高分子材料成型加工实验讲义

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1、高分子成型加工实验上海工程技术大学化学化工学院高分子材料与工程系二OO六年七月十八日38实验一橡胶的配方设计一、实验目的要求学生按照橡胶的使用条件和性能要求的不同，进行橡胶的配方设计。熟悉橡胶各种配方的换算。二、胶料配方组成硫化胶料一般是由橡胶和各种配合剂组成。根据配方要求不同，而有不同的橡胶品种和配合剂的选用和用量配比。配方组成通常包括基本配合组成、常用配合组成和特殊配合组成三类。配方中除橡胶弹性体及其并用物外，配合剂基本配合组成必须包含有硫化剂、促进剂、活性剂和补强剂（炭黑）、软化剂。常用配合组成除基本配合组成外，尚包含耐热、氧、臭氧、防老剂、白色补强剂、填充剂、分散剂、填料活性

2、剂和偶联剂等。特殊配合组成则添加某些特殊性能要求的配合材料如交联剂、抗静电剂、紫外线吸收剂、防霉剂、阻燃剂和增粘剂。基本配方中一般配合剂组成不多，特别是对生胶性能鉴定的基本配方，要求少受配合剂的干扰，性能反应敏感。如天然橡胶鉴定配方为：生胶100，硫黄3，氧化锌5，促进剂M0.7,硬脂酸0.5。合成橡胶使用的基本性能鉴定配方因胶种不同而异。基本配方至少包括生胶、硫化剂、促进剂、活性剂、补强剂、软化剂、防老剂。合成橡胶因在制造过程中已加有稳定剂，可不需添加防老剂。配方以生胶为100份（质量），其它配合剂用量相应地都以质量数来表示。基本配方通例组成为：生胶100，硫黄1.0-2.5，促进

3、剂0.5-1.5，氧化锌3-5，硬脂酸0.5-2.0，炭黑40-50，防老剂0.25-1.5。以下是橡胶中常见配合剂介绍。常见硫化剂：硫磺；硫化促进剂：常采用两种促进剂：不同的促进剂同时使用，是因为它们的活性强弱及活性温度有所不同，在硫化时将使促进交联作用更加协调，充分显示促进效果；助促进剂：即活性剂，在炼胶和硫化过程中起活化作用；防老剂：多为抗氧剂，用来防止橡胶大分子因加工及其后的应用过程的氧化降解作用，以达到稳定的目的；填充剂：多为碳酸钙，有增容降成本作用，其用量多少也影响制品的硬度和力学强度；机油：作为橡胶软化剂，可改善混炼加工性能和制品柔软性。38三、胶料配方设计根据橡胶配方

4、设计的目的和要求，一般配方设计人是应遵守以下技术原则：1.针对性：经调查研究分析判定制品的使用条件和性能要求，正确制定合理的性能指标。然后进行有针对性的设计试验，合理选用胶种和需用的配合剂种类与用量，并巧妙地运用各种并用技术，以发挥最大效用。2.考虑主要性能而兼顾综合性能：根据制品的合理性能指标，首先满足其主要性能要求如强度、模量、磨耗、弹性、生热、屈挠疲劳和老化等各种性能，对产品而言哪一种或几种性能为主要的，首先设计试验突破解决，同时考虑其它性能的综合平衡，不能偏废。3.整体配合：一般橡胶制品多由几种部件复合而成，因此在部件胶料配方设计时，既要考虑该部件胶料本身的性能要求，还须重视

5、所有部件在性能上和加工工艺上的相互匹配，以获得最佳的整体配合效果。4.橡胶配合剂及其间的相互作用：就是要注意橡胶、配合剂各自内在的联系和彼此间的相互作用，是相互抑制还是有加和作用或协同效应。5.适应性和安全性：胶料配方设计要考虑当前的生产工艺过程和设备条件，必须适应这些生产条件，否则尽管性能优良，仍不能满足工艺和设备条件，须重新设计试验。同时还须注意胶料加工操作的安全性。在配方设计中还须考虑以下两方面的配合技术：1.胶料配合要满足加工要求：(1)粘度控制：对于原料聚合物品种类型，正确选择粘度水平以保证满意的混炼和加工特性是重要的。聚合物的粘度水平一般以门尼粘度表示。标称门尼粘度为50

6、是普通的一种。对容易混和加工高填充剂量或海绵生产则需门尼粘度30；若为配制加工需要一定水平的未硫化胶强度，粘度为100的，则用油稀释。(2)对开炼机的粘附：在开炼机混炼、出片或压延机出片作业时，会有胶料粘附辊筒表面问题，需要有利于隔离的添加剂，而脂肪酸或其衍生物，微晶腊或低分子量聚乙烯是有用的添加物，可用以控制该粘附作用。但在丁腈橡胶中要小心使用，因有限的相容性会产生喷出或胶料缺乏聚结的问题。(3)早期硫化或“焦烧”的避免：硫化体系设计38可实用的胶料快硫化速度易受一定限制。除成本外，混炼和加工期间由于产生热会引起早期硫化或焦烧问题。因此，需要延迟作用的硫化体系，以使过早硫化最少化。

7、对天然橡胶或丁苯橡胶，硫黄硫化广为使用次磺酰胺类促进剂。2.对硫化胶性能的配合：(1)硬度与模量：提高橡胶的硬度与模量，可在橡胶中添加颗粒填料；降低硬度，可使用软化剂和增塑剂。(2)弹性：天然橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶等硫化胶有高的回弹性，配入颗粒填料会逐渐降低回弹性，特别使炭黑和白炭黑作用更为显著。(3)强度：使用伸张结晶的橡胶如天然橡胶、氯丁橡胶在相对低硬度下易获得最高拉伸强度；其它如丁苯橡胶、顺丁橡胶和丁腈橡胶纯胶强度低，要求加入细粒子补强材料，以产生