配方设计与硫化胶物理性能的关系

1、配方设计与硫化胶物理性能的关系拉伸强度拉伸强度表征制品能够抵抗拉伸破坏的极限能力。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品性取代基，分子间的价力大大提高，拉伸强度也随着提高。

2、也就 是这些橡胶自补强性能好的主要原因之一。一般橡胶随着结品度提高，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。能产生拉伸结品的天然 橡胶，弱键早期断裂，有利于主健的取向结品，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

3、越大、表面活性越大补强性能越好。结品橡胶的硫化胶，出现单调下降因为是自补强性非结品橡胶 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。低不和橡胶随着用量的增加达到最在 值可保持不变。E：拉伸强度与软化剂的关系：加入软化剂会降低拉伸强度，但少量加入，一般在开练机7份以下， 密练机在5份以下会改善分散，有利于提高拉伸强度。软化剂的不同对拉伸强度降低的程度也不同。 一般天然橡胶适用于植物油类。非极性橡胶用芳烃油如SBR/IR/BR.。如IIR /EPDM用石腊油、环烷 油。NBR/CR 用 DBP/DOP之类。提高拉伸强度的其它方法有，用橡胶与树脂共混、橡胶化学改性、填料表面改性（如加桂烷等

4、）橡胶的拉伸强度：未填充硫化胶:聚氨酯橡胶PU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FKMT橡胶BRH元乙丙橡胶EPDM丁苯橡胶SBR丙烯酸酯橡胶 ACM氯醇橡胶ECO硅橡胶Q填充硫化胶:聚氨酯橡胶PU聚酯型热塑性弹性体天然橡胶NR/异戊IRSBS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ECO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，远远低于室温下的拉伸强度.硫化体系的影响对常用的软质硫

5、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.*结品型（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.*非结品型（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

6、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.*芳氢油对非极性的不饱和橡胶（异戊橡胶,顺丁橡胶,丁苯橡胶）硫化胶的拉伸强度影响小.用量5-15份 *石蜡油对非极性的不饱和橡胶（异戊橡胶,顺丁橡胶,丁苯橡胶）硫化胶的拉伸强度影响大.*对极性的不饱和橡胶（如丁晴橡胶，氯丁橡胶），最好采用芳氢油和酯类软化剂（如DBP,DOP等）提高硫化胶拉伸强度的其他方法：*橡胶和某些树脂共混；如天然胶,丁苯橡胶和高苯乙烯树脂共混.天然胶和聚乙烯共混.丁晴

7、橡胶和聚 氯乙烯共混,乙丙橡胶与聚丙烯共混.*橡胶的化学改性.*填料的改性= 使用表面活性剂或偶联剂.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.A：撕裂强度与拉伸没有直接关系：在许多情况下撕裂与拉伸是不成正比的。一般情况下，结品橡胶 比非结品橡胶撕裂强高。B：撕裂强度与温度有关：除了天然橡胶外，高温下撕裂强度均有明显地下降。碳 黑、白炭黑填充的橡胶其撕裂强度有明显地提高。C：撕裂强度与硫化体系有关。多硫键有较高的撕裂强度。硫黄用量高撕裂强度高。但过多的硫黄用 量撕裂强度会显着地降低。使用平坦性较好的促进剂有利于提高撕裂强度。D：撕裂强度与填充体系有关：各种补强填充如、

8、碳黑、白炭黑、白艳华、氧化锌等，可获较高的撕 裂强度。某些桂烷等偶联剂可以提高撕裂强度。通常加入软化剂会使撕裂强度下降。如石腊油会使 丁苯胶的撕裂强度极为不利。而芳烃油就变化不大。如CM/NBR用酯类增塑剂比其它软化剂就影响 小多了。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PU氯醇橡胶CO 丁晴橡胶NBR 丁基 橡胶1决氯丁橡胶CR氯磺化聚乙烯CSMSBS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，

9、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比拉伸强度 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

