZ等；过硫影响大。

在天然橡胶中，如果用有效硫化体系代替普通硫化体系时，撕裂强度明显降低。

但过硫影响不大。

撕裂强度和填充体系的关系：随碳黑粒径的减小，撕裂强度增加。

结构度低的碳黑对撕裂强度的提高有利。

在天然橡胶中增加高耐磨碳黑的用量，可以使撕裂强度增大。

在丁苯橡胶中增加高耐磨碳黑的用量（60-70份），出现最大值，然后逐渐下降。

一般合成橡胶特别是丁基橡胶，使用碳黑补强时，都可以明显的提高撕裂强度。

使用各向同性的补强填充剂，如碳黑，白碳黑，白艳华，立德粉和氧化锌等，可以获得较高的撕裂强度。

而使用各向异性的补强填充剂，如陶土，碳酸镁等则不能获得较高的撕裂强度。

某些偶联剂改性的无机填料，如用羧化聚丁二烯CPB改性的碳酸钙，氢氧化铝，也能提高丁苯橡胶的撕裂强度。

软化体系对撕裂强度的影响通常加入软化剂会使硫化胶的撕裂强度降低，尤其是石蜡油对丁苯橡胶硫化胶的撕裂强度极为不利。

而芳氢油则可以保证丁苯橡胶硫化胶的撕裂强度。

浅谈橡胶的各种物性与密度的关系前言：在橡胶制品过程中，一般必须测试的物性实验不外乎有：拉伸强度 2、撕裂强度 3、定伸应力与硬度 4、耐磨性 5、疲劳与疲劳破坏6、弹性7、扯断伸长率。

各种橡胶制品都有它特定的使用性能和工艺配方要求。

为了满足它的物性要求需选择最适合的聚合物和配合剂进行合理的配方设计。

首先要了解配方设计与硫化橡胶物理性能的关系。

硫化橡胶的物理性能与配方的设计有密切关系，配方中所选用的材料品种、用量不同都会产生性能上的差异。

1、拉伸强度：是制品能够抵抗拉伸破坏的根限能力。

它是橡胶制品一个重要指标之一。

许多橡胶制品的寿命都直接与拉伸强度有关。

如输送带的盖胶、橡胶减震器的持久性都是随着拉伸强度的增加而提高的。

A：拉伸强度与橡胶的结构有关：分了量较小时，分子间相互作用的次价健就较小。

所以在外力大于分子间作用时、就会产生分子间的滑动而使材料破坏。

反之分子量大、分子间的作用力增大，胶料的内聚力提高，拉伸时链段不易滑动，那么材料的破坏程度就小。

凡影响分子间作用力的其它因素均对拉伸强度有影响。

如NR/CR/CSM这些橡胶主链上有结晶性取代基，分子间的价力大大提高，拉伸强度也随着提高。

也就是这些橡胶自补强性能好的主要原因之一。

一般橡胶随着结晶度提高，拉伸强度增大。

B：拉伸强度还跟温度有关：高温下拉伸强度远远低于室温下的拉伸强度。

C：拉伸强度跟交联密度有关：随着交联密度的增加，拉伸强度增加，出现最大值后继续增加交联密度，拉伸强度会大幅下降。

硫化橡胶的拉伸强度随着交联键能增加而减小。

能产生拉伸结晶的天然橡胶，弱键早期断裂，有利于主健的取向结晶，因此会出现较高的拉伸强度。

通过硫化体系，采用硫黄硫化，选择并用促进剂，DM/M/D也可以提高拉伸强度，（碳黑补强除外，因为碳黑生热作用）。

D：拉伸强度与填充剂的关系：补强剂是影响拉伸强度的重要因素之一，填料的料径越小，比表面积越大、表面活性越大补强性能越好。

结晶橡胶的硫化胶，出现单调下降因为是自补强性非结晶橡胶如丁苯随着用量增加补强性能增加、过度使用会有下降趣向。