橡胶制品的配方设计原理

发布时间:2015-01-04 09:43:41   人浏览 来源:清高(顾卫清) 橡胶技术网

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   橡胶制品的配方设计原理

   作者:清高(顾卫清) 橡胶技术网

  一、橡胶的并用。

  无论是什么橡胶不可能具有十全十美的性能,使用部门往往对产品提出多方面的性能要求,为了满足此目的,而采用橡胶并用的方法。如,为提高二烯烃类橡胶耐热、耐光老化性能,可加入氯磺化聚乙烯。丁睛橡胶的耐粙性很好,但耐寒性不好,若并用10%的天然胶,便可改善它的耐寒性。在橡胶中并用高苯乙烯、改性酚醛树脂、三聚氰胺树脂等都可改善橡胶的补强性能。合成橡胶的工艺性能一般都不够好,特别是饱和较高的合成橡胶,无论是炼胶、压延、贴合、硫化等性能都比较差,所以常加入天然橡胶或树脂。以改善其未硫化胶的加工性能。如,丁苯橡胶加入5-20份低压聚乙烯,可减少丁苯橡胶的收缩率。乙丙橡胶中加入酚醛树脂可提高粘性。加入天然胶对一般合成橡胶的工艺性能都会有所改善。为了改进工艺加工性能,并用天然胶或树脂的比例一般都在20%以下。有些合成橡胶性能优良,但价格昂贵,在不损害原物性的前提下,并用其它橡胶或树脂是完全可行的,如,丁睛胶中并用聚氯乙烯或丁苯胶中掺入天然橡胶,都能起到这一作用。

  1. 橡胶并用必须具有一定的相溶性,对橡胶来说天然、顺丁、异戊橡胶等能以任何比例均一地混合,最终达到相溶状态。而天然胶与丁基橡胶就不能均一地混合。若硬性机械地混合,所得硫化胶的实际使用性能会显着地下降,这是因为它们的相溶性很差。并用体系最重要的因素是相溶性,从应用的观点来看,如果混合不均,非但达不到并用的目的,反而影响工艺加工,特别是硫化。因此,并用问题的焦点是两种橡胶能否相互混合,以及混合后达到什么样的相容程度。固体橡胶并用时,因橡胶本身粘度很大,高分子的布朗运动不像液体那么容易,扩散速度较慢,对大分子的位移造成很大的阻力,严重影响橡胶间的互容作用。为此在工业生产中都采用机械力强化分子运动,用提高温度和加入软化剂的方法来降低粘度,以促进两种橡胶的混合,所以产物从宏观上来看虽没有相分离,但真正达到溶解状态也不是很多的,其原因包括下来有以下几点,橡胶的极性、内聚能密度、橡胶的结晶、橡胶的分子量等。

  2.分散性,高分子固相体橡胶的粘度高,纵然选择相容性较好的的两种橡胶,用开练机、密练机在高剪切作用下混合,要像低分子液体那样,呈分子状态的均一分散状态,也是很因难的。橡胶分子的布朗运动不象液体那样自由,扩散速度较慢,从外表上看是均一地混合了,由于两种或多种橡胶的分散状态在广泛的范围内变化,并用胶的物理性能将产生很大的差异。 两种橡胶在空气中混合时,由于相容性的不一致可产生两种不同的分散状态。,即均相分散状态和非均相分散状态,实际上并用达到均相分散状态的可能性很小,在部分是非均相分散状态组分之间仍然保持一定的界面。以不连续相(岛相)分散于连续相(海相)中的分散状态。非均相分散状态分为以下三级A,宏观非均相级,区域尺寸为10-100微,B,微观非均相为0.1-2微C,半均相级成接枝或嵌段两种共聚体。一种并用体的分散状态不可能单一纯地存在着一个状态,而是以几种状态并存的局面,只不过某一级为主而已。

  3.共硫化,除了相容性和分散性外,橡胶并用的另一个重要因素是共硫化性。它是指并用橡胶的硫化体系选择和硫化速度的调整问题。对相同硫化速度而言,通用橡胶以天然胶为最快,其次是异戊橡胶,顺丁橡胶、乳聚顺丁、丁苯胶。硫化速度较慢的橡胶可采用减少硫黄,增加促进剂的方法,以与天然橡胶的硫化速度互相配合。一般对同一硫化速度的橡胶,天然橡胶为高硫黄低促进剂、丁苯橡胶为低硫黄高促进剂,顺丁胶处于两者之间。橡胶硫化速度的差异与其分子结构的关系很大。不同硫化体系橡胶,如天然胶与氯丁胶或丁基橡胶并用。虽可以提高并用体系的加工性能,但因缺泛共硫化性能所得的硫化胶性能比平均值还低,不能获得满意的性能。把丁基橡胶卤化后或提高不饱和度,可改善与天然胶的共硫化。选用适宜的共硫化剂,如天然胶与氯丁胶的共硫化剂可为醛类物质,并用性能差不多呈直线变化。从实际生产看,并用橡胶的共硫化性与分散性是不可分割的。橡胶之间分散越均匀,硫化的物理性能越好,但并用橡胶多为非均相分散状态,由于两相间硫化程度的差异以及界面之间的不同橡胶能否交联、接枝等因素,对硫化胶的物性有决定性的影响,造成并用橡胶两相间硫化程度不均的原因是1.硫化胶的溶解度,在温室条件下,按通常配方所加入的硫化剂数量为过保和或近似于保和状态,在硫化温度范围内就变成不保和状态,并用两相间的溶解度之差,造成两相间硫化剂分配不均一,也存在浓度差,从而导致并用橡胶两相间的硫化程度非均性2.硫化剂的扩散性,由于橡胶的溶解度不同,在并用体系的两相间,硫化剂会引起扩散引起迁移,在一定温度下,通常向硫化剂溶解度高的橡胶相迁移,当达到分配系数后,为平衡状态。硫化剂等配合剂的扩散速度非常迅速,同一种橡胶中的浓度差异在短时间内就可消除。

  总之并用橡胶物性的好坏与其硫化系统有密切的关系,选择两种橡胶并用时,要考滤到两者所采用的硫化体系是否一致,有没共硫化作用,对同一硫化体系而言,还存在着硫化剂的溶解度和扩散的差异,硫化时由于硫化剂偏向于扩散浓度大的橡胶,导致硫化速度快,结果造成过硫或欠硫的两种橡胶并存,从而异相间形成不均一硫化,并用橡胶物性下降,如三元乙丙与丁苯胶并用效果就不够好。为了提高二烯烃类橡胶的抗臭氧性能,并用相容性差的EPDM时,将EPDM的各种硫化促进剂做接枝处理,可大大改善对NR的混合性,用加成硫黄法亦可改进EPDM/NR并用体系的耐疲劳、耐曲绕性。此外,并用体系中加入第三组份,或提高不保和度,如IIR的异戊二烯烃从1.8%提高到18%,可提高二烯烃类橡胶的并用性能。还有使丙烯酸酯橡胶主链引入不保和基团,使之能用硫黄共硫化。羟甲基化树脂和丁睛橡胶并用可制得高抗张强度、高硬度产物。

  4.并用橡胶中的化学反应。天然橡胶与顺丁橡胶并用有交联反应,而天然胶与丁睛胶则无交联反应。聚胺脂橡胶与丁睛胶并用体系也有交联反应。总之并用橡胶必须充分考滤以上四点。
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