10、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。*采用石油系软化剂作为丁晴橡胶和氯丁橡胶的软化剂时，应使用芳氢含量高于50-60%的高芳氢油 而不能使用石蜡油。

11、定伸应力和硬度定伸应力与硬度是橡胶材料的刚度重要指标，是硫化胶产生一定形变所需要的力，与较大的拉伸形 变有关，两者相关性较好，变化规律基本一至。橡胶分子量越大，有效交联定伸应力越大。为了得到规定的定伸应力，可对分子量较小的橡胶适当 提高交联密度。凡能增加分子间作用力的结构因素。都能提高硫化胶的网洛抵抗变形能力。如 CR/NBR/PU/NR等有较高的定伸应力。定伸应力与交联密度影响极大。不论是纯胶还是补强硫化胶，随着交联密度的增加，定伸应力与硬 度也随之直线增加。通常是通过对硫化剂、促进剂、助硫化剂、活性剂等品种的调节来实现的。含 硫的促进对提高定伸应力更有显着的效果。多硫健有利于提高定伸应力。

12、填充剂能提高制品的定伸 应力、硬度。补强性能越高、硬度越高，定伸应力就越高。定伸应力随着硬度的增加，填充的增加 越高。相反软化剂的增加，硬度降低，定伸应力下降。除了增加补强剂外还有并用烷基酚醛树脂硬 度可达95度、高苯乙烯树脂。使用树脂RS、促进剂H并用体系硬度可达85度等等。高定伸应力橡胶:氯丁橡胶,丁晴橡胶，聚氨酯橡胶，结品型橡胶如天然橡胶等.*不论是纯胶硫化还是填充硫化胶，随交联密度增加，定伸应力和硬度也随之直线上升.交联密度的大小通常是通过调整硫化体系中的硫化剂，促进剂，助硫化剂,活性剂等配合剂的品种和用 量类实现.有的促进剂只有一种功能,有的促进剂具有多种功能;如秋兰姆类,胍类和次磺

13、酰胺类促进剂的活性很 高.其硫化胶的定伸应力也比较高.TMTD具有多种功能，兼有活化，促进及硫化作用，因此TMTD可以有效的提高定伸应力.在配方设计中，为了保持硫化胶定伸应力恒定不变，需要减少多硫键含量而减少硫磺用量时，应当增加 促进剂用量.使硫磺用量和促进剂用量之积(硫磺数量*促进剂用量)保持恒定.填充体系和定伸应力的关系：*不同类型的填料对硫化胶定伸应力和硬度的影响是不同的:粒径小,活性大的填料，硫化胶定伸应力和 硬度提高的幅度较大.随填料用量的增加，定伸应力和硬度也随之增大.*结构性高的碳黑其定伸应力也高.*一般来说，硫化胶的硬度随填料用量的增加而增大.磨耗耐磨耗性能表征是硫化胶抵抗摩察

14、力作用下因表面破坏而使材料损耗的能力。是与橡胶制品使用寿 命密切相关的力学性能。耐磨性的形式有：A、磨损磨耗：在摩擦时表面上不平的尖锐的粗糙物不断地切割、乱擦。致使橡胶表面接触点被切割、扯断成微小 的颗粒，从橡胶表面脱落下来、形成磨耗。磨耗强度与压力成正比与拉伸强度成反比。随着回弹性 提高而下降。B、疲劳磨耗：与摩擦面相接触的硫化胶表面，在反复的过程中受周期性的压缩、剪切、拉伸等变形作用，使橡胶 表面产生疲劳，并逐渐在其中产生微裂纹。这些裂纹的发展造成材料表面的微观剥落。疲劳磨耗随 着橡胶的弹性模量、压力提高而增加，随着拉伸强度的降低而和疲劳性能变差而加大。C：卷曲磨耗：橡胶与光滑的表面接触时

