天然橡膠的配方設計

2021-03-04 01:32:55 字數 2582 閱讀 7523

天然橡膠是不飽和的、具有結晶性的二烯類橡膠。具有良好的彈性、較高的機械強度和優越的加效能,是應用最早且最廣泛的膠種。

1. 硫化體系

天然橡膠適用的硫化劑有硫、硒、碲;硫黃給予體;有機過氧化物;酯類;醌類等。使用時應根據製品的不同效能要求而分別採用不同型別的硫化體系。硫黃硫化體系按促進劑的用量與硫黃用量的比例變化可以組成三種不同特點的硫化體系:

普通硫黃硫化體系、半有效硫黃硫化體系、有效硫黃硫化體系。

普通硫黃硫化體系(常規硫化體系,又稱高硫低促體系)是採用高量的硫黃和低量的進劑配合的硫化體系,其交聯鍵以多硫鍵為主,老化前膠料的通用物理機械效能較好,表現為強度高、彈性好、耐磨性高,其成本低,但耐熱性、耐老化性差,硫化時返原性大。由於天然橡膠不飽和度大,硫黃用量可比合成橡膠多,在軟質橡膠製品中硫黃用量大約為2~3份,常用1.75~2.

75份。促進劑用量在1份以下,硫黃用量在2.5份以上時,物理機械效能如拉伸強度、伸長率變化不大,而永久變形、硬度和定伸應力增加。

使用促進劑有m、dm、cz、nobs、d、tt等,可以單用也可並用,常見並用形式有dm、d/ts、d/dm、m/h、m/tt、m/ts、cz/tt、dm/d/h、dm/m/tt、dm/tt、cz/dm、nobs/dm等等。

半有效硫化體系介於普通硫黃化體系和有效硫黃硫化體系之間。半有效硫化體系是由中等硫黃用量(1~1.7份)和促進劑組成。

交聯鍵中既有多硫鍵也有單、雙硫鍵。其硫化膠兼有耐熱、耐疲勞和抗硫化返原等多種綜合功能,因此獲得廣泛應用。典型配有s/ns(1.

5/1.5)、s/ns/dtdm(1.5/0.

6/0.6)。

硫黃用量對天然橡膠硫化膠效能的影響見表1

表1硫黃用量對天然橡膠硫化膠效能的影響

酯類硫化體系是指氨基甲酸酯交聯體系,它是二異氰酸酯(tdi、mdi)和對亞硝基苯酚的加成物

(對醌單肟氨基甲酸酯),能賦予天然橡膠良好的抗返原性、耐熱性和耐老化性。可改善天然橡膠與簾線、織物、鋼絲和其他材料的黏合效能。

馬來醯亞胺硫化體系屬於高溫硫化體系,硫化膠的抗返原性和熱穩定性好,並且壓縮永久變形小,與玻璃纖維的黏合性好,可作為硫化劑的馬來醯亞胺主要有n,n`-間亞苯基雙馬來醯亞胺、4,4`-亞甲基雙馬來醯亞胺、2,6-二叔丁基-4-(馬來醯亞胺甲基)苯酚以及4,4`-二硫代雙苯基馬來醯亞胺等。其中以二硫代雙苯基馬來醯亞胺和間亞苯基雙馬來醯亞胺效果最好。

天然橡膠可以用有機過氧化物硫化。最常用的有機過氧化物為過氧化二異丙苯(dcp)。dcp用量為2~4份,硫化膠形成的交聯鍵為碳-碳鍵。

硫化膠具有好的熱穩定性和優異的耐高溫老化效能,蠕變小,壓縮永久變形小,動態效能好,抗返原性好。缺點是膠料硫化速度快,交聯效率高,硫化膠抗動態疲勞效能好。該類品種有聚(2-二乙氨基雙-4,6-二硫醇基三嗪)、聚(2-六亞甲基雙-4,6-二硫醇基三嗪)和聚(2-n-甲基環乙基氨基雙-4,6-二硫醇基三嗪)。

天然橡膠硫黃硫化體系通常要配用氧化鋅2~5份、硬脂酸1~3份等活性劑。

1.2補強填充體系

依據配方要求,加入多孔粉石英填料可以提高膠料的物理效能,顯示出較好的補強作用。其天然非晶態二氧化矽與其他矽粉相比具有細度高、活性高、比重輕的特點,因此它更易於同橡膠裡的高份子等其他材料匹配融合。試驗結果來看,該填料可替代部份炭黑、白炭黑降低生產成本。

在天然橡膠配合中要求耐磨時可加入超耐磨炭黑(n110)、中超耐磨炭黑(n220)和高耐磨炭黑(n330)等。要求提高耐撕裂性時,以槽法炭黑效果最好。要求強度不高、彈性好、加工效能好時可用快壓出爐黑(n550)、通用爐黑(n660)、半補強爐黑(n770)等。

選用炭黑時,要注意炭黑的粒徑、結構、表面活性和ph值,ph值影響硫化速度,因此要根據炭黑的酸鹼性,相應調整硫化體系的品種和用量。對爐法炭黑應選用後效性促進劑,且用量不宜太大。

對於淺色、豔色製品,天然橡膠可加沉澱白炭黑、活性白炭黑、超細多孔粉石英等作補強劑,加入沉澱白炭黑時應配有機活性劑二甘醇(一縮二乙二醇)、甘油(丙三醇)、乙醇胺、聚乙烯醇等調節硫化速度,用量一般為白炭黑用量5%~10%。

補強劑用量可根據製品效能要求和含膠率指標確定,一般來說,要獲得最高強度,用量40~45份為宜,用量過大,強度返而降低。若要求低強度、低成本,則可新增陶土、caco3等填充劑,以降低含膠率。

1.3防護體系

天然橡膠因不飽和性的關係,容易和氧、臭氧結合發生老化現象。而熱、光、屈撓變形以及錳、銅金屬等 ,也是促進老化的因素,因此天然橡膠必須根據實際用途和使用條件合理選擇防老劑以延長製品的使用壽命。常用防老劑有防老劑d、防老劑a、防老劑dnp、防老劑4010、防老劑4010na、防老劑aw、防老劑mb、防老劑sp、防老劑sp-c、防老劑rd,可單用或並用,淺色製品注意選擇非汙染性防老劑。

1.4軟化增塑體系

1.4.1物理增塑劑

軟化增塑的使用是為了獲得良好的工藝效能,如黏性、柔軟性,便於混煉、壓延、壓出成型等工藝操作,還可調節膠料的硬度。選擇軟化增塑劑要考慮對物理機械效能的影響。軟化增塑劑的常用品種有松焦油和固體古馬隆,一般用量4~5份,石油系各類軟化劑5~15份。

1.4.2化學增塑劑(塑解劑)

天然橡膠中的煙片膠、縐片膠門尼黏度較高,給塑煉工藝帶來一定困難,以往塑煉一般加入進劑m和dm進行塑解,但效果不理想。新增化學塑解劑可以提高生膠的塑煉效果,縮短時間,提高效率。天然橡膠常用塑解劑有sj-103和12-i等,用量0.

1~0.3份。前者開煉機、密煉機都適宜,後者只適用於密煉機塑煉工藝。

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