一、胶配方的组成
橡胶配方中包含多种成分,这些成分也称为配合剂。每种成分在胶料中发挥着不同的作用。正是由于多种配合剂的协同作用才使胶料具有特定的物理机械性能和加工性能,胶料配方由以下几部分组成
(1)生胶为配方的主体材料,可以是单一胶种,也可以是两种或两种以上的胶种并用,或为橡塑共混料。生胶的品种和在配方中的含量决定了胶料最基本的特性,例如配方中生胶为天然橡胶,则此配方胶料具有优良的拉伸强度、伸长率、撕裂强度及优异的弹性;生胶为丁腈橡胶,则该配方胶料具有优良的耐油性能等.
(2)硫化体系包括硫化剂、促进剂和活性剂。硫化剂如硫黄、过氧化物、硫黄给子体等,在配方中的功能是使橡胶大分子之间产生交联,形成网状三维结构,使橡胶具有较高的强度、弹性等物理机械性能;促进剂在配方中的作用是加快硫化速率、缩短硫化时间,其品种有噻唑类、次磺酰胺类、秋兰姆类、胍类和硫脲类等;活性剂的作用是增加促进剂的活性,也称为助促进剂。主要品种是金属氧化物如氧化锌和有机酸如硬脂酸等。硫化剂、促进剂、活性剂三者协同作用使胶料达到充分硫化面具有一定的物理机械性能.
(3)补强填充体系补强剂包括各种类型的炭黑、白炭黑,在胶料中起补强作用。可使胶料拉伸强度、定伸应力、硬度等力学性能得到明显的提升;填充剂如陶土、碳酸钙、硅粉等在胶料中主要是起填充、降低成本的作用,对物理机械性能贡献较小.
(4)防护体系在配方中的主要功能是防止橡胶制品在储在储存、使用过程中受光、热、空气中氧气作用产生降解,或进一步交联、硬化等老化现象。其主要品种有各种胺类和取代酚。
(5)加工助剂包括各种操作油、塑解剂、均匀剂、分散剂,等。在配方中的功能主要是增加胶料易加工性、降低能耗,促进润滑剂、增黏剂性、调节硫化胶硬度等作用。例如各种石油系软化剂、合成酯类增加胶料流动基酚醛树脂类、芳香二硫化物、五氯硫酚等皂素、石油树脂烷基酚醛树脂类、芳香二硫化物、五氯硫酚等。
6)黏合体系其功能是增加橡胶与骨架材料如钢丝帘线、纤维、织物之间的黏合,如间苯二酚甲醛白炭黑体系、钴盐体系、间苯二酚乙醛树脂(RE)体系或间苯二酚甲醛树脂与钴盐并用体系等。
7)其他组分如着色剂、偶联剂、防静电剂、发泡剂、溶剂等。
二、橡胶配方设计原则:
一般而言,配方设计可遵循下面原则进行。
(1)根据产品的使用条件,如温度、介质、受力情况及其他特殊要求,首先选择合适的胶种及配合剂以求得到最什物理机械性能;
(2)配方设计时要考虑到加工工艺的可行性,如胶料混炼的易操作性、物料易分散性料流动性、挤出产品表面光洁等度;
(3)在保证胶料性能及工艺可行的前下,尽可能降低材料成本,加快硫化速率,提高产效率;
(4)应尽量避免使用有及污染环境的原材料,以减少环境污染和保护操作人员健康;
(5)必须考虑到各种配合剂之间的相互作用,某些配合剂之间可产生协同效应,如促进剂D可增强防老剂MB的防护功能,而过氧化物在硫化温度下极易与含活泼氢物质反应被消耗,因而在使用过氧化物硫化时,应尽可能避免使用含活泼氢配合剂,如胺类防老剂硬脂酸等。
总之,在配方设计时应统筹考虑到胶料物理机械性能、加工性能及材料成本的最佳平衡,同时要考虑到环保、安全等因素。
三、橡胶配方表示方法
橡胶配方有以下四种表示方法
(1)以生胶或生胶代用品100份为基准,其他配合剂都以相应的质量份表示。称为基本方,是最常用的表达方式;
(2)根据实际生产用量和炼胶机容量计算出的质量配方,称为实际生产配方,此种配方是根据基本配方经换算而得出,是在实际生产中常用的表达方式;
(3)配方中生胶及其他配合剂都以质量分数表示;
(4)配方中生胶及其他配合剂都以体积分数表示。
以上四种配方表示方法常用的是前两种,配方设计者一般先提出基本配方,再按基本配根据炼胶机容量计算出实际生产配方,实际操作是按实际生产配方进行。从基本配方也可算出质量分数配方或体积分数配。
随着时代发展,研究人员采用数理统计、计算机优选配方,为配方设计提供了便利条比传统的配方试验更快捷、方便、科学。
四、几种主要橡胶代号
几种主要橡胶代号及含义如下。
NR一天然橡胶
SBR一丁苯橡胶
BR一顺丁橡胶
IIR一丁基橡胶
IR一异戊橡胶
EPDM一三乙丙橡胶
CR一氯丁橡胶
NBR一丁腈橡胶
HNBR一氢化丁腈橡胶
MVQ-甲基乙烯基硅橡胶
FKM一氟橡胶
ACM-聚丙烯酸酯橡胶
CSM-氯磺化聚乙烯橡胶
CPE—氯化聚乙烯
AU一聚氨酯橡胶
HIPS-高苯乙烯树脂
PVC一聚氯乙烯
PTFE—聚四氟乙烯
一、天然橡胶的基础配方