15、，由于磨擦力的作用，使硫化胶表面不平的地方发生变形，并被撕裂破坏， 成卷的脱落表面。耐磨性能和硫化胶的主要力学性能有关。在设计配方时要设法平衡各种性能之间的关系。耐磨性与 胶种之间关系最大，一般来讲 PUBRSSBRSBR (EPDM) NRIR (IIR) CR耐磨性与硫化体系有关，适量地提高交联彳呈度能提高耐磨性能。单硫健越多耐磨性越好，这就是半 有效硫化体系的耐磨性最好的道理。用CZ做第一促进剂的耐磨性能要比其它促进剂好，最佳的补强 剂用量会提高一定的耐磨性能。合理地使用软化剂会能最小地降低耐磨性。如天然胶、丁苯胶用芳 烃油。有效地使用防老剂，可防止疲劳老化。提高碳黑的分散性可提高耐磨性

16、能。使用桂烷表面处理剂改性可大大地提高耐磨性能。采用橡塑共混来提高耐磨性能，如丁睛与聚氯乙烯并用，所制造的纺织皮结。用丁睛与三元尼龙并用，丁晴与酚醛树脂并用。添加固体润滑剂和减磨性材料。如丁睛胶橡胶胶料中添加石墨、二硫化钼、氮化硅、碳纤维，可使 硫化胶的磨擦系数降低，提高其耐磨性能。耐磨耗性表征硫化胶抵抗摩擦力作用下因表面破坏而使材料损耗的能力.橡胶的磨耗主要以下三种形式：1.磨损磨耗；2.疲劳磨耗；3.卷曲磨耗硫化胶的耐磨耗性与拉伸强度，定伸应力，撕裂强度，疲劳性能以及粘弹性能有关.定伸应力对不同类型的磨耗有不同的影响.定伸应力高时，摩擦表面上的凸它压入橡胶深度小，抗变形 能力强，摩擦系数小

17、，而且橡胶表面刚性大,不易打皱而引起卷曲，对磨损磨耗和卷曲磨耗有利.提高硫 化胶的弹性，耐磨耗性也会随之提高.胶种的影响：*在通用的二烯类橡胶中，其硫化胶的耐磨耗性如下：*顺丁橡胶溶聚丁苯橡胶 乳聚丁苯橡胶 天然橡胶异戊橡胶顺丁橡胶硫化胶的耐磨耗性随顺式链节（1,4结构詹量的增加而提高*丁苯橡胶弹性，拉伸强度,撕裂强度都不如天然橡胶,但却优于天然橡胶.丁苯橡胶耐磨耗性随分子量的增加而提高.丁晴橡胶硫化胶的耐磨耗性比异戊橡胶好，丁晴橡胶耐磨性随丙烯晴含量增加而提高.羧基丁晴胶耐磨耗性好.乙丙橡胶硫化胶的耐磨耗性，和丁苯橡胶相当，乙丙橡胶随生胶门尼粘度的提高,其耐磨耗性也随之提高.丁基橡胶硫化胶的

18、耐磨耗性，在20度时和异戊橡胶相近;但当温度升至100度时,耐磨耗性急剧降低.丁基橡胶采用高温混炼时，硫化胶的耐磨耗性显著提高.以氯磺化聚乙烯为基础的硫化胶,具有较高的耐磨耗性，高温下的耐磨耗也好.丙烯酸酯橡胶为基础的硫化胶,比丁晴橡胶硫化胶稍微差一点聚氨酯橡胶是所有橡胶中在常温下耐磨耗性最好的一种.在高温下耐磨耗性急剧下降.胶种：磨耗量/MGPUR0.5-3.5 TOC o 1-5 h z NBR44CR:280NR146SBR177IIR205硫化体系和耐磨耗性的关系硫化胶的耐磨耗性随硫化剂用量增大有一个最大值，耐磨耗性达到最佳状态时的最佳硫化程度,随碳 黑用量增大及结构性提高而降低.一般

