橡膠制品的配方設計原理

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 　　橡膠制品的配方設計原理

 　　作者：清高（顧衛清） 橡膠技術網

　　一、橡膠的并用。

　　無論是什么橡膠不可能具有十全十美的性能，使用部門往往對產品提出多方面的性能要求，為了滿足此目的，而采用橡膠并用的方法。如，為提高二烯烴類橡膠耐熱、耐光老化性能，可加入氯磺化聚乙烯。丁睛橡膠的耐粙性很好，但耐寒性不好，若并用10%的天然膠，便可改善它的耐寒性。在橡膠中并用高苯乙烯、改性酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂等都可改善橡膠的補強性能。合成橡膠的工藝性能一般都不夠好，特別是飽和較高的合成橡膠，無論是煉膠、壓延、貼合、硫化等性能都比較差，所以常加入天然橡膠或樹脂。以改善其未硫化膠的加工性能。如，丁苯橡膠加入5-20份低壓聚乙烯，可減少丁苯橡膠的收縮率。乙丙橡膠中加入酚醛樹脂可提高粘性。加入天然膠對一般合成橡膠的工藝性能都會有所改善。為了改進工藝加工性能，并用天然膠或樹脂的比例一般都在20%以下。有些合成橡膠性能優良，但價格昂貴，在不損害原物性的前提下，并用其它橡膠或樹脂是完全可行的，如，丁睛膠中并用聚氯乙烯或丁苯膠中摻入天然橡膠，都能起到這一作用。

　　1. 橡膠并用必須具有一定的相溶性，對橡膠來說天然、順丁、異戊橡膠等能以任何比例均一地混合，最終達到相溶狀態。而天然膠與丁基橡膠就不能均一地混合。若硬性機械地混合，所得硫化膠的實際使用性能會顯著地下降，這是因為它們的相溶性很差。并用體系最重要的因素是相溶性，從應用的觀點來看，如果混合不均，非但達不到并用的目的，反而影響工藝加工，特別是硫化。因此，并用問題的焦點是兩種橡膠能否相互混合，以及混合后達到什么樣的相容程度。固體橡膠并用時，因橡膠本身粘度很大，高分子的布朗運動不像液體那么容易，擴散速度較慢，對大分子的位移造成很大的阻力，嚴重影響橡膠間的互容作用。為此在工業生產中都采用機械力強化分子運動，用提高溫度和加入軟化劑的方法來降低粘度，以促進兩種橡膠的混合，所以產物從宏觀上來看雖沒有相分離，但真正達到溶解狀態也不是很多的，其原因包括下來有以下幾點，橡膠的極性、內聚能密度、橡膠的結晶、橡膠的分子量等。

　　2.分散性，高分子固相體橡膠的粘度高，縱然選擇相容性較好的的兩種橡膠，用開練機、密練機在高剪切作用下混合，要像低分子液體那樣，呈分子狀態的均一分散狀態，也是很因難的。橡膠分子的布朗運動不象液體那樣自由，擴散速度較慢，從外表上看是均一地混合了，由于兩種或多種橡膠的分散狀態在廣泛的范圍內變化，并用膠的物理性能將產生很大的差異。 兩種橡膠在空氣中混合時，由于相容性的不一致可產生兩種不同的分散狀態。，即均相分散狀態和非均相分散狀態，實際上并用達到均相分散狀態的可能性很小，在部分是非均相分散狀態組分之間仍然保持一定的界面。以不連續相（島相）分散于連續相（海相）中的分散狀態。非均相分散狀態分為以下三級A,宏觀非均相級，區域尺寸為10-100微，B,微觀非均相為0.1-2微C,半均相級成接枝或嵌段兩種共聚體。一種并用體的分散狀態不可能單一純地存在著一個狀態，而是以幾種狀態并存的局面，只不過某一級為主而已。

　　3.共硫化，除了相容性和分散性外，橡膠并用的另一個重要因素是共硫化性。它是指并用橡膠的硫化體系選擇和硫化速度的調整問題。對相同硫化速度而言，通用橡膠以天然膠為最快，其次是異戊橡膠，順丁橡膠、乳聚順丁、丁苯膠。硫化速度較慢的橡膠可采用減少硫黃，增加促進劑的方法，以與天然橡膠的硫化速度互相配合。一般對同一硫化速度的橡膠，天然橡膠為高硫黃低促進劑、丁苯橡膠為低硫黃高促進劑，順丁膠處于兩者之間。橡膠硫化速度的差異與其分子結構的關系很大。不同硫化體系橡膠，如天然膠與氯丁膠或丁基橡膠并用。雖可以提高并用體系的加工性能，但因缺泛共硫化性能所得的硫化膠性能比平均值還低，不能獲得滿意的性能。把丁基橡膠鹵化后或提高不飽和度，可改善與天然膠的共硫化。選用適宜的共硫化劑，如天然膠與氯丁膠的共硫化劑可為醛類物質，并用性能差不多呈直線變化。從實際生產看，并用橡膠的共硫化性與分散性是不可分割的。橡膠之間分散越均勻，硫化的物理性能越好，但并用橡膠多為非均相分散狀態，由于兩相間硫化程度的差異以及界面之間的不同橡膠能否交聯、接枝等因素，對硫化膠的物性有決定性的影響，造成并用橡膠兩相間硫化程度不均的原因是1.硫化膠的溶解度，在溫室條件下，按通常配方所加入的硫化劑數量為過保和或近似于保和狀態，在硫化溫度范圍內就變成不保和狀態，并用兩相間的溶解度之差，造成兩相間硫化劑分配不均一，也存在濃度差，從而導致并用橡膠兩相間的硫化程度非均性2.硫化劑的擴散性，由于橡膠的溶解度不同，在并用體系的兩相間，硫化劑會引起擴散引起遷移，在一定溫度下，通常向硫化劑溶解度高的橡膠相遷移，當達到分配系數后，為平衡狀態。硫化劑等配合劑的擴散速度非常迅速，同一種橡膠中的濃度差異在短時間內就可消除。

　　總之并用橡膠物性的好壞與其硫化系統有密切的關系，選擇兩種橡膠并用時，要考濾到兩者所采用的硫化體系是否一致，有沒共硫化作用，對同一硫化體系而言，還存在著硫化劑的溶解度和擴散的差異，硫化時由于硫化劑偏向于擴散濃度大的橡膠，導致硫化速度快，結果造成過硫或欠硫的兩種橡膠并存，從而異相間形成不均一硫化，并用橡膠物性下降，如三元乙丙與丁苯膠并用效果就不夠好。為了提高二烯烴類橡膠的抗臭氧性能，并用相容性差的EPDM時，將EPDM的各種硫化促進劑做接枝處理，可大大改善對NR的混合性，用加成硫黃法亦可改進EPDM/NR并用體系的耐疲勞、耐曲繞性。此外，并用體系中加入第三組份，或提高不保和度，如IIR的異戊二烯烴從1.8%提高到18%,可提高二烯烴類橡膠的并用性能。還有使丙烯酸酯橡膠主鏈引入不保和基團，使之能用硫黃共硫化。羥甲基化樹脂和丁睛橡膠并用可制得高抗張強度、高硬度產物。

　　4.并用橡膠中的化學反應。天然橡膠與順丁橡膠并用有交聯反應，而天然膠與丁睛膠則無交聯反應。聚胺脂橡膠與丁睛膠并用體系也有交聯反應。總之并用橡膠必須充分考濾以上四點。

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