天然橡胶的基础配方见表1.1.2-10。
注[a] 详见《橡胶工业手册.第三分册.配方与基本工艺》,梁星宇,等,化学工业出版社,1989年10月第1版,1993年6月第2次印刷,第303~304页表1-325~329,引用ISO 1858-1973与ASTM D 3184-75。
[b] 开炼机辊温50~60℃,详见《橡胶工业手册.第三分册.配方与基本工艺》,梁星宇,等,化学工业出版社,1989年10月第1版,1993年6月第2次印刷,第302页表1-325。
二、聚异戊二烯橡胶的标准试验配方
评价聚异戊二烯橡胶的标准试验配方见表1.1.2-15,详见ISO 2303:2011。
三、丁苯橡胶的标准试验配方
丁苯橡胶生胶的类型见表1.1.2-29,详见GB/T 8656-1998 idt ISO 2322:1996的规定。
丁苯橡胶标准试验配方见表1.1.2-30,详见GB/T 8656-1998 idt ISO 2322:1996、ASTM D3185的规定。
四、聚丁二烯橡胶的标准试验配方
聚丁二烯橡胶的标准试验配方见表1.1.2-41,详见GBT 8660-2008《溶液聚合型丁二烯橡胶(BR)评价方法》idt ISO 2476:1996。
五、乙丙橡胶的基础配方
乙丙橡胶的基础配方见表1.1.2-56,详见SH/T 1743、ISO 4097:2007。
六、丁基橡胶与卤化丁基橡胶的基础配方
丁基橡胶与卤化丁基橡胶的基础配方见表1.1.2-62、1.1.2-63。
注a:因丁基橡胶生产中使用硬脂酸锌,故纯胶配合中可不使用硬脂酸。
b:详见《橡胶工业手册.第三分册.配方与基本工艺》,梁星宇等,化学工业出版社,1989年10月(第一版,1993年6月第2次印刷),P317表1-363~366,配方等同于 ISO 2302:2005、ASTM 3188、JIS 2-2-1;配方应使用粉末材料;使用ASTM IRB No.7炭黑;
c:原文如此,习惯用量为3~5份。
七、丁腈橡胶的试验配方
(一)普通丁腈橡胶的试验配方
丁腈橡胶的试验配方见表1.1.2-75。
注【a】:详见SH/T 1611-2004(新国标GB/T XXXX-XXXX修改采用ISO 4658-1999/Amd.1:2004)、ISO 4658-1999、ASTM D 3187-2006;
【b】:详见《橡胶工业手册.第三分册.配方与基本工艺》,梁星宇等,化学工业出版社,1989年10月(第一版,1993年6月第2次印刷),P311表1-348;
【c】:GB/T 3185-1992中BA01-05(Ⅰ型)优级品;
【d】:GB 9103-2013中1840型硬脂酸一等品;
【e】:现行GB/T 2441.1-2006工业硫黄的水分含量≤2%、砷含量≤1×10-4%,ISO 8332:1997要求的水分含量≤0.5%、砷含量≤1×10-6%,国产工业硫黄达不到ISO 8332:1997要求;HG/T 2525-2011不可溶性硫黄的筛余物(150μm)≤1.0%,ISO 8332:1997不可溶性硫黄的筛余物(180μm)≤0.1%,国产不可溶性硫黄达不到ISO 8332:1997要求;故建议采用使用2%MgCO3涂覆硫黄,批号M-266573-P,可从美国C.P.Hall公司获得(地址:4460 Hudson Drive,Stow.OH 44224);
【f】:炭黑应在125±3℃下干燥1h,并于密闭容器中贮存;
【g】:N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺,粉末态;GB/T 21480-2008 TBBS的甲醇不溶物的质量分数为1.0%,而ISO 4658:1999规定其最初不溶物含量应小于0.3%,因此该材料需按GB/T 21184测定其最初不溶物含量应小于0.3%,并应在室温下贮存于密闭容器中,每6个月检查一次不溶物含量,若超过0.75%,则废弃或重结晶。
(二)氢化丁腈橡胶的试验配方
氢化丁腈橡胶的试验配方见表1.1.2-76。
八、氯丁橡胶的基础配方
GB/T 21462-2008《氯丁二烯橡胶(CR)评价方法》mod ASTM D3190-2000中规定的标准试验配方见表1.1.2-88。
氯丁橡胶的其他试验配方见表1.1.2-89。