19、硫磺+促进剂CZ体系的耐磨耗性比较好.以DTDM+硫磺（低于1.0份）+促进剂NOBS体系硫化胶耐磨耗性和其他力学性能比较好以硫磺+CZ（主促进剂）+TMTD+DM+D（副促进剂）硫化天然胶时，硫磺用量1.8-2.5份.以顺丁胶为主的胶料，硫磺用量为1.5-1.8份.填充体系和耐磨耗性的关系通常硫化胶的耐磨耗性随碳黑粒径减小，表面活性和分散性的增加而提高。在EPDM胶料中添加50质量份的SAF和ISAF碳黑的硫化胶，其耐磨耗性比填充等量FEF碳黑的 耐磨性提高一倍。各种橡胶的最佳填充量：BR充油SBR不充油SBRIRNR用硅烷偶联剂处理的白碳黑也可以提高硫化胶的耐磨耗性。软化剂对硫化橡胶耐磨耗

20、性的影响通常在胶料中加入软化剂能降低硫化胶的耐磨耗性。充油丁苯橡胶（SBR-1712）的硫化胶耐磨耗性比SBR-1500高1-2倍。总的来说，在天然橡胶中和丁苯橡胶中采用芳径油，对耐磨耗的损失较小。耐磨耗性与防护体系的关系在疲劳磨耗的条件下，胶料中添加防老剂可以提高硫化胶的耐磨耗性。防老剂最好选用能防止疲劳老化的品种，具有优异的防臭老化的对苯二胺类防老剂，尤其是1019NA， 效果突出。防老剂H，DPPD也有防止疲劳老化的效果，但因为喷霜限制其使用。防老剂D对NR也有防止疲劳老化的效果。但对SBR无效。在SBR中，防老剂IPPO对其疲劳老化有防护效果。除N010NA夕卜，UOP588 (6PP

21、D), DTPD, DPPD/H等也均有一定的防止疲劳老化的效果。五：疲劳与疲劳破坏硫化胶受到交变应力作用时，材料的结构和性能发生变化的现象叫疲劳。随着疲劳过彳呈的进行，导 全材料破坏的现象叫做疲劳破坏。A：橡胶结构的影响，玻璃化温度低的橡胶耐疲劳性能好。有极性基团的橡胶耐疲劳性能差。分子内 有庞大基团或侧基的橡胶，耐疲劳性能差、结构序列规整的橡胶，容易聚向结品，耐疲劳性差。B：橡胶硫化体系影响，单硫健的硫化体系，疲劳性能最小，耐疲劳性能好，增加交联剂的用量会使 硫化胶的疲劳性能下降。所以应尽量减少交联剂的用量。C：填充剂的影响，补强性能越小的填充剂影响越小，填充剂用量越大影响越大，应尽量少用

22、填充剂。 D：软化体系的影响，尽可能选用软化点低的非粘稠性软化剂；软化剂的用量尽可能多一些，相反高 粘度软化剂不宜多用，如松焦油的耐疲劳性差，脂类增塑剂的耐疲劳性就好。六.弹性橡胶最宝贵特性是弹性。高弹性源于橡胶分子运动，完全由卷曲分子的构象变化所造成的，除去外 力后能立即恢复原状，称理想的弹性体。橡胶分子之间的作用会妨碍分子链段运动，表现出粘性或 粘度。所以说橡胶的特性是既有弹性又有粘性。影响弹性的因素有形变大小、作用时间、温度等。 橡胶分子间的作用增大，分子链的规整性高时，易产生拉伸结品，有利于强度提高，显示出高弹性。 在通用橡胶中的天然、顺丁胶弹性最好，其次是丁睛、氯丁。丁苯与丁基较差。A：弹性与交联密度有关：随着交联密度的增加，硫化胶的弹性增加，并出现最大值，交联密继续增加弹性呈下的趣势。适当 地提高流化程度对弹性有利。在高弹性配合中选用硫黄与CZ并用、与促进D并用硫化胶的回弹性 较高，滞后损失小。B：弹性与填充体系有关：提高含胶率是提高弹性的最直接、最有效的办法，补