注【a】:详见《橡胶工业手册.第三分册.配方与基本工艺》,梁星宇等,化学工业出版社,1989年10月(第一版,1993年6月第2次印刷),P314表1-354,引用ASTM D 3190-73、JIS K 6388 77。
【b】:详见GB/T 14647-93附录A;
【c】:详见GB/T 15257-94附录A。
九、氯化聚乙烯橡胶的基础配方
氯化聚乙烯橡胶的基础配方见表1.1.2-103。
十、氯磺化聚乙烯橡胶的基础配方
氯磺化聚乙烯橡胶的基础配方见表1.1.2-108。
十一、乙烯-醋酸乙烯酯橡胶的典型配方
(一)单层绝缘护套电缆胶料
EVM橡胶具有非常优异的耐燃,耐天候老化性能,可用于耐温125℃级的中低压绝缘电缆。
耐125℃级绝缘电缆配方:
EVM 400 100,抗水解剂P-50 8,防老剂DDA-70 1.4,氢氧化铝 40,沉淀法白炭黑 20,硬脂酸锌 2,滑石粉 60,石蜡 5,TAC 4,过氧化物硫化剂DCP(40%) 6。合计246.4。
硫化条件:180℃×10min
(二)易剥离半导电屏蔽层胶料
易剥离半导电屏蔽层胶料配方比较见表1.1.2-117。
(三)低烟无卤阻燃电缆护套配方
EVM500HV 100,抗水解剂P-50 3,防老剂DDA-70 1,硬脂酸锌 2,MgCO3 30,Al(OH)3 150,石蜡油 6,硅烷偶联剂 5,炭黑N550 15,硼酸锌 10,TAC/S-70 1.5,DCP-40 5。合计328.5。
(四)其他应用
符合戴姆勒-克莱斯勒MS-AJ70和福特ESE-M1L116-A规定的点火线胶料配方见表1.1.2-120。
十二、聚丙烯酸酯橡胶的基础配方
聚丙烯酸酯橡胶的基础配方见表1.1.2-124。
十三、AEM的典型配方
(1)耐高温配方
AEM耐高温配方例见表1.1.2-135。
(2)低压变、低溶胀配方
AEM低压变、低溶胀配方例见表1.1.2-136。
十四、氟橡胶的基础配方
氟橡胶的基础配方见表1.1.2-138
注【a】:要求耐水时用11质量份氧化钙代替氧化镁,要求耐酸时用PbO作吸酸剂;
【b】:N,N’-二亚肉桂基-1,6-己二胺,3号硫化剂;
【c】:含铅化合物不符合环保要求,读者应谨慎使用。
十五、硅橡胶的基础配方
硅橡胶的基础配方见表1.1.2-156。
注a:详见《橡胶工业手册.第三分册.配方与基本工艺》,梁星宇等,化学工业出版社,1989年10月(第一版,1993年6月第2次印刷),P319~320表1-370~372。
十六、聚醚橡胶的基础配方
氯醚橡胶、氯醇橡胶的基础配方见表1.1.2-165。
注【a】:含铅配方不符合环保要求,读者应谨慎使用,一般可改用TCY 0.8份作为硫化体系;防老剂NBC也不符合环保要求,一般可改用IPPD(4010NA)或TMQ(RD)。
十七、混炼型聚氨酯橡胶的基础配方
混炼型聚氨酯橡胶的基础配方见表1.1.2-172。
注【a】:选择Adiprene CM(美国Dupont公司产品牌号);
【b】:促进剂Caytur4(杜邦产品)、活性剂、活化剂(IC-456、RCD-2098、Thancure)等,均为促进剂MBTS(DM)与氯化锌的络合物;
【c】:含镉化合物不符合环保要求,读者应谨慎使用。
注:a 德国拜耳公司Urepan 600混炼型聚氨酯橡胶;
b 美国Thiokpl公司Elastothane 455混炼型聚氨酯橡胶;
c 美国杜邦公司Adiprene C聚氨酯橡胶;
d 2,4-甲苯二异氰酸酯二聚物;
e 过氧化二异丙苯40%分散于碳酸钙中;
f 二硫代氨基甲酸铝;
g 二硫化二苯并噻唑-氧化锌-氯化镉络合物,Thiokpl公司产品;
h 缩水甘油醚类水解稳定剂,拜耳公司产品;
详见《橡胶原材料手册》,于清溪、吕百龄等编写,化学工业出版社,2007年1月第2版,P181~184。
十八、聚硫橡胶基础配方
聚硫橡胶(T)基础配方见表1.1.2-177。
注【a】:该胶主要单体为二氯乙基缩甲醛,系美国固态聚硫橡胶牌号,不塑化也能包辊。
【b】:该胶主要单体为二氯乙烷、二氯乙基缩甲醛,系美国固态聚硫橡胶牌号,必须通过添加促进剂,在混炼前用开炼机薄通,进行化学塑解而塑化。
【c】:硫化膏的组成为:活性二氧化锰 100、邻苯二甲酸二丁酯 76、硬脂酸 0.42,重量份。
【d】:详见《橡胶工业手册.第三分册.配方与基本工艺》,梁星宇等,化学工业出版社,1989年10月(第一版,1993年6月第2次印刷),P318~319表1-367~369。
《橡胶材料学》ASTM摘抄基础配方汇总